[發(fā)明專利]水壓致裂法測量高溫巖石斷裂韌性的裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110071714.1
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112858022A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹土兵;莊登登;李檣;吳攸;譚小松;金飛燕;趙巖;吳陽春;劉惠林;郭懿德
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 謝浪

本發(fā)明公開了一種水壓致裂法測量高溫巖石斷裂韌性的裝置及方法，該裝置包括柔性加載外套、釜體、油路機(jī)構(gòu)、加熱系統(tǒng)、致裂水路機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，柔性加載外套設(shè)置于釜體的圍壓腔內(nèi)，油路機(jī)構(gòu)與釜體的環(huán)形空間相連通，油路機(jī)構(gòu)用于向環(huán)形空間內(nèi)輸入流體以向待測巖樣施加圍壓，加熱系統(tǒng)用于對待測巖樣進(jìn)行加熱，致裂水路機(jī)構(gòu)與巖樣上的內(nèi)孔相連通，以對待測巖樣施加致裂水壓，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于對待測巖樣的加熱溫度、所受圍壓和致裂水壓進(jìn)行測量。本申請不僅首次實現(xiàn)了在實時高溫高壓狀態(tài)下巖石斷裂韌性的測量，而且在測量過程中模擬了干熱巖的水壓致裂特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石斷裂力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水壓致裂法測量高溫巖石斷裂韌性的裝置及方法。

背景技術(shù)

干熱巖是一種埋深數(shù)千米的低滲透性高溫巖石，全球絕大多數(shù)的地?zé)豳Y源都儲存在干熱巖中。獲取這部分地?zé)豳Y源的主要途徑是采用水壓致裂手段，將干熱巖改造成高滲透性的人工熱儲，然后通過在井向熱儲中注入低溫流體介質(zhì)，再沿采收井回收置換出熱能。干熱巖地?zé)豳Y源能否經(jīng)濟(jì)開采，取決于水壓致裂的效果。具體的說，干熱巖壓裂后，要求熱儲層換熱空間體積足夠大、注采井之間的連通性好，以及儲層中不存在優(yōu)勢通道。而對水壓致裂進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的前提在于準(zhǔn)確獲取干熱巖的臨界起裂條件(用斷裂韌度來表征)。

目前對高溫巖石斷裂韌性的測量方法已有很多，例如利用熱處理后的人字形裂紋缺口巴西圓盤試樣(CCNBD)、缺口半圓彎曲試樣(NSCB)、裂紋直通缺口巴西圓盤試樣(CSTBD)進(jìn)行斷裂韌性測量。這些方法是將帶有預(yù)制裂紋的缺口試樣加熱冷卻后，直接放在標(biāo)準(zhǔn)的三點彎曲或巴西劈裂試驗裝置上進(jìn)行測試，然而，干熱巖水力壓裂是高溫和高地應(yīng)力條件下在井筒內(nèi)壁施加水壓，促使其產(chǎn)生裂縫的過程。因此，為了準(zhǔn)確測量干熱巖的斷裂韌性，一方面需要模擬其所處的高溫高壓地質(zhì)條件，另一方面需要模擬在井筒內(nèi)水壓作用下，干熱巖產(chǎn)生裂縫的過程。顯然，目前的高溫巖石斷裂韌性測試方法難以模擬干熱巖水壓致裂特性，測試結(jié)果往往與工程實際值相差較大。

綜上，有必要提出一種能夠模擬干熱巖水壓致裂特性的斷裂韌性測量裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種水壓致裂法測量高溫巖石斷裂韌性的裝置及方法。本申請不僅首次實現(xiàn)了在實時高溫高壓狀態(tài)下巖石斷裂韌性的測量，而且在測量過程中模擬了干熱巖的水壓致裂特性，為預(yù)測在地下深部高溫高壓巖層中用水壓致裂法開采地?zé)崮芩枰呐R界起裂條件提供了最接近工程實際情況的斷裂力學(xué)參數(shù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種水壓致裂法測量高溫巖石斷裂韌性的裝置，包括:

柔性加載外套,其用于容置待測巖樣；

釜體，其具有圍壓腔，所述柔性加載外套設(shè)置于所述圍壓腔內(nèi)，所述柔性加載外套能與所述釜體之間形成環(huán)形空間；

油路機(jī)構(gòu)，其與環(huán)形空間相連通，所述油路機(jī)構(gòu)用于向所述環(huán)形空間內(nèi)輸入流體以使流體能通過所述柔性加載外套向待測巖樣施加圍壓；

加熱系統(tǒng)，用于對所述待測巖樣進(jìn)行加熱；

致裂水路機(jī)構(gòu)，其與所述巖樣上的內(nèi)孔相連通，所述致裂水路機(jī)構(gòu)用于向所述內(nèi)孔內(nèi)輸入壓裂液，以對待測巖樣施加致裂水壓，所述內(nèi)孔的側(cè)壁上設(shè)有預(yù)制裂紋；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于對所述待測巖樣的加熱溫度、所受圍壓和致裂水壓進(jìn)行測量。

具體的，所述釜體包括剛性筒體和設(shè)置在所述剛性筒體兩端的兩個端蓋，兩個所述端蓋分別與所述待測巖樣的兩端相抵，所述柔性加載外套的兩端分別與兩個所述端蓋密封連接。

具體的，所述加熱系統(tǒng)包括設(shè)置在所述剛性筒體外的發(fā)熱絲以及覆蓋在發(fā)熱絲外的保溫隔熱層，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的溫控傳感器設(shè)置在所述剛性筒體上并與溫度顯示表電性連接。