[發(fā)明專利]一種儲(chǔ)層條件下水力壓裂縫網(wǎng)演化過程的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111345360.1
• 申請(qǐng)日: 2021-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN114165204B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立松;李文杰;蔣夢(mèng)罡;陳邵穎;王偉;孫致學(xué)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): E21B43/26
• 分類號(hào): E21B43/26;E21B47/00;E21B47/002
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 段雅靜

1.一種儲(chǔ)層條件下水力壓裂縫網(wǎng)演化過程的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述裝置包括主體結(jié)構(gòu)、圍壓加載結(jié)構(gòu)、壓裂液泵注結(jié)構(gòu)、縫網(wǎng)起裂瞬時(shí)定位結(jié)構(gòu)和縫網(wǎng)延伸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)；

所述主體結(jié)構(gòu)由試樣、井筒、水泥外殼構(gòu)成，水泥外殼緊密包裹試樣，井筒豎直穿過水泥外殼固定插入試樣正中間；

水泥外殼外接有圍壓加載結(jié)構(gòu)，所述圍壓加載結(jié)構(gòu)由液壓裝置、加厚鋼板、剛性壓板、柔性壓板、球形滑道和滾珠構(gòu)成；水泥外殼的四個(gè)側(cè)面緊貼剛性壓板，頂面和底面緊貼柔性壓板；剛性壓板與剛性壓板之間通過“球形滑道-滾珠”結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相互垂直錯(cuò)動(dòng)，柔性壓板可在剛性壓板擠壓下發(fā)生形變適應(yīng)巖樣形變；剛性壓板和柔性壓板外側(cè)固定有液壓裝置，負(fù)責(zé)推動(dòng)剛性壓板和柔性壓板施加圍壓；液壓裝置固定在加厚鋼板上，加厚鋼板與地面固定連接；

所述縫網(wǎng)起裂瞬時(shí)定位結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體纖維絲、電阻測(cè)量器、連接線構(gòu)成；

所述縫網(wǎng)延伸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)由電磁波脈沖探頭、雷達(dá)回波分析器、計(jì)算機(jī)、信號(hào)傳輸線、信號(hào)放大器構(gòu)成；

所述縫網(wǎng)起裂瞬時(shí)定位結(jié)構(gòu)中，“匚”形半導(dǎo)體纖維絲分別沿豎向和橫向均勻布設(shè)于試樣全部外表面，每根半導(dǎo)體纖維絲單獨(dú)通過連接線連接電阻測(cè)量器，電阻測(cè)量器監(jiān)測(cè)每根半導(dǎo)體纖維絲電阻值；通過監(jiān)測(cè)豎向和橫向交叉分布的半導(dǎo)體纖維絲電阻值突變定位試樣內(nèi)縫網(wǎng)起裂位置；

所述半導(dǎo)體纖維絲的分布距離小于2cm，當(dāng)半導(dǎo)體纖維絲電阻值有突變時(shí)，從豎向半導(dǎo)體纖維絲找出電阻值突變最大的半導(dǎo)體纖維絲，同時(shí)從橫向半導(dǎo)體纖維絲找出電阻值突變最大的半導(dǎo)體纖維絲，兩條半導(dǎo)體纖維絲的交點(diǎn)定義為試樣內(nèi)縫網(wǎng)起裂位置在試樣表面上的投影點(diǎn)；試樣平行表面上的投影點(diǎn)兩兩連接確定3條定位線，最后3條定位線交于一點(diǎn)即為試樣內(nèi)縫網(wǎng)起裂位置；若3條定位線不能精準(zhǔn)交于一點(diǎn)，則取距三條定位線相同距離的點(diǎn)為試樣內(nèi)縫網(wǎng)起裂位置，實(shí)現(xiàn)水力壓裂縫網(wǎng)起裂位置的瞬時(shí)定位；

所述縫網(wǎng)延伸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)中，電磁波脈沖探頭按照九宮格的排列方式放置于試樣表面，電磁波脈沖探頭負(fù)責(zé)向試樣內(nèi)部發(fā)射納秒級(jí)電磁波脈沖并接收巖體回波和流體回波；雷達(dá)回波分析器通過處理回波相參濾除巖體回波并保留流體回波；通過對(duì)流體回波的持續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)定位壓裂液運(yùn)動(dòng)信息，進(jìn)而由壓裂液運(yùn)動(dòng)信息實(shí)時(shí)反映縫網(wǎng)延伸信息，雷達(dá)回波分析器與計(jì)算機(jī)線路連接，實(shí)時(shí)可視化縫網(wǎng)延伸過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種儲(chǔ)層條件下水力壓裂縫網(wǎng)演化過程的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述圍壓加載結(jié)構(gòu)中，“球形滑道-滾珠”結(jié)構(gòu)由球形滑道和滾珠構(gòu)成，剛性壓板頂部設(shè)有滾珠，底部設(shè)有球形滑道，滾珠和球形滑道可互扣連接；通過滾珠和球形滑道將剛性壓板與剛性壓板垂直互扣連接，側(cè)面剛性壓板在液壓裝置的推動(dòng)下利用“球形滑道-滾珠”結(jié)構(gòu)發(fā)生相互垂直錯(cuò)動(dòng)和移動(dòng)施加水平圍壓，頂部和底部柔性壓板在液壓裝置的推動(dòng)下施加軸向圍壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種儲(chǔ)層條件下水力壓裂縫網(wǎng)演化過程的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述投影點(diǎn)坐標(biāo)通過電阻值突變最大的半導(dǎo)體纖維絲位置坐標(biāo)獲取，然后通過投影點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算縫網(wǎng)起裂位置坐標(biāo)，見下式(1)，

式中：u，v，w為縫網(wǎng)起裂位置的三維坐標(biāo)；F_x，F(xiàn)_y為主視圖的投影點(diǎn)坐標(biāo)；T_x，T_y為俯視圖的投影點(diǎn)坐標(biāo)；S_x，S_y為側(cè)視圖的投影點(diǎn)坐標(biāo)；x，y為圖紙坐標(biāo)系下投影點(diǎn)坐標(biāo)。