[发明专利]页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置和方法在审
申请号: | 201811131981.8 | 申请日: | 2018-09-27 |
公开(公告)号: | CN109270165A | 公开(公告)日: | 2019-01-25 |
发明(设计)人: | 朱维耀;宋智勇;李华;岳明;刘文超;宋洪庆;杨莲子;陈震 | 申请(专利权)人: | 北京科技大学 |
主分类号: | G01N29/04 | 分类号: | G01N29/04;G01N15/08 |
代理公司: | 北京市广友专利事务所有限责任公司 11237 | 代理人: | 张仲波 |
地址: | 100083*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 页岩 压裂 声发射检测系统 流固耦合作用 介质结构 实验装置 在线检测 渗透率 页岩气 分离器 流体注入系统 声发射检测仪 数据采集系统 高压注入泵 声发射探头 水力增压器 岩芯夹持器 岩心 高压阀门 夹持系统 勘探技术 勘探开发 流体流场 渗流规律 实时计算 水力压裂 液体定量 中间容器 高压水 回压泵 回压阀 驱替泵 微裂缝 压力水 压裂液 液计量 应力场 岩芯 中压 柱塞 | ||
本发明提供一种页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置和方法,属于页岩气勘探技术领域。该装置包括岩心夹持系统、声发射检测系统、流体注入系统、数据采集系统及出液计量系统,具体包括高压注入泵、水力增压器、高压阀门、高压水中间容器、压力水调节阀、高精度柱塞驱替泵、液体定量分离器、岩芯夹持器、声发射探头、声发射检测仪、回压阀和回压泵。该方法首先测定页岩岩芯的渗透率,再进行水力压裂,同时利用声发射检测系统实时计算压裂液在压裂过程中的渗透率;得出页岩压裂过程中流体流场与固体应力场之间关系;本发明可以准确的测定压裂过程中压裂液在微裂缝中渗流规律,操作简单,对于页岩气的勘探开发有着重要的意义。
技术领域
本发明涉及页岩气勘探技术领域,特别是指一种页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置和方法。
背景技术
水平井分段压裂技术是页岩气高效开采的关键技术,大规模改造形成体积压裂。压裂技术的实质是通过注入流体改变地下储层应力,使页岩中产生人工裂缝,进而改善页岩气储层的渗透能力。流体在岩体中渗流的过程中,流体与岩体之间存在着十分复杂的相互作用。一方面岩体应力的变化改变地下水渗流的特性,另一方面渗流特性的变化又进一步改造岩体的应力场,岩体与渗流之间这种相互联系相互制约的关系被称为流固耦合效应,有效应力系数是评价流固耦合作用的重要参数。页岩气的开采过程中,随着地层压力下降,岩石物性参数会随之变化,从而影响气体的产能,因此,研究页岩介质结构变化储层流固耦合作用对流体流动的影响具有重要意义。
在页岩气藏开采过程中,地层压力逐渐下降,作用在岩石颗粒上的有效应力增加,这种效应有可能产生岩石形变,产生应力敏感,使得岩石物性参数孔隙度、渗透率减小,从而影响到气井产能。基于页岩储层的特殊性,使用常规实验测试方法进行页岩物性分析时面临一定的问题,实验效率较低或实验结果误差较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置和方法。
该实验装置包括岩芯夹持系统、声发射检测系统、流体注入系统、数据采集系统以及出液计量系统,岩芯夹持系统包括岩芯夹持器和外部连接传力板,声发射检测系统包括应变片检测仪和声发射检测仪,应变片检测仪的应力片设置在岩芯的外壁上,流体注入系统包括高压水、水力增压器、高压水中间容器、注入泵、高压阀门和压力水调节阀,出液计量系统包括回压泵、回压阀和液体定量分离器,注入泵连接水力增压器,水力增压器与高压水中间容器之间设置高压阀门,压力水调节阀控制高压水中间容器中的高压水进入岩芯夹持器,高精度柱塞驱替泵连接岩芯夹持器进行围压加载,岩芯夹持系统出口通过回压阀与回压泵相连,液体定量分离器连接在回压阀上,数据采集系统对声发射检测系统以及出液计量系统的数据进行采集。
其中,岩芯夹持系统能够在前、后、左、右四个方向轴向加载独立加压,四个方向最大载荷为50Mpa。
岩芯夹持器为圆柱型,内径为100mm×200mm,注入口位于岩芯夹持器左侧中心。
声发射检测仪连接八支声发射探头,声发射探头工作频率为10~60kHz,中心频率为35kHz,声发射探头设置在岩芯上下两端,声发射探头安装在岩芯夹持器的金属堵头凹式结构中,既能承受高压又配合紧密不影响声波的检测,金属堵头凹式结构的内表面通过激光打孔,加工出环形槽,保证高压水从声波探头周围进入岩芯。将八支声发射探头连接相应的放大器以提高监测效果,声发射探头与岩芯通过耦合剂黏结,以便有效监测内部裂缝起裂信息。
回压阀控制岩芯夹持系统出口压力,回压阀使用美国公司生产的BP-100空气弹簧回压阀。
压裂用水通过水力增压器增压后成为高压水,经过高压管线进入岩芯进行水力压裂,通过压力水调节阀控制高压水恒压或恒速流动。
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