[发明专利]一种高温高压水压致裂夹持器及其试验方法

说明书

本发明公开了一种高温高压水压致裂夹持器及其试验方法，高温高压水压致裂夹持器包括试验筒体、筒体上安装部分、筒体下安装部分和筒体内安装部分。本发明可针对小型岩样进行水压致裂试验，单次试验一人即可进行，操作方便，试验成功率高，单次试验成本较低；夹持器共有五处密封设计，可有效避免在试验过程中因漏液导致的试验失败，密封件均通过相关部件压紧方式进行密封，且在加温过程或试验过程中，可以对密封件进行持续压紧，且筒体内安装部分特别设计了密封预紧力施加及提供部件，能够抵抗试验过程中部件受热后的膨胀力，利于研究热力耦合作用下高温高压岩体的破裂力学行为，可为高温岩体地热开采工程中储留层的建造工程提供理论依据和指导。

技术领域

本发明涉及一种试验仪器及其试验方法，具体是一种针对干热岩能源开发工程的增强型地热系统储留层建造工程中研究高温高压岩体的破裂力学行为的高温高压水压致裂夹持器及其试验方法，属于干热岩地热开发利用技术领域。

背景技术

干热岩(HDR)指的是赋存在地面以下3～10km、温度150～650℃且内部不存在或少量存在流体的高温岩石(主要为变质类和结晶类岩体)，干热岩具有致密、低渗透的特点，普通开采难以实现，增强型地热系统(EGS)是目前干热岩能源开发工程的主要技术，随着地热项目的推动，EGS系统的基础研究及其工程应用等一系列问题，成为近年来国内外研究的新兴热点。

水力压裂法是EGS系统最常见的储层改造方法，通过对压裂井注入高压流体，可以实现对干热岩地热储层的破裂，在地下建立人工地热储层，并加速注入水和周围岩体的热交换速率，扩大储层换热面积。目前在高温岩体人工地热储层的建造中，一般采用巨型水压致裂技术。国内外水压致裂装置主要针对石油领域和煤层气开发领域，使用温度多为200～300℃，而地热开发的压裂和石油领域的压裂有着本质不同，主要体现在地热领域的压裂面临着高温(0～600℃)、高压(0～60MPa)环境。针对地热开发的高温高压状态下的水压致裂工程是一个极其复杂的多相介质多场耦合的问题，其核心科学问题是在热力耦合作用下高温高压岩体的破裂力学行为，包括温度、压力、岩石岩性、岩石均质性等对水压致裂起裂和裂缝扩展规律的影响，必须通过试验研究以掌握热力耦合作用下高温高压岩体水压致裂的特性和规律，为高温岩体地热开采工程中人工地热储层的建造工程提供理论依据和指导。

目前针对地热开发的水压致裂试验方法主要以真三轴水力压裂为主，岩样尺寸主要为矩形体或者正方体，并多采用带颜色或者添有荧光粉的压裂液来分析水力压裂后的裂缝形态及范围尺寸，或者采用声发射等试验监测方法对裂缝形态进行三维定位解释。该试验方法的优势是可以直观分析水力裂缝形态，但上述水力压裂物理试验设备主要是满足高压测试环境为主，针对干热岩水力压裂物理模拟的高温高压试验装置和试验研究方法仍不成熟，具体表现在高温高压下试验装置的传压介质选择、加热方式、密封结构等技术难题，一方面，现有的试验装置部件之间多采用柔性密封方式，但在高温高压条件下柔性密封方式极易造成漏液导致试验失败；另一方便，已有的水压致裂装置多针对大型岩样，且单次试验不仅操作繁琐、而且成本较高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高温高压水压致裂夹持器及其试验方法，该高温高压水压致裂夹持器能够在适用于高温(室温～400℃)、高压(0～60MPa)模拟环境的前提下实现试验过程中保证密封效果，进而避免因漏液导致的试验失败，从而提高试验成功率、降低试验成本，便于研究不同温压条件下的岩石水压致裂的起裂压力及裂缝扩展规律。

为实现上述目的，本高温高压水压致裂夹持器包括试验筒体、筒体上安装部分、筒体下安装部分和筒体内安装部分；

所述的试验筒体是上下贯通的筒型结构，试验筒体上沿其径向方向设有贯穿筒壁的注油孔和出油孔，试验筒体内腔包括沿其轴向方向设置在中部的围压腔段和对称设置在围压腔段上下两端的大径段，大径段与围压腔段之间形成上定位台阶和下定位台阶；