[發(fā)明專利]一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實驗裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111158233.0
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113776931B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常鑫;邱國洲;郭印同;周俊;胡智文;郭武豪;趙國凱;肖佳林;李奎東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號: G01N3/04
• 分類號: G01N3/04;G01N3/06;G01N3/12;G01N1/28
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 周永宏

本發(fā)明公開一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實驗裝置及方法，應(yīng)用于非常規(guī)儲層改造領(lǐng)域，針對現(xiàn)有技術(shù)無法有效觀測頁巖水力壓裂裂縫動態(tài)擴展過程的問題；本發(fā)明設(shè)計了專門的頁巖夾具并對其結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，首先對頁巖裝夾方式進行改進，避免了現(xiàn)有技術(shù)所采用的巖樣鉆孔固定的方式，本發(fā)明的裝夾方式能更加穩(wěn)固地固定巖樣，又能保證巖樣力學(xué)性質(zhì)不受干擾；同時制作了不同逼近角度充填裂縫來進行實驗，可有效得到水力裂縫與天然裂縫的相互作用機制及關(guān)鍵影響參數(shù)；通過DIC對水力壓裂過程中裂縫的擴展情況進行直觀連續(xù)觀測，能夠模擬真實巖層中水力壓裂過程中裂縫的擴展模式，分析天然裂縫與人工裂縫的相互作用規(guī)律，為工程實際提供借鑒。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油勘探領(lǐng)域，特別涉及一種頁巖油氣非常規(guī)儲層改造技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著石油勘探開采技術(shù)的進步，非常規(guī)油氣的開采成為當(dāng)今石油產(chǎn)業(yè)的熱點，頁巖油氣由于其儲量豐富也隨之受到廣大科研工作者的重視，在我國已經(jīng)開始對相關(guān)頁巖油區(qū)塊進行開發(fā)。因此研究頁巖中裂縫的擴展規(guī)律對頁巖油氣開采具有重要意義。然而，頁巖具有低孔低滲的特點，頁巖生烴模式為自生自儲，而且深層頁巖地應(yīng)力差大，溫度較高，導(dǎo)致深層頁巖在復(fù)雜的環(huán)境中難以達到較好的起裂效果。頁巖層理多非均質(zhì)性強，這就決定頁巖中裂縫的擴展規(guī)律較常規(guī)油氣開采過程中裂縫擴展規(guī)律復(fù)雜的特點，使得頁巖中復(fù)雜裂縫的成縫機理不明確，尤其天然裂縫對水力裂縫的影響機制不清晰。常規(guī)的水力壓裂實驗方法研究頁巖裂縫擴展規(guī)律不能更好地對頁巖中復(fù)雜的裂縫進行分析。

數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(Digital?Image?Correlation,DIC)中內(nèi)置數(shù)字圖像處理系統(tǒng)和數(shù)值計算系統(tǒng)，能夠?qū)嶒炦^程中標(biāo)記點的位置信息輸送至系統(tǒng)中自動運行程序進行處理，從而實現(xiàn)巖樣中裂縫擴展可視化的目的。頁巖中各層巖性復(fù)雜，層理與層理之間的力學(xué)性質(zhì)多變，導(dǎo)致裂縫形態(tài)復(fù)雜多樣。工程上使用一系列技術(shù)措施，以提高縫網(wǎng)復(fù)雜程度，改善頁巖壓裂改造體積，達到提高采收率的目的，但取得的效果不佳，而且由于深層頁巖埋藏較深，現(xiàn)有提高縫網(wǎng)復(fù)雜程度改善頁巖壓裂改造體積的施工工藝主要建立在經(jīng)驗性基礎(chǔ)上，無法深入分析研究復(fù)雜縫相互作用機制及水力裂縫成縫機制，進而不能改善現(xiàn)有施工工藝。由于深層頁巖的特殊性，目前現(xiàn)場水力壓裂裂縫實時監(jiān)測的手段有微地震，但其準(zhǔn)確性不夠，還有一種就是對各種裂縫進行全面檢測，這樣雖然能夠準(zhǔn)確且真實地還原了裂縫擴展情況，但由于裂縫網(wǎng)過于復(fù)雜，不能分析裂縫擴展規(guī)律，尤其不能分析水力裂縫與天然裂縫相互作用方式及規(guī)律的問題，而且在選擇巖樣時不能準(zhǔn)確地表征出水力裂縫與人工裂縫之間的位置關(guān)系，使實驗結(jié)果更加模糊。除此之外，目前研究天然裂縫和人工裂縫之間的相互作用規(guī)律的方法主要是通過室內(nèi)模型實驗和數(shù)值模擬實驗分析應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系來進行預(yù)測，在準(zhǔn)確性方面缺乏說服力，數(shù)字圖像相關(guān)法(Digital?image?correlation，DIC)是一種無損、實時、高效、全應(yīng)變場表面變形監(jiān)測手段，能夠?qū)崿F(xiàn)實時標(biāo)記處裂縫精確的位置變化信息，所以將DIC技術(shù)運用到頁巖水力裂縫擴展規(guī)律的研究中具有深刻的研究意義，對頁巖水力壓裂新方法新工藝的提出提供借鑒。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實驗裝置及方法，利用數(shù)字圖像相關(guān)法(DIC)測量系統(tǒng)對水力壓裂過程中裂縫的擴展情況進行觀測，能夠模擬真實巖層中水力壓裂過程中裂縫的擴展模式，分析天然裂縫與人工裂縫的相互作用規(guī)律，為工程實際提供借鑒。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案之一為：一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實驗裝置，包括：巖樣裝夾系統(tǒng)、應(yīng)力加載裝置、水力施加裝置、DIC測量及分析系統(tǒng)；

所述巖樣裝夾系統(tǒng)用于固定巖樣，巖樣裝夾系統(tǒng)包括：兩塊不銹鋼壓板、兩塊有機玻璃板、若干緊固裝置、兩個圍護組件、以及設(shè)置于其中一塊不銹鋼壓板上的視圖窗口；兩個圍護組件分別設(shè)置于巖樣的左右兩側(cè)，巖樣前后兩側(cè)從近至遠(yuǎn)依次設(shè)置有機玻璃板、不銹鋼壓板；所述兩塊不銹鋼壓板、兩塊有機玻璃板、兩個圍護組件上均設(shè)置有預(yù)留孔位，緊固螺栓依次插入不銹鋼板、有機玻璃板、圍護組件，有機玻璃板、不銹鋼板，并擰緊固定；

所述應(yīng)力加載裝置用于向巖樣上施加應(yīng)力；