頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，屬于頁巖氣開發(fā)【技術(shù)領(lǐng)域】，包括開有中心孔的立方體形的頁巖試件、用于對(duì)所述頁巖試件施加壓力的三軸加載系統(tǒng)、用于對(duì)所述頁巖試件注射壓裂液的體積壓裂系統(tǒng)以及用于采集所述頁巖試件在破裂過程中的聲音和載荷的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)。本頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)采用真實(shí)的頁巖體為試驗(yàn)對(duì)象，相對(duì)于現(xiàn)有的系統(tǒng)增加了帶有柔性液壓囊的三軸加載系統(tǒng)，能夠真實(shí)地模擬頁巖氣開發(fā)過程中頁巖層所受到的應(yīng)力，以便人們獲得更準(zhǔn)確的頁巖破裂的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，有效解決現(xiàn)有的研究頁巖原位體積壓裂的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法無法模擬真實(shí)的開采過程中頁巖層的應(yīng)力狀態(tài)和破裂模式的問題。
【專利說明】頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及頁巖氣開采【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]頁巖氣，是從頁巖層中開采出來的一種非常規(guī)天然氣資源，是一種非常重要的清潔能源。目前國際上開采頁巖氣常用的技術(shù)為體積壓裂技術(shù)。但是，現(xiàn)有的研究頁巖原位體積壓裂的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法基本都是以水泥、細(xì)沙以及玻璃片等混合成的物理模型為壓力試件，無法模擬真實(shí)的開采過程中頁巖層的應(yīng)力狀態(tài)和破裂模式。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有的研究頁巖原位體積壓裂的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法無法模擬真實(shí)的開采過程中頁巖層的應(yīng)力狀態(tài)和破裂模式的問題。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)包括開有中心孔的立方體形的頁巖試件、用于對(duì)頁巖試件施加壓力的三軸加載系統(tǒng)、用于對(duì)頁巖試件注射壓裂液的體積壓裂系統(tǒng)以及用于采集頁巖試件在破裂過程中的聲音和載荷的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)。三軸加載系統(tǒng)包括多個(gè)軸向施壓于頁巖試件的液壓千斤頂和側(cè)向施壓于頁巖試件的柔性液壓囊，液壓千斤頂和柔性液壓囊均外接有液壓源。體積壓裂系統(tǒng)包括依次連接的注液管和注塞泵，注液管的輸出口伸入中心孔，注塞泵外接有壓裂液源。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)包括聲發(fā)射探頭、壓力傳感器以及微機(jī)控制器，聲發(fā)射探頭和壓力傳感器分別與微機(jī)控制器連接。
[0006]進(jìn)一步地，三軸加載系統(tǒng)包括外接有液壓源的液壓箱，多個(gè)液壓千斤頂均設(shè)置于液壓箱上。液壓箱可以高效及時(shí)地為多個(gè)液壓千斤頂提供液壓油。
[0007]進(jìn)一步地，頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)位于硐室內(nèi)部，包括用于穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的支撐裝置。支撐裝置包括上支撐柱、右支撐柱、主支撐柱以及副支撐柱。上支撐柱一端抵住所述液壓箱上部，另一端抵住硐室頂壁；右支撐柱一端抵住液壓箱右部，另一端抵住硐室右側(cè)壁；主支撐柱和副支撐柱均一端抵住液壓箱下部，另一端抵住硐室地面。主支撐柱和副支撐柱用于承載整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重量，右支撐柱用于為液壓千斤頂提供反作用力，上支撐柱用于保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的受力平衡。
[0008]進(jìn)一步地，壓力傳感器有5個(gè)，其中I個(gè)設(shè)置于頁巖試件的中心孔內(nèi)，其余4個(gè)分別設(shè)置于頁巖試件側(cè)向的4個(gè)面上。這5個(gè)壓力傳感器可以全面有效地檢測(cè)實(shí)驗(yàn)過程中頁巖試件所受到的應(yīng)力值，并反饋給數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0009]進(jìn)一步地，多個(gè)液壓千斤頂連接有直接對(duì)頁巖試件施壓的立方體形的柔性加載板。柔性加載板能使多個(gè)液壓千斤頂提供的力均勻地施加于頁巖試件上，以便使實(shí)驗(yàn)效果最優(yōu)化。
