[發明專利]圍壓條件下觀測巖體熱損傷并測試滲透性的裝置及方法

在審

• 申請號: 202210938499.5
• 申請日: 2022-08-05
• 公開（公告）號: CN115290431A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 李皋;張毅;王柯達;馮佳歆;李明昊;宿騰躍;王睿
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/18;G01N15/08;G01D21/02
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明涉及圍壓條件下觀測巖體熱損傷并測試滲透性的裝置，包括巖樣加熱與夾持系統、壓力衰減測試系統、圍壓加載系統、觀測系統、控溫系統和數據采集與處理系統。利用該裝置觀測巖體熱損傷并測試滲透性的方法，包括：準備相同兩塊巖樣；第一組實驗：取下光學觀察窗和上蓋板，將巖樣置于巖樣夾持單元內，將液壓油注入巖樣夾持單元，打開氮氣瓶，啟動加熱單元，紅外熱成像儀記錄巖樣表面溫度變化，壓力傳感器記錄中間容器的壓力衰減規律；第二組實驗：安裝光學觀察窗和上蓋板并密封，通過DIC和顯微觀察儀記錄巖石表面全場應變與微細觀結構變化。本發明揭示了儲層熱增產工藝中井周巖體在高溫下的實時損傷及增滲機制，克服了現有技術的缺陷和不足。

技術領域

本發明屬于高溫巖體地熱開發及非常規油氣資源高溫增產領域，具體涉及一種圍壓條件下實時觀測巖體熱損傷并測試滲透性的試驗裝置及方法。

背景技術

為更加低成本、環保地開發地下油氣資源，儲層高溫加熱提高單井產能已成為致密/頁巖油氣高效開發的一項儲備技術，其主要機理在于熱損傷誘導巖石內部形成裂紋并擴展、連通，增大井周的泄流面積。然而，一般的巖石加熱試驗在微細觀結構觀測及滲透性測試上往往在卸壓、冷卻后進行，這難以準確評價儲層熱增產工藝中井周巖體在高溫下的實時損傷及增滲機制，更無法為選擇有利于增大滲流能力和保持井眼穩定性的最佳溫度區間提供依據。

發明專利“一種多場耦合下巖石微細觀結構實時觀測試驗平臺”(CN20211133391.0)，通過加熱系統、壓力加載系統、水/氣壓加載系統對巖石提供多場耦合環境，并結合觀測系統用于長期高溫-滲流-應力耦合下巖石微細觀結構實時觀測，但其考慮環境為深部地層原始高溫，與高溫熱增產所需的溫度(600℃以上)不符，且無法測試巖石滲透性的變化?！耙环N高壓環境下巖心熱致裂實驗系統與方法”(CN201710283873.1)，通過對巖心進行單側加熱的夾持器以及與之相連通的介質源和介質流動管系，能實現100～600℃下的巖石滲透率測量，但未考慮巖石熱損傷的細觀觀測問題，缺乏加熱條件下解釋巖石滲透率變化機理的技術途徑。因此，如何采取合理的觀測和測試手段，系統地研究巖石在圍壓條件下的熱損傷及增滲規律以及隨加熱溫度及時間的響應規律，對進一步理解儲層熱增產工藝中井周巖體的細觀時效變形、漸進破裂和增滲機制有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于提供圍壓條件下觀測巖體熱損傷并測試滲透性的裝置，該裝置能在巖石高溫加熱條件下實時觀測表面溫度、全場應變和微細觀結構，并同步測量滲透率，從而評價和揭示儲層熱增產工藝中井周巖體在高溫下的實時損傷及增滲機制，克服了現有技術的缺陷和不足。

本發明的另一目的還在于提供利用上述裝置在圍壓條件下觀測巖體熱損傷并測試滲透性的方法，該方法原理可靠，操作簡便，測試過程符合實際工況，測試結果快速準確，對發展和促進高溫巖體地熱開發及非常規油氣資源高溫增產，能夠提供重要的理論依據和技術手段。

為達到以上技術目的，本發明采用以下技術方案。

本發明通過巖心夾持器為巖心施加不同圍壓，并放置于加熱爐上端，通過溫度控制系統進行不同溫度的熱處理，以模擬井筒加熱條件下井周巖體單向受熱的狀態。加熱爐體外接氮氣瓶及帶壓力傳感器的中間容器，通過壓力衰減測算巖體實時加熱條件下的滲透性變化，并在觀測端采用紅外熱成像儀記錄巖石另一端面的溫度變化。同時通過加入耐高溫光學石英玻璃作為觀察窗，采用DIC方法和顯微鏡兩種觀察手段，獲取巖體表面全場應變特征和微細觀結構特征的時效變化。

圍壓條件下觀測巖體熱損傷并測試滲透性的裝置，包括巖樣加熱與夾持系統、壓力衰減測試系統、圍壓加載系統、觀測系統、控溫系統和數據采集與處理系統。