[发明专利]高温结晶岩石冷冲击致裂实验系统及方法

说明书

本发明提供了高温结晶岩石冷冲击致裂实验系统及方法，能够在不同的应力状态、环境温度、射流压力等条件下开展干热岩储层岩石冷冲击致裂的模拟实验。本发明所提供的高温结晶岩石冷冲击致裂试验系统包括：高压氮供给装置，包括：氮气瓶，气体增压泵，高压氮气储罐，调压阀，高压液氮储罐；储层致裂环境模拟装置，与高压氮供给装置相连，包括：加热板组，保温板组，真三轴加载装置，压裂管，上部开口端与高压液氮储罐和高压氮气储罐相连，下部出口端密封置于岩石试样钻孔中，通过下部出口端输出高压液氮或高压氮气进行冷冲击致裂；自增压液氮罐，向该高压液氮储罐补给液氮，并向压裂管供给低压液氮进行管路及岩石试样钻孔的预冷；以及监测装置。

技术领域

本发明属于深部地热能源领域，具体涉及一种高温结晶岩石冷冲击致裂实验系统及方法。

背景技术

当前，我国正面临着能源需求量不断增加，传统化石能源日益减少，环境污染日趋严重的困境，能源问题已逐渐成为制约我国经济和社会发展的重要因素。地热能是一种绿色低碳、稳定可靠的可再生能源，干热岩是地热能资源中非常重要的一种类型，其储量丰富、分布广泛，具有广阔的发展前景。大规模开发利用干热岩地热能，对于调整我国能源结构，促进经济发展，实现节能减排，推进生态文明建设，以及应对全球气候变化具有重要的社会意义和经济价值。

天然的地热储层通常是低孔、低渗的致密结晶岩体，当前工程上大多采用水力压裂方式对其进行刺激与改造。但是，由水基压裂液所导致的水资源浪费、储层破坏严重、压裂液反排困难以及环境污染等问题也逐渐暴露，这严重制约了干热岩地热能源的开发效率及经济效益。冷冲击致裂是一种新型的无水压裂技术，不仅可以避免上述问题，而且因其在增强储层岩体裂隙网络连通性、提高生产效率方面的突出表现而引起了广泛的关注。

液氮是一种性质稳定、无毒无害的超低温流体，其在大气压下的温度约为-196℃，是用于冷冲击致裂的优选压裂液。将低温液氮注入干热岩储层岩体时，其与高温结晶岩石之间将发生剧烈的热交换，由此所带来强烈的冷冲击效应会使岩石表面发生高速收缩变形并产生拉应力，当拉应力超过岩石抗拉强度时，储层岩体将会产生拉伸破坏，进而在储层岩体中形成多组裂隙或裂隙网络。同时，液氮吸热气化成为氮气，体积显著膨胀，进一步促进储层岩体中微裂隙的萌生以及原始裂隙的扩展。

冷冲击致裂在非常规能源开采领域是一种相对较新的技术。如今，有关该技术的研究大都集中在油气资源领域，且以开展冷冲击作用对岩石的孔隙结构、强度特征以及渗透特性影响的研究为主。冷冲击致裂在干热岩地热能源开发中的应用的相关研究鲜有报道，结晶岩石在不同的温度环境、应力状态和压裂条件下的压裂效果、裂缝扩展规律以及致裂机理仍需开展深入的研究。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种高温结晶岩石冷冲击致裂实验系统及方法，能够在不同的应力状态、环境温度、射流压力等条件下开展干热岩储层岩石冷冲击致裂的模拟实验。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

系统