[發明專利]高溫結晶巖石冷沖擊致裂實驗系統及方法

有效

• 申請號: 202011079155.0
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112414882B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 榮冠;沙松;陳志恒;全軍松;張子陽;李博文
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60;G01N3/00;G01N3/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

1.一種高溫結晶巖石冷沖擊致裂試驗系統，其特征在于，包括：

高壓氮供給裝置，包括：氮氣瓶，存儲氮氣；氣體增壓泵，與所述氮氣瓶相連，將氮氣增壓至所需高壓；高壓氮氣儲罐，與所述氣體增壓泵相連、存儲增壓后的高壓氮氣；調壓閥，安裝在所述高壓氮氣儲罐的出口處，調節輸出高壓氮氣的壓力；高壓液氮儲罐，與所述高壓氮氣儲罐出口相連，在輸入的高壓氮氣的高壓驅動下將存儲的液氮以高壓輸出；

儲層致裂環境模擬裝置，與所述高壓氮供給裝置相連，包括：加熱板組，包含貼合并圍繞巖石試樣側面設置的多塊加熱板，模擬地熱儲層巖石所處的高溫環境；保溫板組，包含貼合所述加熱板外側面設置的多塊保溫板；真三軸加載裝置，加載端與巖石試樣的側面相對應，在三個方向對巖石試樣施加主應力，模擬地熱儲層巖石所處的深部高應力環境；壓裂管，上部開口端與所述高壓液氮儲罐和所述高壓氮氣儲罐相連，下部出口端密封置于巖石試樣鉆孔中，通過所述下部出口端輸出高壓液氮或高壓氮氣進行冷沖擊致裂；

自增壓液氮罐，與所述高壓液氮儲罐和所述壓裂管均相連，向該高壓液氮儲罐補給液氮，還能向所述壓裂管供給低壓液氮進行管路及巖石試樣鉆孔的預冷；以及

監測裝置，包括：第一壓力傳感部，設置在所述高壓氮供給裝置上，監測該高壓氮供給裝置的壓力信息；第二壓力傳感部，設置在所述儲層致裂環境模擬裝置上，監測該儲層致裂環境模擬裝置的壓力信息；溫度傳感部，設置在所述儲層致裂環境模擬裝置上，監測該儲層致裂環境模擬裝置和巖石試樣的溫度信息，

其中，所述溫度傳感部包括：第一溫度傳感器設置在所述上部開口端上，實時監測流入鉆孔流體的溫度以判別流體的相態；和第二溫度傳感器，設置在所述加熱板上，實時監測加熱溫度。

2.根據權利要求1所述的高溫結晶巖石冷沖擊致裂試驗系統，其特征在于：

其中，所述壓裂管為套管結構，具有外管和內管，所述內管作為液氮輸送管，所述內管的外壁與所述外管的內壁之間形成環空，用于返排汽化后的液氮。

3.根據權利要求2所述的高溫結晶巖石冷沖擊致裂試驗系統，其特征在于：

其中，所述外管和所述內管延伸至所述鉆孔內的深度相同。

4.根據權利要求1所述的高溫結晶巖石冷沖擊致裂試驗系統，其特征在于：

其中，所述高壓液氮儲罐為雙層結構，內層為真空層，外層包裹保溫材料，頂部配置放空閥和安全閥，出口端配置閥門；

所述高壓氮氣儲罐頂部配置供氣閥和安全閥，底部配置放空閥；

所述自增壓液氮罐的出口配有：放空閥，用于進行液氮補給的排液閥，進行管路和鉆孔預冷的預冷閥，以及安全閥；

所述壓裂管的上部開口端處配有放空閥。

5.根據權利要求1所述的高溫結晶巖石冷沖擊致裂試驗系統，其特征在于：

其中，所述第一壓力傳感部包括分別設置在所述高壓液氮儲罐出口端和所述高壓氮氣儲罐出口端的壓力傳感器，實時監測高壓液氮和氮氣的壓力變化信息；

所述第二壓力傳感部包括設置在所述壓裂管上部開口端上的壓力傳感器，實時監測鉆孔內部壓力變化。

6.根據權利要求1所述的高溫結晶巖石冷沖擊致裂試驗系統，其特征在于：

其中，所述高壓氮供給裝置、所述儲層致裂環境模擬裝置、所述自增壓液氮罐相互連接的管路上均包裹有保溫材料。

7.根據權利要求1所述的高溫結晶巖石冷沖擊致裂試驗系統，其特征在于，還包括：

控制裝置，與所述高壓氮供給裝置、所述儲層致裂環境模擬裝置、所述自增壓液氮罐、所述監測裝置均通信相連，控制它們的運行。

8.根據權利要求7所述的高溫結晶巖石冷沖擊致裂試驗系統，其特征在于：

其中，所述控制裝置具有控制部、處理部和輸入顯示部，

所述處理部對所述監測裝置監測到的信息和所述儲層致裂環境模擬裝置的運行情況信息進行處理，得到表示冷沖擊致裂試驗情況的數據；

所述輸入顯示部對處理后得到的數據進行顯示。