[0010]進(jìn)一步地，聲發(fā)射探頭有7個(gè)，其中3個(gè)設(shè)置于柔性加載板軸向的施壓于頁巖試件的面上，其余4個(gè)分別設(shè)置于柔性加載板側(cè)向的4個(gè)面上。這7個(gè)聲發(fā)射探頭可以全面地監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過程中頁巖試件發(fā)出的聲音信號(hào)，并反饋給數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0011]進(jìn)一步地，柔性加載板與頁巖試件之間設(shè)置有用于密封的墊圈和環(huán)氧樹脂膠結(jié)層，墊圈和環(huán)氧樹脂膠結(jié)層均開有與頁巖試件的中心孔匹配的孔。墊圈和環(huán)氧樹脂膠結(jié)層的設(shè)置對(duì)中心孔具有良好的密封效果，并且可以防止液壓千斤頂在施力時(shí)對(duì)頁巖試件造成非實(shí)驗(yàn)?zāi)康奈锢硇云茐摹?br> [0012]進(jìn)一步地，多個(gè)柔性液壓囊之間設(shè)置有封隔柱，以防止多個(gè)柔性液壓囊之間相互干涉，影響應(yīng)力模擬效果。
[0013]進(jìn)一步地，液壓千斤頂和柔性液壓囊均連接有液壓控制器，以實(shí)現(xiàn)三軸加載系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0014]本頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)采用真實(shí)的頁巖體為試驗(yàn)對(duì)象，相對(duì)于現(xiàn)有的系統(tǒng)增加了帶有柔性液壓囊的三軸加載系統(tǒng)，能夠真實(shí)地模擬頁巖氣開發(fā)過程中頁巖層所受到的應(yīng)力，以便人們獲得更準(zhǔn)確的頁巖破裂的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，有效解決現(xiàn)有的研究頁巖原位體積壓裂的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法無法模擬真實(shí)的開采過程中頁巖層的應(yīng)力狀態(tài)和破裂模式的問題。
[0015]本基于上述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)方法包括以下步驟:
[0016]SPl:利用方形排鉆方式取樣，鉆取立方體形的頁巖試件，試件尺寸1000mmX 1000mmX 1000mm 或者 500mmX 500mmX 500mm,中心壓裂孔尺寸為 Φ 30mmX 600mm或者Φ 15mmX 300mm,頁巖試件的側(cè)壁和中心孔壁打磨光滑。
[0017]SP2:在可移動(dòng)的儲(chǔ)液車中制作壓裂液，這種制作方式能夠滿足不同實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的需要，而且受外界影響小。
[0018]SP3:多個(gè)液壓囊分別與液壓管連接，然后平整放入方形試件的四周，并在多個(gè)液壓囊之間設(shè)置封隔柱，以防止側(cè)向加載的時(shí)候四個(gè)液壓囊相互干涉影響。
[0019]SP4:將注液管放入頁巖的中心孔中，然后用固化劑密封住中心孔，并且套上環(huán)氧樹脂膠結(jié)層，讓注液管的端口與頁巖試件的表面黏貼牢固，達(dá)到密封效果。
[0020]SP5:安裝主支撐柱和副支撐柱，然后安裝液壓箱以及右支撐柱，然后將注液管與注塞泵連接，并在加載板中預(yù)留聲發(fā)射探頭的安裝位置，并與微機(jī)控制器連接，然后安裝上支撐柱。
[0021]SP6:將多個(gè)壓力傳感器安裝好，并與微機(jī)控制器連接。
[0022]SP7:開啟聲發(fā)射采集功能，并檢查各個(gè)聲發(fā)射探頭接觸是否良好，然后設(shè)置聲發(fā)射相關(guān)參數(shù)，包括門檻、波速、采樣率、傳感器的三維空間位置等。
[0023]SP8:利用三軸加載系統(tǒng)給頁巖試件施加初始?jí)毫Γ到y(tǒng)穩(wěn)定后，依據(jù)頁巖儲(chǔ)層的實(shí)際的應(yīng)力給頁巖試件施加軸向和側(cè)向壓力。
[0024]SP9:啟動(dòng)微機(jī)控制器，設(shè)定好壓裂液的工作壓力和注入流速。啟動(dòng)注塞泵，依據(jù)微機(jī)控制器的設(shè)置，向頁巖試件的中心孔注射壓裂液，微機(jī)控制器記錄模擬頁巖試件內(nèi)部各個(gè)部分的壓力變化和聲發(fā)射信號(hào)。
[0025]SPlO:當(dāng)壓力計(jì)顯示的壓力值不再增加，即達(dá)到壓力最大值，此壓力值即為介質(zhì)的破裂壓力，停止注塞泵工作，完成頁巖原位體積壓裂實(shí)驗(yàn)實(shí)施。
[0026]SPll:實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，觀察頁巖試件的中心孔的破裂特征與方向，并拍照記錄，分析和處理監(jiān)測(cè)得到的壓力數(shù)據(jù)、聲發(fā)射信號(hào)以及反應(yīng)壓裂情況的參數(shù)。
