[發明專利]用于真三軸水力壓裂模擬實驗的微波加熱裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201710663713.X
• 申請日: 2017-08-06
• 公開（公告）號: CN107290224B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 陳晨;朱穎;張晗;孫友宏;陳勇;李曦桐;潘棟彬;靳成才;劉書源
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本發明公開了一種用于真三軸水力壓裂模擬實驗的微波加熱裝置及實驗方法，本發明之的微波加熱裝置包括三軸加壓單元、微波加熱單元、壓裂液注入單元、聲發射監測單元、溫度監測單元和控制及信號采集單元：本發明結合了微波加熱設備與水力壓裂設備，避免了現有的實驗設備中，由于連接過程中模擬地應力的缺失，而導致的實驗試塊性質的變化，更好地模擬巖石熱脹冷縮性質對水力壓裂效果的影響；能監測在模擬地應力條件下，微波加熱時實驗試塊受熱膨脹的情況；能考察地應力條件、加熱溫度、試塊與壓裂液的溫差和射孔條件等參數對裂縫起裂和延伸的影響規律。

技術領域

本發明涉及油氣藏水力壓裂以及微波加熱研究領域，特別涉及一種真三軸水力壓裂模擬實驗的微波加熱裝置及實驗方法，用以監測在模擬地應力條件下巖石熱脹冷縮的性質對提高水力壓裂效果的作用，并考察地應力條件、加熱溫度、試塊與壓裂液的溫差和射孔條件等參數對裂縫起裂和延伸的影響規律。

背景技術

隨著經濟的迅猛發展，國家的能源需求量不斷提升。水力壓裂技術，是油氣藏開采過程中常用的增產措施。利用水力壓裂技術，可增大油氣儲集層的天然裂縫、形成人工裂縫、增強裂縫之間的連通性，提高油氣儲集層的滲透率。同時，利用巖石熱脹冷縮的性質，可提高水力壓裂的效率，有利于裂縫網絡的形成。

微波加熱技術與傳導、對流等傳統加熱技術相比，具有瞬時加熱、熱損耗小以及操作方便等特點。微波加熱過程，是一個加熱介質內外部同時加熱、升溫的過程。因此，加熱過程中并不存在溫度梯度，大大提高了介質加熱質量與加熱效率。同時，其即加即停的特性有利于自動化控制的生產。

在過去的研究中，加熱油氣儲集層的過程中并未考慮到地應力的作用，其實驗結果往往與真實地層中的加熱情況有所差距。同時，現有裝置未能將油氣儲集層加熱與水力壓裂的過程銜接起來，不能有效地模擬出熱脹冷縮的性質對地下油氣儲集層水力壓裂的作用。因此，設計能將油氣儲集層加熱和水力壓裂相結合的實驗裝置，對模擬地下油氣儲集層受熱膨脹以及壓裂過程中巖石熱脹冷縮性質的作用有重要意義。

因此，首先需要對開采區油氣藏儲層埋藏區的地應力條件、裂縫起裂與延伸等情況有所調查。同時，考慮到微波泄露的危害性，在實驗裝置使用前，必須對進行微波裝置控制的所在區域進行微波泄漏檢測，以“每平方厘米不超過5毫瓦”為標準。

發明內容

本發明的目的是監測在模擬地應力條件下，巖石熱脹冷縮性質對提高水力壓裂效果的作用，并觀察不同溫度、溫差及射孔條件等參數對裂縫起裂及延伸的影響，為此提供了一種用于真三軸水力壓裂模擬實驗的微波加熱裝置及實驗方法。

本發明之真三軸水力壓裂模擬實驗的微波加熱裝置，包括三軸加壓單元、微波加熱單元、壓裂液注入單元、聲發射監測單元、溫度監測單元和控制及信號采集單元：

所述三軸加壓單元包括四個固定軸、八個螺栓、壓裂室主機、推進臺、三個加載板、一個后擋板、X向三通閥、Y向三通閥、Z向三通閥、X向壓力傳感器、Y向壓力傳感器、Z向壓力傳感器、X向加壓液壓缸、Y向加壓液壓缸、Z向加壓液壓缸、兩個X向卸料液壓缸和液壓站；

其中，Y向加壓液壓缸、Z向加壓液壓缸均通過沉頭螺釘固定在壓裂室主機上；X向加壓液壓缸與壓裂室主機通過四個固定軸和八個螺栓進行螺紋密封連接；推進臺通過膠接連接方式，一面與X向加壓液壓缸的底座連接，一面與壓裂室主機連接，并與試樣室底邊重合，以便推送實驗試塊進入試樣室；X向退料油缸通過沉頭螺釘固定在壓裂室主機上；X向加壓液壓缸、Y向加壓液壓缸、Z向加壓液壓缸的液壓桿端部分別與加載板連接，連接方式為沉頭螺釘連接；在X方向上，試樣室內放有后擋板，且與兩個X向卸料液壓缸的液壓桿端部通過沉頭螺釘連接；

X向加壓液壓缸、Y向加壓液壓缸和Z向加壓液壓缸進油口連接處，分別與X向三通閥、Y向三通閥和Z向三通閥螺紋連接分成兩路，一路分別與X向壓力傳感器、Y向壓力傳感器和Z向壓力傳感器通過螺紋密封連接，將壓力信息傳遞給控制及信號采集單元；另一路分別與液壓油運輸管道連接，連接方式為六角接頭螺紋連接；X向退料液壓缸與液壓油運輸管道連接，連接方式為六角接頭螺紋連接；