[發明專利]一種真三軸裂縫擴展模擬和滲透率測試一體化的實驗裝置和方法

在審

• 申請號: 201810256433.1
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108663298A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 賀培;熊繼有;潘林華;陸朝暉;張燁;鄧智
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;重慶地質礦產研究院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

本發明公開了一種真三軸裂縫擴展模擬和滲透率測試一體化的實驗裝置和方法，包括真三軸加載系統、壓裂系統、聲發射檢測系統和滲透率測試系統；所述壓裂系統、聲發射檢測系統和滲透率測試系統能夠根據實驗需求分別與真三軸加載系統連接，實現了巖石壓裂與滲透率測試一體化，能夠準確測量真三軸條件下巖石壓裂前后的滲透率，為壓裂工藝技術研究、壓裂施工參數優化提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及巖體力學與工程技術，具體涉及一種真三軸裂縫擴展模擬和滲透率測試一體化的實驗裝置和方法。

背景技術

隨著對非常規油氣資源勘探開發的重視，特別是頁巖氣勘探開發技術的突破，為了取得高效經濟性單井產量，大規模水力壓裂技術被廣泛推廣應用。大規模水力壓裂技術一直是頁巖氣產業發展重點突破和重點研究方向，其中裂縫擴展又是水力壓裂技術研究重點內容之一，其直接影響著水力壓裂改造效果。當前，裂縫擴展研究主要手段有室內實驗模擬技術和數值模擬技術。

數值模擬技術能夠很好模擬地應力環境無限大地層狀態，但其受人為邊界條件、模擬參數設定影響較大，且不能很好的表征地層巖石的自生裂縫真實狀態。

室內實驗模擬技術能很好的解決數值模擬技術面臨的問題，其與數值模擬技術一起基本能夠滿足水力壓裂裂縫擴展研究需要。真三軸裂縫擴展模擬能夠很好的模擬地下應力環境條件下水力壓裂的裂縫擴展狀態。水力壓裂實驗中裂縫監測和水力壓裂前后滲透率測試能夠有效的表征裂縫發展方向和優化壓裂施工參數，提高水力壓裂改造效果。但當前受制于裂縫擴展模擬實驗設備條件和方法，在真三軸應力條件下，單次試驗測試項目有限，水力壓裂模擬實驗前后改造效果表征不精確，若需要進行壓裂前后的滲透率測試，需要多次拆卸設備，難以實現原位條件下巖石壓前壓后的滲透率測試。

CN105136646A公開了一種考慮頁巖吸附及壓裂過程的滲透演化實驗裝置及方法，其實驗裝置包括氣壓壓裂系統單元和滲透率測量系統單元；其雖然實現了壓裂與滲透率測試一體化，但是其氣壓壓裂系統單元和滲透率測量系統單元結構復雜，操作繁瑣，并且由于其在測量前將頁巖試樣與承壓墊塊進行裝夾，頁巖試樣壓裂孔孔口一側的承壓墊塊已事先加工有壓裂孔道，壓裂孔通過壓裂孔道與外部相連通，在頁巖試樣另三側的承壓墊塊上事先加工有滲透孔道，具體測量時，將氣壓壓裂系統單元與壓裂孔相接通，選定帶有滲透孔道的三個承壓墊塊中的一個，并將滲透率測量系統單元與選定的承壓墊塊滲透孔道相接通，通過選定不同的承壓墊塊，以滿足不同方向滲透率的測定，因此其僅僅能測量試件的單面滲透率，無法測量試件的整體滲透率，沒有全面反映壓裂結果。

發明內容

本發明的目的是提供一種真三軸裂縫擴展模擬和滲透率測試一體化的實驗裝置和方法，其實現了巖石壓裂與滲透率測試一體化，能夠準確測量真三軸條件下巖石壓裂前后的滲透率，為壓裂工藝技術研究、壓裂施工參數優化提供技術支撐。

本發明所述的巖石真三軸壓裂滲流試驗裝置，包括真三軸加載系統、壓裂系統、聲發射檢測系統和滲透率測試系統；所述真三軸加載系統用于對試件加載不同應力，包括壓力室、X軸液壓缸、Y軸液壓缸、Z軸液壓缸、與X軸液壓缸連接的X軸液壓控制組件、與Y軸液壓缸連接的Y軸液壓控制組件和與Z軸液壓缸連接的Z軸液壓控制組件，所述X軸液壓缸、Y軸液壓缸、Z軸液壓缸輸出端分別與活塞桿一端連接，所述活塞桿另一端連接有壓板，在所述壓板上設有多個安裝通孔，通過壓板實現對試件的剛性加載；所述壓裂系統包括注入泵、壓裂管線和壓裂管，所述壓裂管埋置于試件端面的中心孔內，在壓裂管與注入泵之間設有第一導流閥，對試件進行壓裂時，所述壓裂管通過壓裂管線與注入泵連接，通過泵注壓裂液對試件進行壓裂；所述聲發射檢測系統包括聲發射傳感器和與聲發射傳感器連接聲發射儀，對試件進行壓裂時，所述聲發射傳感器固定于壓板上的安裝通孔內；所述滲透率測試系統包括氣體輸入單元和氣體輸出單元，對試件進行滲透率測試時，所述氣體輸入單元通過管路與壓裂管連通，所述氣體輸出單元通過管路與壓板上的安裝通孔連通。