[0027]本頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)方法能夠高效真實(shí)的模擬檢測(cè)出真實(shí)頁巖氣開發(fā)過程中頁巖的破裂情況和規(guī)律，有效加快頁巖氣開發(fā)技術(shù)的發(fā)展。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的體積壓裂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的頁巖試件的被施壓示意圖；
[0031]圖4為通過方形排鉆方式取得的頁巖試件的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0033]參閱圖1-4，本頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)包括開有中心孔160的立方體形的頁巖試件250、用于對(duì)頁巖試件250施加壓力的三軸加載系統(tǒng)、用于對(duì)頁巖試件250注射壓裂液的體積壓裂系統(tǒng)以及用于采集頁巖試件250在破裂過程中的聲音和載荷的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)。三軸加載系統(tǒng)包括9個(gè)軸向施壓于頁巖試件250的液壓千斤頂120和4個(gè)側(cè)向施壓于頁巖試件250的柔性液壓囊170，液壓千斤頂120和柔性液壓囊170均外接有液壓源220。體積壓裂系統(tǒng)包括依次連接的注液管330和注塞泵300，注液管330的輸出口伸入中心孔160，注塞泵300外接有壓裂液源230。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)包括聲發(fā)射探頭180、壓力傳感器270以及微機(jī)控制器240，聲發(fā)射探頭180和壓力傳感器270分別與微機(jī)控制器240連接。
[0034]三軸加載系統(tǒng)包括外接有液壓源220的液壓箱110，9個(gè)液壓千斤頂120均設(shè)置于液壓箱110上。液壓箱110可以高效及時(shí)地為9個(gè)液壓千斤頂120提供液壓油。
[0035]頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)位于硐室內(nèi)部，包括用于穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的支撐裝置。支撐裝置包括上支撐柱210、右支撐柱200、主支撐柱190以及副支撐柱195。上支撐柱210一端抵住所述液壓箱110上部，另一端抵住硐室頂壁；右支撐柱200 —端抵住液壓箱110右部，另一端抵住硐室右側(cè)壁；主支撐柱190和副支撐柱195均一端抵住液壓箱110下部，另一端抵住硐室地面。主支撐柱190和副支撐柱195用于承載整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重量，右支撐柱200用于為液壓千斤頂120提供反作用力，上支撐柱210用于保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的受力平衡。
[0036]壓力傳感器270有5個(gè)，其中I個(gè)設(shè)置于頁巖試件250的中心孔160內(nèi)，其余4個(gè)分別設(shè)置于頁巖試件250側(cè)向的4個(gè)面上。這5個(gè)壓力傳感器270可以全面有效地檢測(cè)實(shí)驗(yàn)過程中頁巖試件250所受到的應(yīng)力值，并反饋給數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0037]9個(gè)液壓千斤頂120連接有直接對(duì)頁巖試件250施壓的立方體形的柔性加載板130。柔性加載板130能使9個(gè)液壓千斤頂120提供的力均勻地施加于頁巖試件250上，以便使實(shí)驗(yàn)效果最優(yōu)化。
[0038]聲發(fā)射探頭180有7個(gè)，其中3個(gè)設(shè)置于柔性加載板130軸向的施壓于頁巖試件250的面上，其余4個(gè)分別設(shè)置于柔性加載板130側(cè)向的4個(gè)面上。這7個(gè)聲發(fā)射探頭180可以全面地監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過程中頁巖試件250發(fā)出的聲音信號(hào)，并反饋給數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0039]柔性加載板130與頁巖試件250之間設(shè)置有用于密封的墊圈150和環(huán)氧樹脂膠結(jié)層140，墊圈150和環(huán)氧樹脂膠結(jié)層140均開有與頁巖試件250的中心孔160匹配的孔。墊圈150和環(huán)氧樹脂膠結(jié)層140的設(shè)置對(duì)中心孔160具有良好的密封效果，并且可以防止液壓千斤頂120在施力時(shí)對(duì)頁巖試件250造成非實(shí)驗(yàn)?zāi)康奈锢硇云茐摹?br> [0040]4個(gè)柔性液壓囊170之間設(shè)置有封隔柱260，以防止4個(gè)柔性液壓囊170之間相互干涉，影響應(yīng)力模擬效果。
