[發明專利]一種基于光纖傳感的頁巖自吸膨脹行為定量表征裝置及方法

在審

• 申請號: 202011269164.6
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112485176A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 譚永勝;李琦;徐麗風;徐亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01B11/16
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 陳曉寧;王敏鋒

本發明公開了一種基于光纖傳感的頁巖自吸膨脹行為定量表征裝置及方法，包括：用于放置巖心的密封玻璃容器，包括玻璃容器、與玻璃容器連通并用于穿過光纖的2mm塑料管以及連通玻璃容器的接頭b；注液及計量三通系統，包括供液瓶、用于計量流體體積變化的計量管、與計量管連接的膠皮軟管以及與膠皮軟管相連接的三通，三通的一端連接膠皮頭；用于監測應變的光纖監測系統，包括在巖心軸向粘貼1根帶有3個光柵的光纖，環向上粘貼帶有2個光柵的2根光纖。本發明利用圓柱體巖心測試頁巖自吸體積及對應的應變，可以實現自吸過程中頁巖孔隙度變化的定量表征，為認識頁巖中粘土膨脹增滲提供了有效的依據，同時也可以用于指導壓裂液優化和壓裂返排制度優化。

技術領域

本發明涉及油氣田開發技術領域，特別涉及一種基于光纖傳感的頁巖自吸膨脹行為定量表征裝置及方法。

背景技術

自發滲吸是影響頁巖氣產出行為的一個重要機制，自發滲吸過程中壓裂液在毛管力作用下自發進入儲層基質中置換其中存在的天然氣。前人研究表明由于頁巖粘土含量高，吸水后粘土膨脹、孔隙壓力增加、力學強度弱化等因素會誘發微裂縫的起裂擴展，使得頁巖儲層基質在更大范圍內發生自發滲吸產氣過程，同時自吸產生的裂縫網絡可以提高頁巖儲層整體導流能力，最終實現頁巖氣增產。因此，測試頁巖自吸把不同離子濃度的溶液引起的頁巖膨脹應力，定量分析自吸過程中孔隙度變化，從而明確頁巖粘土含量與自吸量和應變的關系，對頁巖自發滲吸過程的影響機制以及提高頁巖氣采收率具有重要指導意義。

目前常用的研究頁巖自發滲吸的實驗方法主要有稱重法實驗和體積監測法實驗，這兩種方法主要進行自吸量的測試，分析自吸能力的影響因素、自吸后頁巖誘導裂縫等影響因素。然而這些實驗方法不能測試頁巖自吸過程中的膨脹行為，且不能定量分析自吸過程中孔隙度變化，從而無法明確頁巖粘土含量與自吸量和應變的關系。因此，有必要研發基于光纖傳感的頁巖自吸膨脹行為定量表征裝置，認識頁巖自發滲吸過程的影響機制，為提高頁巖氣采收率提供依據和基礎。

發明內容

本發明的目的是在于提供了一種基于光纖傳感的頁巖自吸膨脹行為定量表征裝置，克服了頁巖自吸過程中無法對粘土膨脹行為進行定量表征的不足，實現了自吸量和應變的同時監測表征，研究頁巖自吸機理更科學合理，適用范圍更廣，能更好的認識頁巖自吸機理，可以指導壓裂液優化和壓裂返排制度優化。

本發明的另一目的是在于提供了一種基于光纖傳感的頁巖自吸膨脹行為定量表征方法，可以實現自吸量和應變的同時監測表征，為頁巖自吸機理和壓裂液返排優化提供依據。

為進一步實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種基于光纖傳感的頁巖自吸膨脹行為定量表征裝置，包括：

用于放置巖心的密封玻璃容器，所述密封玻璃容器包括玻璃容器、與玻璃容器密封連接的密封蓋、安裝于密封蓋上并與玻璃容器連通用于穿過光纖的2mm塑料管以及連通玻璃容器的接頭b；

注液及計量三通系統，其包括供液瓶、用于計量流體體積變化的計量管、與計量管連接的膠皮軟管以及與所述膠皮軟管相連接的三通，所述計量管與所述供液瓶連接的一側具有閥門c，所述計量管與所述接頭b連接的一側具有閥門d，所述三通的一端連接膠皮頭；

用于監測應變的光纖監測系統，其包括在所述巖心不同位置上粘貼的光纖，該光纖包括第一光纖、第二光纖和第三光纖，所述第二光纖粘貼于巖心軸向，其帶有3個光柵，平均分布在軸向上；所述第一光纖和第三光纖分別粘貼于巖心環向上，其中所述第一光纖、第三光纖分別帶有2個光柵；所述光纖穿過2mm塑料管與光纖解調儀連接；以及

數據處理系統，其與所述光纖解調儀連接，包括電腦主機和顯示屏，所述電腦主機用于接收光纖解調儀的信號，并將折射率的信號轉化成應變，在顯示器上顯示得到的應變結果。