[發明專利]可視化試驗系統、巖體加熱方法

有效

• 申請號: 202011071854.0
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112255112B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 鄭博;李曉;李守定;赫建明;張召彬;毛天橋;李關訪;何鵬飛;武艷芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/12;G01N15/08;G01N23/046
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于巖土工程試驗領域，具體涉及一種可視化試驗系統、巖體加熱方法，旨在解決模擬試驗中不能實現巖體試件的均勻加熱以及巖體試件高圍壓狀態下裂縫擴展過程可視化檢測；其中系統包括試驗艙系統、加熱系統、壓控系統以及用于掃描檢測磁流體在試件裂縫中滲流運移的高能加速器CT探測系統；試驗艙系統包括壓力室、油浸設置其內的試件封裝裝置；加熱系統包括磁流體加熱裝置、電阻絲加熱裝置和溫度檢測裝置，磁流體加熱裝置包括用于供應注入試件封裝裝置內部磁流體的磁流體加載泵、用于提供磁流體發熱所用交變磁場的交變磁場控制裝置；電阻絲加熱裝置用于對液壓油加熱；通過本發明實現了巖體破裂過程中裂縫連通性變化的可視化模擬檢測。

技術領域

本發明屬于巖土工程試驗領域，具體涉及一種可視化試驗系統、巖體加熱方法。

背景技術

在頁巖油氣開采過程中，必須對儲層進行地質體改造，便于開采油氣資源，改造過程中希望更多的孔隙和裂縫相互連通，就可以建立更多油氣運移通道，便于提高油氣資源開采效率，但是，現有的模擬試驗針對此類的研究在模擬巖體所在高溫條件時，通常采用以下幾種加熱方法：1)將壓力室置于溫控設施內模式，通過溫控設備使儀器置于一個高溫環境，實現試驗要求的溫度；盡管該類裝置省去了儀器的研制過程，但建立溫控實驗室費用較高，試驗環境較差，對儀器各元件耐高溫要求高；2)壓力室內加熱模式，采用加熱線圈、加熱管、加熱棒、加熱板對流體加熱，該加熱方式直接對流體加熱，可以較好達到試驗溫度要求，但在高圍壓下不易對壓力室的液體均勻加熱，進而使巖土樣品內部會受熱不均勻，試驗效果不理想，獲得的模擬試驗數據不可靠；3)壓力室外加熱模式，在壓力室外纏繞線圈，通過加熱線圈對壓力室內的流體加熱，由于需要通過外罩傳熱使壓力室內液體的溫度升高，會使得試樣要達到試驗溫度要求的時間較長。由于在不同溫度作用下巖土體的工程性質會發生變化，加熱可致試樣內孔隙水粘滯性減小，滲透系數增大，并可誘致孔隙水和土顆粒的熱膨脹而使土樣有體積增大的趨勢，在試驗過程中需要考慮溫度的影響，且現有溫控試驗裝置的三種加熱方式均有不足之處。

在地下深層油氣開采過程中，為了增加開采效率，必須對地下深部儲層進行改造，使儲層巖石破裂，增加儲層裂縫的連通性，提高儲層內油氣的運移效率，達到增產的目的。由于地下數千米儲層改造效果不可見，室內巖石高溫高壓模擬試驗是唯一研究手段，但是，現有技術中還未有一種能夠實現巖體內、外聯合均勻加熱的且能夠實時獲得巖體內部裂縫、孔隙擴展發育狀態的裝置。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決模擬試驗中不能實現巖體試件的均勻加熱以及巖體試件高圍壓狀態下裂縫擴展過程可視化檢測，本發明提供了一種可視化試驗系統、巖體加熱方法。

本發明的第一方面提供了一種可視化試驗系統，該系統包括高能加速器CT探測系統，還包括試驗艙系統、加熱系統和壓控系統，所述高能加速器CT探測系統用于掃描檢測試件中磁流體在裂縫中的滲流運移；

所述試驗艙系統包括壓力室和試件封裝裝置，所述試件封裝裝置浸入設置于所述壓力室內部的液壓油中；

所述加熱系統包括磁流體加熱裝置、電阻絲加熱裝置和溫度檢測裝置，所述溫度檢測裝置用于檢測所述壓力室內不同位置的溫度；所述磁流體加熱裝置包括磁流體加載泵、交變磁場控制裝置，所述磁流體加載泵用于供應注入所述試件封裝裝置內部的磁流體，所述交變磁場控制裝置用于提供磁流體發熱所用的交變磁場；所述電阻絲加熱裝置用于對所述壓力室內部的液壓油加熱，以實現對所述試件封裝裝置內部的試件加熱；

所述壓控系統包括軸壓控制裝置和圍壓控制裝置，用于分別提供所述試件封裝裝置內部試件的軸向壓力及周側壓力。

在一些優選實施例中，所述試件封裝裝置包括上墊塊、第一滲透墊塊、第二滲透墊塊、下墊塊和熱縮管；所述第一滲透墊塊、所述上墊塊依次設置于試件的上方，所述第二滲透墊塊、所述下墊塊依次設置于試件的下方；所述熱縮管設置于所述第一滲透墊塊、試件、所述第二滲透墊塊的外側，且所述熱縮管的長度大于所述第一滲透墊塊與所述第二滲透墊塊之間的距離。