[发明专利]一种水力裂缝渗透率实时监测装置和方法

说明书

本发明涉及一种考虑地层蠕变和缝间应力干扰的水力裂缝渗透率实时监测装置和方法，装置包括主体结构、蠕变围压加载结构、膨胀致裂结构和水力裂缝渗透率监测结构；实验岩样内含应力干扰岩样和测试岩样，实验岩样外侧设有蠕变围压加载结构，碳纤维布以表带结构紧密包裹实验岩样侧壁，碳纤维卷轴转动拉紧碳纤维布为实验岩样施加蠕变围压；应力干扰岩样内部设计有缝状水袋，与水管、水箱、水泵串联构成膨胀致裂结构，实现缝间应力干扰模拟；测试岩样连接有进气管、出气管、气泵、气罐、红外气体浓度监测器，构成渗透率监测结构，记录水力裂缝实时渗透率。本发明模拟非常规油气开发中的地层蠕变作用和缝间应力干扰现象，准确监测水力裂缝实时渗透率。

技术领域

本发明属于非常规油气开采领域，涉及一种考虑地层蠕变和缝间应力干扰的水力裂缝渗透率实时监测装置和方法。

背景技术

在非常规油气开发中，水力压裂后裂缝渗透率随时间的变化关系极为关键，直接决定着非常规油气产能预测的准确性。考虑到产能预测的重要性，通过室内实验获取水力压裂后裂缝渗透率随时间的变化关系迫在眉睫。目前，非常规油气多采用多簇分段压裂技术，因此水力裂缝渗透率除受到长期地层蠕变作用外，还受到多簇裂缝间应力干扰作用。长期地层蠕变作用将降低水力裂缝宽度，同样地多簇裂缝间的应力干扰作用也将降低裂缝宽度。根据立方定律，裂缝宽度的降低将引起裂缝渗透率的降低，进而影响非常规油气产能。目前，通过室内实验可以获取孔隙渗透率随时间的变化关系，但尚不能获取水力裂缝渗透率在地层蠕变和缝间应力干扰条件下随时间的变化关系，主要是因为缺少相应的实验装置。特别地，孔隙渗透率和裂缝渗透率属于不同的概念。鉴于此，迫切需要研发一种考虑地层蠕变和缝间应力干扰的水力裂缝渗透率实时监测装置和方法，获取水力裂缝渗透率随时间的变化关系，用于非常规油气产能预测。

目前，已有少数实验装置可以测量储层渗透率，如一种水力压裂后地层渗透性及裂缝连通性评价方法及系统(CN201810696485.0)、基于裂缝孔隙度反演定量预测储层渗透性的方法及装置(CN104391342B)及一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置和方法(CN201811336731.8)等。然而，上述装置均缺少地层蠕变加载模块和缝间应力干扰模块，难以讨论地层蠕变和缝间应力干扰对水力裂缝渗透率的影响。特别地，基于数字图像的三轴渗流应力温度蠕变耦合实验装置(CN104849194A)、高温高压煤岩超临界二氧化碳压裂-蠕变-渗流试验装置(CN110057739A)设计了蠕变加载模块，但该模块采用流体介质直接作用在岩样上进行蠕变加载，极易引起流体介质在高压作用下渗入岩样孔隙，进而影响渗透率测试精度。同时，上述所有装置所采用的岩样均不包含裂缝，因此所获取的储层渗透率为孔隙渗透率而非裂缝渗透率，这与水力压裂后储层渗透率应为裂缝渗透率而非孔隙渗透率的本质存在差别。为克服以上问题，本发明提出了一种考虑地层蠕变和缝间应力干扰的水力裂缝渗透率实时监测装置和方法。

发明内容

本发明提供了一种考虑地层蠕变和缝间应力干扰的水力裂缝渗透率实时监测装置和方法，利用该装置可以获取储层压裂后水力裂缝渗透率在地层蠕变和缝间应力干扰条件下随时间变化的实时数据。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种考虑地层蠕变和缝间应力干扰的水力裂缝渗透率实时监测装置，所述装置包括主体结构、蠕变围压加载结构、膨胀致裂结构和水力裂缝渗透率监测结构；

所述主体结构由顶盖、底板、旋转机械装置、实验岩样、固定支柱和上、下圆柱板构成，顶盖的两个角上固定连接旋转机械装置，另外两个角上固定连接固定支柱；所述实验岩样垂直设在顶盖和底板的中心位置，实验岩样上端紧贴上圆柱板，下端紧贴下圆柱板，下圆柱板与底板焊接在一起；上圆柱板中有两个圆孔，两个圆孔的直径分别等于出气管直径和水管直径，下圆柱板有一个圆孔，圆孔直径等于进气管直径；