[发明专利]三轴加载脉冲水力压裂裂缝扩展动态监测试验装置

说明书

本发明公开了一种三轴加载脉冲水力压裂裂缝扩展动态监测试验装置，涉及三轴水力压裂裂缝传递压力监测、裂缝发育及扩展规律研究的物理模拟实验系统平台，主要包括注液控制系统、三轴应力加载系统、缝内水压监测系统和声发射三维动态监测系统。本发明能在模拟不同储层的三轴应力状态下，以不同压力、频率注入各类压裂液体系实现储层水力压裂；并在试验过程中实现三轴伺服加载，实时裂缝传递压力监测及裂缝三维演化的功能，为研究储层三轴水力压裂提供了研究平台。本发明操作简单、智能化程度高、结构紧凑，能够很好的研究储层水力压裂过程中岩石的断裂损伤机理。

技术领域

本发明涉及一种用于模拟不同储层压力环境、不同脉冲频率、不同压裂液体系下，水力压裂储层改造实验、缝内液体压力实时跟踪以及水力裂缝扩展三维监测岩石物理实验模拟装置。

背景技术

随着世界能源格局的不断发展，传统能源日趋紧张和萎缩，在美国页岩气革命的成功后，诸如页岩气、煤层气及致密气等非常规能源引起了世界范围内的广泛关注和研究。我国非常规油气储量丰富、开发潜力大，重要集中在中部地区，但具有地质条件复杂、埋藏深、开采成本高等特点。由于非常规油气储层具有低孔低渗的特征，水力压裂技术是提高非常规油气储层产量的重要手段和关键技术之一。常规水力压裂在取得较好的效果的同时也存在压裂液量大、水力压力大易引发微震、压裂裂缝单一、压裂体积简单等问题。脉冲水力压裂是在常规水力压裂的基础上，进行改进的一种压裂方法，主要是运用水力的脉冲动能使储层发生疲劳损伤，进而扩展裂缝，丰富压裂体积以达到提高储层改造的效果。而现阶段对脉冲水力压裂的研究相对较缺乏，脉冲水力压裂机理尚未明确，主要的脉冲参数对压裂的影响机制还需深入探究，因而，建立科学的脉冲水力压裂模拟试验系统，深入研究脉冲水力压裂作用机理、裂缝扩展延伸机理及储层压裂损伤破坏等领域，对脉冲水力压裂技术的研究和参数选取具有重要的意义。

常规水力压裂是将高压液体压入储层中，使储层破裂形成裂隙网路来提高储层的渗透率，提高产量。脉冲水力压裂采用一定的脉冲频率致裂岩石，能降低致裂压力、增加裂缝的扩展长度和提高裂隙网络的复杂程度。

目前，在三轴脉冲水力压裂储层改造及压裂裂缝扩缝研究方面还没有比较系统成熟的试验装置，在这方面的研究相对匮乏的。现有三轴水力压裂试验大多数科研院所采用Φ50的岩心作为试样。现有相关水力压裂试验装置存在以下缺陷：

1、只有恒压水力压力、无脉冲频率，或者存在脉冲频率，但脉冲频率不可实时调节。

2、对压裂裂缝的扩展监测，只能在压后进行肉眼观察；或者在声发射监测下，也因为试样过大、物性差异和信号数据失真等，所以缺少动态监测裂缝三维扩展延伸的能力。

3、现有水力压裂装置只能监测压裂液进口压力，无法监测压裂液在压裂过程中的压力值变化，即缺乏监测在裂缝扩展延伸中的传递压力值。

4、现有水力压裂装置中，缝内水压监测和声发射监测都是独立测试，没有形成一个同步触发的动态监测系统。

发明内容

本发明提供一种三轴加载脉冲水力压裂裂缝扩展动态监测试验装置，其主要是克服现有试验装置中的无脉冲压力、裂缝扩展不能实时进行三维监测及各监测系统无法统一协调等缺陷，本试验系统能够模拟储层岩石在三轴应力状态下、实现以不同压裂液体系进行脉冲或连续流体压裂，并对裂缝扩展压力跟踪监测、裂缝扩展动态实时三维监测，分析压裂裂缝的发育类型和扩展情况，为研究脉冲水力压力提供研究平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：三轴加载脉冲水力压裂裂缝扩展动态监测试验装置，其包括注液控制系统、脉冲发生器、三轴应力加载系统、三轴伺服控制系统和监测系统；其中：

所述注液控制系统由容器池、高压泵、第一多通阀、第一开关阀、中间容器、第二开关阀、第二多通阀、进液口压力传感器组成；所述高压泵通过第一多通阀、第一开关阀连接到3个中间容器，其作用为将容器池内的液体不间断注入不同压裂液体系；所述进液口压力传感器，为监测进液压力。