[发明专利]一种含温控系统的大尺寸真三轴水力压裂实验机及其实验方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种含温控系统的大尺寸真三轴水力压裂实验机及其实验方法，属油气田开发技术领域。

背景技术

近些年来，随着常规天然气的逐渐减少，开发难度的不断加大，以页岩气、致密砂岩气和煤层气为代表的非常规天然气正在影响着世界能源格局，而非常规天然气增产的主要方法之一为水力压裂。

水力压裂是油气田增产的核心技术手段之一，它对于增大储层渗流面积及导流能力，提高压裂井初始产量及最终采收率都具有明显的效果，在油气田开发领域中有着广泛的应用。而基于储层特性开展的室内水力压裂物理模拟实验，可确定页岩的可压裂性、破裂压力和压裂效果等，是认识页岩裂缝几何形态和扩展规律的一种可靠、有效手段，可为现场压裂施工提供实验依据。

目前，常规水力压裂实验设备只能在室温下进行，忽视了储层温度对于实验的影响，而储层岩石，尤其是深层岩石在高围压、高温度和高孔隙压力状态下，其岩石力学特性与普通的岩石力学特性有十分明显的区别，导致地层破裂压力升高，开采难度加大，也会对压裂液的性质产生很大的影响，在室温下很难模拟真实的水力压裂过程。

申请号为201510008771.X的发明专利公开了一种水力加砂压裂系统，通过设置第一、第二管道，溢流阀及三通阀门，实现对试样的含砂压裂过程，并通过声发射系统监测水力压裂过程。但该系统中试样尺寸过小，且无法模拟储层温度，很难实现对现场压裂施工的模拟。

申请号为201611073450.9的发明专利申请公开了一种真三轴水力压裂实验机及其实验方法，采用压裂液容器和推注容器分开设计的方法，实现对过程中压裂液的更换。但该申请并未考虑温度对于压裂液性质的影响，而压裂液中的很多添加剂均为大分子材料，在高温环境下易分解而导致压裂液失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有水力压裂装置存在的无法模拟储层温度对压裂过程影响的问题，提供一种含温控系统的大尺寸真三轴水力压裂实验机及其实验方法，可探究在模拟构造地应力及储层温度条件下水力裂缝的起裂、扩展规律及裂缝形态。

本发明所采用的技术方案为：

一种含温控系统的大尺寸真三轴水力压裂实验机，主要包括5个模块：含温控系统的大尺寸真三轴模块、含温控系统的水力伺服泵压模块、声发射模块、试样装卸模块及计算机；所述含温控系统的大尺寸真三轴模块用于向试样施加围压以模拟地应力，并含可模拟储层温度的温控系统，所述含温控系统的水力伺服泵压模块用于向试样中泵入高温高压压裂液，所述声发射模块用于动态监测水力裂缝的扩展过程，所述试样装卸模块用于实现对试样的装载和卸载；含温控系统的大尺寸真三轴模块与含温控系统的水力伺服泵压模块的控制箱连接，控制箱连接计算机，所述试样装卸模块与含温控系统的大尺寸真三轴模块相连，声发射模块与含温控系统的大尺寸真三轴模块连接后再接入计算机。

按上述方案，所述含温控系统的大尺寸真三轴模块包括试样放置室、方形压块、第一液压电动泵、方形加热板及隔热装置，方形压块用于对放入试样放置室中的试样施加模拟地应力，第一液压电动泵与所述方形压块通过活塞杆连接，用于控制方形压块进退，以实现对试样的加压，方形加热板及隔热装置分布在试样放置室四个内端面，试样放置室底端开有压裂液出口，并配有压裂液收集容器；所述方形压块设有三个，三个方形压块分别在水平、垂直和竖直(X、Y、Z)三个方向挤压试样，每一所述方形压块分别对应设置一所述第一液压电动泵(以模拟地应力)；

所述含温控系统的水力伺服泵压模块包括压裂液容器、第二液压电动泵、溢流阀、三通式伺服阀、控制箱、液体加热装置，所述控制箱内设置有增压泵；所述第二液压电动泵的第一端通过管道连接压裂液容器、第二端通过管道连接所述三通式伺服阀的第一端；三通式伺服阀的第二端连接回压裂液容器，三通式伺服阀的第三端通过泵注管线连接至控制箱内的增压泵；所述溢流阀的一端连接压裂液容器、另一端与第二液压电动泵的第二端连接；所述液体加热装置设置在泵注管线上并与控制箱内的温度控制装置连接；所述第一液压电动泵通过第一液压电动泵控制线路与控制箱连接，方形加热板通过方形加热板控制线路与控制箱连接，控制箱连接到计算机(通过计算机及控制箱分别对实验机进行控制)；所述试样放置室的四个内端面与方形加热板的端面相同。

按上述方案，所述声发射模块包括全信息声发射分析仪主机、信号放大器和声发射探头，所述声发射探头安装于所述试样放置室的四个内端面并通过信号传感线与信号放大器连接，信号放大器通过信号传感线与全信息声发射分析仪主机连接，全信息声发射分析仪主机通过控制电线与计算机连接。