[0041]9個(gè)液壓千斤頂120和4個(gè)柔性液壓囊170均連接有液壓控制器280，以實(shí)現(xiàn)三軸加載系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0042]注塞泵300連接有伺服增壓器290，伺服增壓器290與壓裂液源230連接。以便控制壓裂液的注射壓力，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。
[0043]聲發(fā)射探頭180和微機(jī)控制器240之間設(shè)置有信號(hào)放大器，以便微機(jī)控制器240更好地接收頁巖試件250破裂過程中發(fā)出聲音信號(hào)。
[0044]注液管330上設(shè)置有壓力計(jì)310和流量計(jì)320，以便監(jiān)控注液管330內(nèi)壓裂液的壓力值和流量值。
[0045]本頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)采用真實(shí)的頁巖體為試驗(yàn)對(duì)象，相對(duì)于現(xiàn)有的系統(tǒng)增加了帶有柔性液壓囊170的三軸加載系統(tǒng)，能夠真實(shí)地模擬頁巖氣開發(fā)過程中頁巖層所受到的應(yīng)力，以便人們獲得更準(zhǔn)確的頁巖破裂的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，有效解決現(xiàn)有的研究頁巖原位體積壓裂的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法無法模擬真實(shí)的開采過程中頁巖層的應(yīng)力狀態(tài)和破裂模式的問題。
[0046]本基于上述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)方法包括以下步驟:
[0047]SPl:利用方形排鉆方式取樣，鉆取立方體形的頁巖試件250，試件尺寸1000mmX 1000mmX 1000mm 或者 500mmX 500mmX 500mm,中心壓裂孔尺寸為 Φ 30mmX 600mm或者Φ 15mmX300mm，頁巖試件250的側(cè)壁和中心孔160壁打磨光滑。
[0048]SP2:在可移動(dòng)的儲(chǔ)液車中制作壓裂液以作為壓裂液源，這種方式能夠滿足不同實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的需要，而且受外界影響小。
[0049]SP3:4個(gè)柔性液壓囊170分別與液壓管連接，然后平整放入方形試件的四周，并在4個(gè)柔性液壓囊170之間設(shè)置封隔柱260，以防止側(cè)向加載的時(shí)候四個(gè)柔性液壓囊170相互干涉影響。
[0050]SP4:將注液管330放入頁巖的中心孔160中，然后用固化劑密封住中心孔160，并且套上環(huán)氧樹脂膠結(jié)層140，讓注液管330的端口與頁巖試件250的表面黏貼牢固，達(dá)到密封效果。
[0051]SP5:安裝主支撐柱190和副支撐柱195，然后安裝液壓箱110以及右支撐柱200，然后將注液管330與注塞泵300連接，并在加載板中預(yù)留聲發(fā)射探頭180的安裝位置，并與微機(jī)控制器240連接，然后安裝上支撐柱210。
[0052]SP6:將多個(gè)壓力傳感器270安裝好，并與微機(jī)控制器240連接。
[0053]SP7:開啟聲發(fā)射采集功能，并檢查各個(gè)聲發(fā)射探頭180接觸是否良好，然后設(shè)置聲發(fā)射相關(guān)參數(shù)，包括門檻、波速、采樣率、傳感器的三維空間位置等。
[0054]SP8:利用三軸加載系統(tǒng)給頁巖試件250施加初始?jí)毫Γ到y(tǒng)穩(wěn)定后，依據(jù)頁巖儲(chǔ)層的實(shí)際的應(yīng)力給頁巖試件250施加軸向和側(cè)向壓力。
[0055]SP9:啟動(dòng)微機(jī)控制器240，設(shè)定好壓裂液的工作壓力和注入流速，啟動(dòng)注塞泵300，依據(jù)微機(jī)控制器240的設(shè)置，向頁巖試件250的中心孔160注射壓裂液，微機(jī)控制器240記錄模擬頁巖試件250內(nèi)部各個(gè)部分的壓力變化和聲發(fā)射信號(hào)。
[0056]SPlO:當(dāng)壓力計(jì)310顯示的壓力值不再增加，即達(dá)到壓力最大值，此壓力值即為介質(zhì)的破裂壓力，停止注塞泵300工作，完成頁巖原位體積壓裂實(shí)驗(yàn)實(shí)施。
[0057]SPll:實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，觀察頁巖試件250的中心孔160的破裂特征與方向，并拍照記錄，分析和處理監(jiān)測(cè)得到的壓力數(shù)據(jù)、聲發(fā)射信號(hào)以及反應(yīng)壓裂情況的參數(shù)。
