[发明专利]模拟层状岩石中裂缝形成演化及连通性的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油地质勘探技术领域中使用的试验装置，具体涉及模拟层状岩石中裂缝形成演化及连通性的试验装置。

背景技术

人们已经越来越认识到天然裂缝是影响油气勘探和开发的重要因素，并且很多油气藏也被划分为裂缝性储层。破裂作用提高了孔隙度，更为重要的是提高了致密储层的渗透率，同时增加了油气藏内部不同储集单元之间的连通性。裂缝形成演化及连通性研究的重要性主要体现在：（1）裂缝的发育程度与连通性对油气藏储层孔渗性能与产能具有重要的作用，裂缝的连通程度不仅影响裂缝中流体的渗流，对油气井保持高产与稳产、储层保护以及储层改造等方面具有决定性的作用；（2）破裂作用引起盖层完整性破坏，造成油气渗漏，有时，即使很小规模的破裂作用也能导致巨大的渗漏速率，例如，在北海某油田，一个裂缝性顶部封闭的裂缝渗透率相对很低，仅为0.05md，但是其油气泄漏体积超过1000亿桶/百万年；（3）在进行有害废弃物处理或存储地选址（储气库、CO₂埋存）时，评价污染物从储集库向外扩散的可能路径尤为重要；（4）天然地热系统中裂缝连通性是解释裂缝中流体流动的重要因素，对于保证足够的地热流体供给具有重要意义，内部连通的、有传导能力的裂缝控制了地热系统中质量和热量的传输，不适当的注入井和开发井布局会导致过早的热窜。

国内外学者利用野外露头、岩心资料、测井资料对天然裂缝的成因类型、形成机理、控制因素及预测方法等方面做了大量的研究，也设计过模拟断层伴生裂缝分布规律、地层厚度对裂缝发育影响的试验装置，但是这些装置功能非常单一，无法满足模拟层状岩石中多期次天然裂缝形成演化过程及连通性的定量表征。基于现实油气勘探等地质方面问题的需要，针对多期次不同性质（伸展或挤压）应变场中裂缝形成演化过程的模拟越发迫切。

发明内容

本发明的目的是提供模拟层状岩石中裂缝形成演化及连通性的试验装置，这种模拟层状岩石中裂缝形成演化及连通性的试验装置用于解决现有的裂缝模拟试验装置功能单一，无法满足模拟层状岩石中多期次天然裂缝形成演化过程及连通性的定量表征的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种模拟层状岩石中裂缝形成演化及连通性的试验装置包括试验桌台、PMMA基板、岩石模型、抓爪、钨丝光源、相机，PMMA基板为透明的，位于试验桌台的中心，PMMA基板为正方形削掉四角后形成的带四个翅板的平板，四个翅板两两相对，两两相对的翅板为一组且对称设置，每个翅板上都均匀设置有连接孔；试验桌台上固定设置四个应变加载器，四个应变加载器分别与PMMA基板的四个翅板一一对应设置，每个应变加载器与相应的翅板均通过抓爪固定，抓爪的底面延长度方向设置有贯通的条形槽，条形槽的两侧槽壁均设置有连接孔， PMMA基板的每个翅板分别伸入到相应抓爪的条形槽内，通过螺栓与该抓爪固定连接，抓爪通过其顶面的固定孔与相应的应变加载器固定连接，两个相对设置的应变加载器的推拉方向是共线的；PMMA基板的中心放置岩石模型，岩石模型的四周分别设置应变传感器；钨丝光源位于PMMA基板的一个翅板一侧，钨丝光源进行照射，在裂缝处生成反射光，相机设置在岩石模型的斜上方，相机接收裂缝的反射光，记录裂缝的扩展模式；上述相机、各应变加载器、各应变传感器均连接计算机，岩石模型为脆性涂层。

上述方案中脆性涂层的制备方法：将模具放置在PMMA基板的中央，用注射器将液体脆性涂层展布到模具范围内，该过程在1分钟之内完成，形成一个稳定分布的、厚度均匀的薄膜，之后，在室温22.5℃条件下干燥24小时，使脆性涂层的力学性质趋于稳定；模拟具有不同厚度、不同岩石力学性质组合的多层岩石时，根据设定的单层厚度确定所需液体脆性涂层的体积，根据所设定的力学性质选择脆性涂层的类型，分别对每一层用注射器进行展布；模型建立好后，撤掉模具；模具为两端开放的方筒体，筒体的长、宽、高均为10cm，模具的底端用橡胶皮套包围，模具材质为塑料。

上述方案中岩石模型的四周设置四个应变传感器，四个应变传感器分别设置在岩石模型的四个侧面。

上述方案中PMMA基板的厚度为0.45cm。

上述方案中钨丝光源采用500W钨丝光源。

本发明具有以下有益效果：