[发明专利]水压致裂法测量高温岩石断裂韧性的装置及方法

说明书

本发明公开了一种水压致裂法测量高温岩石断裂韧性的装置及方法，该装置包括柔性加载外套、釜体、油路机构、加热系统、致裂水路机构和数据采集系统，柔性加载外套设置于釜体的围压腔内，油路机构与釜体的环形空间相连通，油路机构用于向环形空间内输入流体以向待测岩样施加围压，加热系统用于对待测岩样进行加热，致裂水路机构与岩样上的内孔相连通，以对待测岩样施加致裂水压，数据采集系统用于对待测岩样的加热温度、所受围压和致裂水压进行测量。本申请不仅首次实现了在实时高温高压状态下岩石断裂韧性的测量，而且在测量过程中模拟了干热岩的水压致裂特性。

技术领域

本发明属于岩石断裂力学技术领域，尤其涉及一种水压致裂法测量高温岩石断裂韧性的装置及方法。

背景技术

干热岩是一种埋深数千米的低渗透性高温岩石，全球绝大多数的地热资源都储存在干热岩中。获取这部分地热资源的主要途径是采用水压致裂手段，将干热岩改造成高渗透性的人工热储，然后通过在井向热储中注入低温流体介质，再沿采收井回收置换出热能。干热岩地热资源能否经济开采，取决于水压致裂的效果。具体的说，干热岩压裂后，要求热储层换热空间体积足够大、注采井之间的连通性好，以及储层中不存在优势通道。而对水压致裂进行优化设计的前提在于准确获取干热岩的临界起裂条件(用断裂韧度来表征)。

目前对高温岩石断裂韧性的测量方法已有很多，例如利用热处理后的人字形裂纹缺口巴西圆盘试样(CCNBD)、缺口半圆弯曲试样(NSCB)、裂纹直通缺口巴西圆盘试样(CSTBD)进行断裂韧性测量。这些方法是将带有预制裂纹的缺口试样加热冷却后，直接放在标准的三点弯曲或巴西劈裂试验装置上进行测试，然而，干热岩水力压裂是高温和高地应力条件下在井筒内壁施加水压，促使其产生裂缝的过程。因此，为了准确测量干热岩的断裂韧性，一方面需要模拟其所处的高温高压地质条件，另一方面需要模拟在井筒内水压作用下，干热岩产生裂缝的过程。显然，目前的高温岩石断裂韧性测试方法难以模拟干热岩水压致裂特性，测试结果往往与工程实际值相差较大。

综上，有必要提出一种能够模拟干热岩水压致裂特性的断裂韧性测量装置及方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种水压致裂法测量高温岩石断裂韧性的装置及方法。本申请不仅首次实现了在实时高温高压状态下岩石断裂韧性的测量，而且在测量过程中模拟了干热岩的水压致裂特性，为预测在地下深部高温高压岩层中用水压致裂法开采地热能所需要的临界起裂条件提供了最接近工程实际情况的断裂力学参数。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种水压致裂法测量高温岩石断裂韧性的装置，包括:

柔性加载外套,其用于容置待测岩样；

釜体，其具有围压腔，所述柔性加载外套设置于所述围压腔内，所述柔性加载外套能与所述釜体之间形成环形空间；

油路机构，其与环形空间相连通，所述油路机构用于向所述环形空间内输入流体以使流体能通过所述柔性加载外套向待测岩样施加围压；

加热系统，用于对所述待测岩样进行加热；

致裂水路机构，其与所述岩样上的内孔相连通，所述致裂水路机构用于向所述内孔内输入压裂液，以对待测岩样施加致裂水压，所述内孔的侧壁上设有预制裂纹；

数据采集系统，用于对所述待测岩样的加热温度、所受围压和致裂水压进行测量。

具体的，所述釜体包括刚性筒体和设置在所述刚性筒体两端的两个端盖，两个所述端盖分别与所述待测岩样的两端相抵，所述柔性加载外套的两端分别与两个所述端盖密封连接。

具体的，所述加热系统包括设置在所述刚性筒体外的发热丝以及覆盖在发热丝外的保温隔热层，所述数据采集系统的温控传感器设置在所述刚性筒体上并与温度显示表电性连接。