[發明專利]模擬干熱巖致裂形成裂縫形態的裝置及方法

在審

• 申請號: 202010500016.4
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111595694A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 汪道兵;董永存;秦浩;韓東旭;孫東亮;宇波
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/06
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 譚承世

本發明提供了一種模擬干熱巖致裂形成裂縫形態的裝置及方法，涉及巖體力學實驗技術領域，提供一種新的模擬裝置和方法，對干熱巖熱?力耦合作用下膨脹致裂縫網形態進行模擬。該裝置包括架體、巖芯限位結構以及加熱裝置，其中，巖芯限位結構設置在架體上，巖芯限位結構內形成有用與放置巖芯的容納腔，巖芯限位結構用以模擬當容納腔內的巖芯膨脹致裂時巖芯受到的周圍地應力作用；加熱裝置與巖芯限位結構相連接且加熱裝置用以對容納腔內的巖芯進行加熱用以模擬地熱溫度。本發明用于對干熱巖熱?力耦合作用下膨脹致裂縫網形態進行模擬。

技術領域

本發明涉及巖體力學實驗技術領域，尤其是涉及一種模擬干熱巖致裂形成裂縫形態的裝置及方法，具體的為模擬熱-力耦合作用下干熱巖膨脹致裂形成縫網形態的裝置和方法。

背景技術

干熱巖(HDR)是一種新型的高效低碳清潔能源，具有儲量大、分布廣泛、供能穩定的特點。在開發過程中的首要工作是通過水力壓裂技術在地下數千米巖石儲層形成人工熱儲，然后將冷流體注入地層中，先后在注入井、人造熱儲和生產井之間進行循環流動，與干熱巖儲層進行換熱，從而提取干熱巖中的熱能進行地面供暖、發電等。

增強型地熱系統(EGS)是開發干熱巖資源的一種有效方法，自上世紀70年代以來，歐美國家陸續進行了干熱巖開發的實踐項目。結果表明，干熱巖儲層的溫度隨地層深度的增加呈現出各種變化規律，同時壓裂產生的人工裂縫存在方向性和不確定性，使得注入井和生產井之間不能產生滿意的水力傳導率。而干熱巖儲層地質條件也促使裂縫發育程度各不相同，其中脆性是影響儲層壓裂后形成縫網的必要因素，此外，干熱巖的層理結構和抗拉強度也是影響形成縫網的兩個關鍵因素。因此，干熱巖熱能開發中的關鍵技術是在地下高溫儲層中形成連通的復雜人工裂縫網絡系統。

傳統的水力壓裂技術源于油氣田開發過程中，主要考慮流固耦合作用對裂縫擴展的影響，而在干熱巖水力壓裂造縫過程中，還要充分考慮深層地熱高溫帶來的影響，所以干熱巖壓裂過程主要是熱流固耦合作用。干熱巖水力壓裂時有效應力通過注水壓力直接獲得，當注水壓力在井筒內不斷升高超過地應力和巖體抗拉強度時，干熱巖開裂產生縫網結構。模擬此過程時對干熱巖井筒密封性要求很高，主要防止注水壓力過高損壞井筒卻達不到壓裂效果。而采用膨脹致裂方法既可以滿足水力壓裂過程中注水壓力作用，又可以省去密閉井筒防止泄壓的過程，而且此方法穩定方便可以達到同樣效果。因此需要一種新的模擬裝置和方法，對干熱巖熱-力耦合作用下膨脹致裂縫網形態進行模擬。

發明內容

本發明的目的在于提供一種模擬干熱巖致裂形成裂縫形態的裝置及方法，以對干熱巖熱能高效開發提供有效的技術支持。本發明提供的諸多技術方案中的優選技術方案所能產生的諸多技術效果詳見下文闡述。

為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供的一種模擬干熱巖致裂形成裂縫形態的裝置，包括架體、巖芯限位結構以及加熱裝置，其中，所述巖芯限位結構設置在所述架體上，所述巖芯限位結構內形成有用與放置巖芯的容納腔，所述巖芯限位結構用以模擬當容納腔內的巖芯膨脹致裂時所述巖芯受到的周圍地應力作用；所述加熱裝置與所述巖芯限位結構相連接且所述加熱裝置用以對所述容納腔內的巖芯進行加熱以模擬地熱溫度。

優選地，所述巖芯限位結構包括厚壁筒，所述厚壁筒放置在所述架體上且所述巖芯能放置在所述厚壁筒內，所述厚壁筒為分體結構且拆卸所述厚壁筒時能便于觀察巖芯裂縫形態；所述裝置還包括填充材料，所述填充材料用于填充在所述厚壁筒與所述巖芯之間的縫隙以便于模擬所述巖芯在膨脹致裂的過程中受到的周向地應力的作用。

優選地，所述厚壁筒包括兩個半圓厚壁筒，每個所述半圓厚壁筒沿高度方向上的兩端均存在有連接部，所述連接部向遠離厚壁筒中心位置的方向延伸，兩個所述半圓厚壁筒相對應的連接部通過連接件可拆卸連接；兩個所述半圓厚壁筒中其中一個所述半圓厚壁筒的連接部上設置有頂開孔，所述頂開孔用于兩個所述半圓厚壁筒的拆卸；所述填充材料為紫銅皮和/或薄鐵片。