[发明专利]页岩原位体积压裂试验系统有效

专利信息
申请号: 201410371569.9 申请日: 2014-07-30
公开(公告)号: CN104132850B 公开(公告)日: 2017-02-08
发明(设计)人: 刘大安;王洪建;李晓 申请(专利权)人: 中国科学院地质与地球物理研究所
主分类号: G01N3/10 分类号: G01N3/10;G01N29/14
代理公司: 北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙)11371 代理人: 吴开磊
地址: 100029 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 页岩 原位 体积 试验 系统
【权利要求书】:

1.一种页岩原位体积压裂试验系统,其特征在于,包括开有中心孔的立方体形的页岩试件、用于对所述页岩试件施加压力的三轴加载系统、用于对所述页岩试件注射压裂液的体积压裂系统以及用于采集所述页岩试件在破裂过程中的声音和载荷的数据监测采集系统,所述三轴加载系统包括多个轴向施压于所述页岩试件的液压千斤顶和侧向施压于所述页岩试件的柔性液压囊,所述液压千斤顶和柔性液压囊均外接有液压源,所述体积压裂系统包括依次连接的注液管和注塞泵,所述注液管的输出口伸入所述中心孔,所述注塞泵外接有压裂液源,所述数据监测采集系统包括声发射探头、压力传感器以及微机控制器,所述声发射探头和压力传感器分别与微机控制器连接。

2.根据权利要求1所述的页岩原位体积压裂试验系统,其特征在于,所述三轴加载系统包括外接有液压源的液压箱,多个液压千斤顶均设置于所述液压箱上。

3.根据权利要求2所述的页岩原位体积压裂试验系统,其特征在于,所述页岩原位体积压裂试验系统位于硐室内部,包括用于稳定整个系统的支撑装置,所述支撑装置包括上支撑柱、右支撑柱、主支撑柱以及副支撑柱,所述上支撑柱一端抵住所述液压箱上部,另一端抵住硐室顶壁,所述右支撑柱一端抵住液压箱右部,另一端抵住硐室右侧壁,所述主支撑柱和副支撑柱均一端抵住液压箱下部,另一端抵住硐室地面。

4.根据权利要求1所述的页岩原位体积压裂试验系统,其特征在于,所述压力传感器有5个,其中1个设置于所述页岩试件的中心孔内,其余4个分别设置于所述页岩试件侧向的4个面上。

5.根据权利要求1所述的页岩原位体积压裂试验系统,其特征在于,多个液压千斤顶连接有直接对所述页岩试件施压的立方体形的柔性加载板。

6.根据权利要求5所述的页岩原位体积压裂试验系统,其特征在于,所述声发射探头有7个,其中3个设置于所述柔性加载板轴向的施压于所述页岩试件的面上,其余4个分别设置于所述柔性加载板侧向的4个面上。

7.根据权利要求5所述的页岩原位体积压裂试验系统,其特征在于,所述柔性加载板与所述页岩试件之间设置有用于密封的垫圈和环氧树脂胶结层,所述垫圈和环氧树脂胶结层均开有与所述页岩试件的中心孔匹配的孔。

8.根据权利要求1所述的页岩原位体积压裂试验系统,其特征在于,多个柔性液压囊之间设置有封隔柱。

9.根据权利要求1所述的页岩原位体积压裂试验系统,其特征在于,所述液压千斤顶和所述柔性液压囊均连接有液压控制器。

10.一种基于权利要求1-9中任一项所述的页岩原位体积压裂试验系统的页岩原位体积压裂试验方法,其特征在于,包括以下步骤:

SP1:利用方形排钻方式取样,钻取立方体形的页岩试件,试件尺寸1000mm×1000mm×1000mm或者500mm×500mm×500mm,中心压裂孔尺寸为φ30mm×600mm或者φ15mm×300mm,页岩试件的侧壁和中心孔壁打磨光滑;

SP2:在可移动的储液车中制作压裂液;

SP3:多个液压囊分别与液压管连接,然后平整放入方形试件的四周,并在多个液压囊之间设置封隔柱;

SP4:将注液管放入页岩的中心孔中,然后用固化剂密封住中心孔,并且套上环氧树脂胶结层,让注液管的端口与页岩试件的表面黏贴牢固,达到密封效果;

SP5:安装主支撑柱和副支撑柱,然后安装液压箱以及右支撑柱,然后将注液管与注塞泵连接,并在加载板中预留声发射探头的安装位置,并与微机控制器连接,然后安装上支撑柱;

SP6:将多个压力传感器安装好,并与微机控制器连接;

SP7:开启声发射采集功能,并检查各个声发射探头接触是否良好,然后设置声发射相关参数,包括门槛、波速、采样率、传感器的三维空间位置等;

SP8:利用三轴加载系统给页岩试件施加初始压力,系统稳定后,依据页岩储层的实际的应力给页岩试件施加轴向和侧向压力;

SP9:启动微机控制器,设定好压裂液的工作压力和注入流速,启动注塞泵,依据微机控制器的设置,向页岩试件的中心孔注射压裂液,微机控制器记录模拟页岩试件内部各个部分的压力变化和声发射信号;

SP10:当压力计显示的压力值不再增加,即达到压力最大值,此压力值即为介质的破裂压力,停止注塞泵工作,完成页岩原位体积压裂实验实施;

SP11:实验结束后,观察页岩试件的中心孔的破裂特征与方向,并拍照记录,分析和处理监测得到的压力数据、声发射信号以及反应压裂情况的参数。

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