[实用新型]一种含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置

说明书

技术领域

本实用新型属于岩石工程和非常规天然气工程领域，主要涉及一种含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置。

背景技术

含气页岩储层非常致密，依靠储层自然降压开采产量低、衰减快，要达到商业开发的目的，必须利用压裂技术增加产量。含气页岩粘土含量高，采用高压水进行压裂，会使得含气页岩中粘土吸水膨胀，水分子包裹粘土颗粒，导致被水包裹的粘土颗粒内气体难以解吸和运移，致使增产效果不佳。采用气体压裂则不存在上述问题，气体粘度小，且二氧化碳等气体的吸附性大于甲烷气体，至裂后还可以利用其竞争吸附的性能使吸附态甲烷分子变为游离态，进一步增加含气页岩产气量，气体压裂成为页岩气开发中的一项关键增产技术。

含气页岩气体压裂技术中，增产的关键问题在于破坏过程中含气页岩裂隙的发育、扩展和贯通程度，及其对含气页岩渗透性能的影响。目前利用已有设备进行的含气页岩破裂过程裂隙演化规律测试，均在测试结束后利用扫描电镜等设备进行裂隙观察和统计，这种测试方法不能监测含气页岩破裂过程中裂隙的动态发育和扩展规律。CT可以实现含气页岩破裂过程中裂隙发育的动态监测，但是无法为测试提供注气条件。

压裂的主要目的是提高含气页岩储层渗透性能、以增加产气量，研究气体压裂不仅需要监测含气页岩的破裂演化过程，更需要测试裂隙演化过程中的气体流量和渗透性能变化。目前，含气页岩破裂过程中渗透性能的测试多采用MTS展开，具体方法为：加载试样外部偏压，达到指定值后保持偏压不变，利用瞬态法进行该级偏压下的含气页岩渗透性能。现有测试方法存在以下几点问题：(1)采用的流体为蒸馏水，而实际储层中的渗透介质为气体，研究气体压裂过程中的渗透性能必须利用气体作为渗透介质；(2)只能用渗透性能反映不同偏压下含气页岩裂隙最终的扩展情况，无法实时反映含气页岩在偏应力下的裂隙动态演化；(3)因采用的渗透性能测试方法为瞬态法，不能反应含气页岩破裂过程中流量变化。

中国含气页岩储层埋深500-3500m，含气页岩和储存于其中的气体分子均处于一定的温度环境中，测试中需考虑不同温度对含气页岩破裂和气体渗流的影响。目前对岩石破裂过程渗透性能变化的测试只对试样加温，未对测试气体加温，不符合工程实际。原有高、中渗透岩石多采用流量计人工记录岩石破裂过程中的流量，误差大，且难以及时记录，无法获取实时动态的完整流量信息。致密含气页岩测试过程中流量小至10^-2ml/min，温度的影响不可忽略，流量计测定流量无法提供收集气体的恒温环境，测试误差大，含气页岩致密流量测定必须提供满足一定精度的恒温环境。

含气页岩由于埋深大，致使井筒内存在很高一段气柱，井底气体压力不为零；同时，压裂后，裂隙通道存在一定气体压力，基质向裂隙的气体流动是在一定背压下进行的。现有测试中，流量收集端均连入大气，导致偏离了工程实际。

由于沉积成岩过程、地质改造、地应力、压裂改造等综合作用，使得含气页岩存在非均质各向异性的特征，测试过程中试样不同部位裂隙发育不同，必须对试样多部位进行变形特征监测，而现有的测试装置和方法均只对试样中部变形进行监测，不足以代表试样整体变形。现有的变形测试多采用应变片进行，应变片导线常引起漏油、漏气问题，导致测试不准确。

本实用新型含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置解决了实际生产中的的关键技术难点：

1.如何实时测试和表征含气页岩动态的裂隙发育特征。

2.如何提供背压、恒温的条件，准确实时测得破裂过程中流入和流出致密含气页岩的动态气体流量和渗透率变化。

3.如何解决测试过程中的漏油漏气问题。

发明内容

针对现有测试方法存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置。

本实用新型含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置，包括三轴压力室、偏压加载系统、静水压力加载系统、上端流体系统、下端流体系统、抽真空系统、恒温系统和数据控制采集系统；

三轴压力室包括轴压室、围压室、轴向位移传感器、上部环向位移传感器、中部环向位移传感器、下部环向位移传感器和试样加温装置；轴压室设置在围压室之上，轴向位传感器竖直设置在围压室底部，分立两侧，上部环向位移传感器环绕在试样上部，中部环向位移传感器环绕在试样中部，下部环向位移传感器环绕在试样下部；试样加温装置设置在围压室内。

偏压加载系统设置在三轴压力室的轴压室内；

静水压力加载系统设置在三轴压力室的围压室内；

上端流体系统，包括高精度柱塞泵，上端流体系统通过三轴压力室围压室底部穿孔与试样上部相连通；