[发明专利]一种基于DIC技术的页岩可视化压裂实验装置及方法

说明书

本发明公开一种基于DIC技术的页岩可视化压裂实验装置及方法，应用于非常规储层改造领域，针对现有技术无法有效观测页岩水力压裂裂缝动态扩展过程的问题；本发明设计了专门的页岩夹具并对其结构进行了优化设计，首先对页岩装夹方式进行改进，避免了现有技术所采用的岩样钻孔固定的方式，本发明的装夹方式能更加稳固地固定岩样，又能保证岩样力学性质不受干扰；同时制作了不同逼近角度充填裂缝来进行实验，可有效得到水力裂缝与天然裂缝的相互作用机制及关键影响参数；通过DIC对水力压裂过程中裂缝的扩展情况进行直观连续观测，能够模拟真实岩层中水力压裂过程中裂缝的扩展模式，分析天然裂缝与人工裂缝的相互作用规律，为工程实际提供借鉴。

技术领域

本发明属于石油勘探领域，特别涉及一种页岩油气非常规储层改造技术。

背景技术

随着石油勘探开采技术的进步，非常规油气的开采成为当今石油产业的热点，页岩油气由于其储量丰富也随之受到广大科研工作者的重视，在我国已经开始对相关页岩油区块进行开发。因此研究页岩中裂缝的扩展规律对页岩油气开采具有重要意义。然而，页岩具有低孔低渗的特点，页岩生烃模式为自生自储，而且深层页岩地应力差大，温度较高，导致深层页岩在复杂的环境中难以达到较好的起裂效果。页岩层理多非均质性强，这就决定页岩中裂缝的扩展规律较常规油气开采过程中裂缝扩展规律复杂的特点，使得页岩中复杂裂缝的成缝机理不明确，尤其天然裂缝对水力裂缝的影响机制不清晰。常规的水力压裂实验方法研究页岩裂缝扩展规律不能更好地对页岩中复杂的裂缝进行分析。

数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC)中内置数字图像处理系统和数值计算系统，能够将实验过程中标记点的位置信息输送至系统中自动运行程序进行处理，从而实现岩样中裂缝扩展可视化的目的。页岩中各层岩性复杂，层理与层理之间的力学性质多变，导致裂缝形态复杂多样。工程上使用一系列技术措施，以提高缝网复杂程度，改善页岩压裂改造体积，达到提高采收率的目的，但取得的效果不佳，而且由于深层页岩埋藏较深，现有提高缝网复杂程度改善页岩压裂改造体积的施工工艺主要建立在经验性基础上，无法深入分析研究复杂缝相互作用机制及水力裂缝成缝机制，进而不能改善现有施工工艺。由于深层页岩的特殊性，目前现场水力压裂裂缝实时监测的手段有微地震，但其准确性不够，还有一种就是对各种裂缝进行全面检测，这样虽然能够准确且真实地还原了裂缝扩展情况，但由于裂缝网过于复杂，不能分析裂缝扩展规律，尤其不能分析水力裂缝与天然裂缝相互作用方式及规律的问题，而且在选择岩样时不能准确地表征出水力裂缝与人工裂缝之间的位置关系，使实验结果更加模糊。除此之外，目前研究天然裂缝和人工裂缝之间的相互作用规律的方法主要是通过室内模型实验和数值模拟实验分析应力-应变关系来进行预测，在准确性方面缺乏说服力，数字图像相关法(Digital image correlation，DIC)是一种无损、实时、高效、全应变场表面变形监测手段，能够实现实时标记处裂缝精确的位置变化信息，所以将DIC技术运用到页岩水力裂缝扩展规律的研究中具有深刻的研究意义，对页岩水力压裂新方法新工艺的提出提供借鉴。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于DIC技术的页岩可视化压裂实验装置及方法，利用数字图像相关法(DIC)测量系统对水力压裂过程中裂缝的扩展情况进行观测，能够模拟真实岩层中水力压裂过程中裂缝的扩展模式，分析天然裂缝与人工裂缝的相互作用规律，为工程实际提供借鉴。

本发明采用的技术方案之一为：一种基于DIC技术的页岩可视化压裂实验装置，包括：岩样装夹系统、应力加载装置、水力施加装置、DIC测量及分析系统；

所述岩样装夹系统用于固定岩样，岩样装夹系统包括：两块不锈钢压板、两块有机玻璃板、若干紧固装置、两个围护组件、以及设置于其中一块不锈钢压板上的视图窗口；两个围护组件分别设置于岩样的左右两侧，岩样前后两侧从近至远依次设置有机玻璃板、不锈钢压板；所述两块不锈钢压板、两块有机玻璃板、两个围护组件上均设置有预留孔位，紧固螺栓依次插入不锈钢板、有机玻璃板、围护组件，有机玻璃板、不锈钢板，并拧紧固定；

所述应力加载装置用于向岩样上施加应力；