[发明专利]液氮压裂应用于地热开发的实验方法及实验装置

说明书

本发明公开了一种液氮压裂应用于地热开发的实验方法及实验装置，其涉及地热资源开发技术领域，该实验方法包括：钻取所需的岩石试件，将岩石试件加工成与围压装置相匹配的形状，同时在岩石试件上进行钻孔以形成孔洞，并在孔洞中制作形成模拟井筒；将岩石试件进行加热以使岩石试件达到模拟地热的预设温度；将达到模拟地热的预设温度的岩石试件安装至围压装置中，通过围压装置对岩石试件施加预设围压和预设空隙压力；向岩石试件的孔洞中注入液氮压裂液，待液氮压裂液的压力达到预设压力条件时，终止注入液氮压裂液并卸载围压；等。本申请能够模拟采用液氮对地热附近的岩石进行压裂以研究超低温引起的热应力对地热附近的岩石的破坏情况。

技术领域

本发明涉及地热资源开发技术领域，特别涉及一种液氮压裂应用于地热开发的实验方法及实验装置。

背景技术

地热是地球内部产生的储存在地表下的热量，地热能已经成为及煤炭、石油之后重要的替代型能源之一，是太阳能、风能、生物质能等新能源领域中重要的成员，是一种无污染或极少污染的可再生清洁绿色能源。我国是一个地热资源较为丰富的国家，特别是温度在25℃至150℃之间的中低温地热资源几乎遍及全国。地热资源的开发利用蓬勃兴起，尤其是在20世纪90年代以后具有很大的市场需求，其被广泛应用于发电、温度种植、水产养殖、疗养洗浴、取暖等涉及人民生活的各个方面。我国丰富的地热资源为缓解中国能源紧张的局面和保护环境起到了重要的作用。

液氮具有无色无味的特点，是钻完井中常见的一种工作液体。地热资源埋深大，温度高，它和液氮相互作用后会产生巨大的温差，进而将产生很大的温度应力。研究表明，液氮超低温引起的热应力能够使岩石发生破裂并加快岩石裂隙的扩展，岩石孔隙中的水在超低温下结冰会产生巨大的冻胀力，从而加剧对岩石的破坏。就目前而言，将超低温液氮压裂用于开发地热的理论还很少，特别是缺乏相应的实验方法来研究液氮压裂用于地热开发的实验过程。因此，亟需一种液氮压裂应用于地热开发的实验方法，以供日后能够高效的开发地热资源。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种液氮压裂应用于地热开发的实验方法及实验装置，其能够模拟采用液氮对地热附近的岩石进行压裂以研究超低温引起的热应力对地热附近的岩石的破坏情况。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种液氮压裂应用于地热开发的实验方法，所述液氮压裂应用于地热开发的实验方法包括：

钻取所需的岩石试件，将所述岩石试件加工成与围压装置相匹配的形状，同时在所述岩石试件上进行钻孔以形成孔洞，并在所述孔洞中制作形成模拟井筒；

待制作形成模拟井筒后，将所述岩石试件进行加热以使所述岩石试件达到模拟地热的预设温度；

将达到模拟地热的预设温度的岩石试件安装至围压装置中，通过所述围压装置对所述岩石试件施加预设围压和预设空隙压力；

向所述岩石试件的所述孔洞中注入液氮压裂液，待液氮压裂液的压力达到预设压力条件时，终止注入所述液氮压裂液并卸载围压；

在卸载围压后，将所述岩石试件进行切割并观察所述岩石试件内部的压裂裂缝的破坏特征和压裂裂缝的破坏形态。

优选地，模拟地热的预设温度为150度至300度之间。

优选地，所述预设压力条件为液氮压裂液的压力下降并稳定在地应力下。

优选地，所述围压装置内部的腔体呈圆柱型，所述岩石试件呈圆柱型。

优选地，将所述岩石试件沿所述孔洞的轴线进行剖面切割以直观的观察到所述岩石试件内部的压裂裂缝的破坏特征和压裂裂缝的破坏形态。

优选地，在所述岩石试件上进行钻孔以形成孔洞，并在所述孔洞的内壁上涂设ab胶，并使所述岩石试件在干燥通风处进行养护以形成模拟井筒。