[0058]本頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)方法能夠高效真實(shí)的模擬檢測(cè)出真實(shí)頁巖氣開發(fā)過程中頁巖的破裂情況和規(guī)律，有效加快頁巖氣開發(fā)技術(shù)的發(fā)展。
[0059]當(dāng)然，本頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)方法中的方形排鉆取樣也可以用圓形排孔取樣。
[0060]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括開有中心孔的立方體形的頁巖試件、用于對(duì)所述頁巖試件施加壓力的三軸加載系統(tǒng)、用于對(duì)所述頁巖試件注射壓裂液的體積壓裂系統(tǒng)以及用于采集所述頁巖試件在破裂過程中的聲音和載荷的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)，所述三軸加載系統(tǒng)包括多個(gè)軸向施壓于所述頁巖試件的液壓千斤頂和側(cè)向施壓于所述頁巖試件的柔性液壓囊，所述液壓千斤頂和柔性液壓囊均外接有液壓源，所述體積壓裂系統(tǒng)包括依次連接的注液管和注塞泵，所述注液管的輸出口伸入所述中心孔，所述注塞泵外接有壓裂液源，所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)包括聲發(fā)射探頭、壓力傳感器以及微機(jī)控制器，所述聲發(fā)射探頭和壓力傳感器分別與微機(jī)控制器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述三軸加載系統(tǒng)包括外接有液壓源的液壓箱，多個(gè)液壓千斤頂均設(shè)置于所述液壓箱上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)位于硐室內(nèi)部，包括用于穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的支撐裝置，所述支撐裝置包括上支撐柱、右支撐柱、主支撐柱以及副支撐柱，所述上支撐柱一端抵住所述液壓箱上部，另一端抵住硐室頂壁，所述右支撐柱一端抵住液壓箱右部，另一端抵住硐室右側(cè)壁，所述主支撐柱和副支撐柱均一端抵住液壓箱下部，另一端抵住硐室地面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感器有5個(gè)，其中I個(gè)設(shè)置于所述頁巖試件的中心孔內(nèi)，其余4個(gè)分別設(shè)置于所述頁巖試件側(cè)向的4個(gè)面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)液壓千斤頂連接有直接對(duì)所述頁巖試件施壓的立方體形的柔性加載板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述聲發(fā)射探頭有7個(gè)，其中3個(gè)設(shè)置于所述柔性加載板軸向的施壓于所述頁巖試件的面上，其余4個(gè)分別設(shè)置于所述柔性加載板側(cè)向的4個(gè)面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述柔性加載板與所述頁巖試件之間設(shè)置有用于密封的墊圈和環(huán)氧樹脂膠結(jié)層，所述墊圈和環(huán)氧樹脂膠結(jié)層均開有與所述頁巖試件的中心孔匹配的孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)柔性液壓囊之間設(shè)置有封隔柱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓千斤頂和所述柔性液壓囊均連接有液壓控制器。
10.一種基于權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)的頁巖原位體積壓裂試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: SPl:利用方形排鉆方式取樣，鉆取立方體形的頁巖試件，試件尺寸1000mm X 1000mm X 1000mm 或者 500mmX 500mmX 500mm,中心壓裂孔尺寸為 Φ 30mmX 600mm或者Φ 15mmX 300mm,頁巖試件的側(cè)壁和中心孔壁打磨光滑； SP2:在可移動(dòng)的儲(chǔ)液車中制作壓裂液； SP3:多個(gè)液壓囊分別與液壓管連接，然后平整放入方形試件的四周，并在多個(gè)液壓囊之間設(shè)置封隔柱； SP4:將注液管放入頁巖的中心孔中，然后用固化劑密封住中心孔，并且套上環(huán)氧樹脂膠結(jié)層，讓注液管的端口與頁巖試件的表面黏貼牢固，達(dá)到密封效果； SP5:安裝主支撐柱和副支撐柱，然后安裝液壓箱以及右支撐柱，然后將注液管與注塞泵連接，并在加載板中預(yù)留聲發(fā)射探頭的安裝位置，并與微機(jī)控制器連接，然后安裝上支撐柱； SP6:將多個(gè)壓力傳感器安裝好，并與微機(jī)控制器連接； SP7:開啟聲發(fā)射采集功能，并檢查各個(gè)聲發(fā)射探頭接觸是否良好，然后設(shè)置聲發(fā)射相關(guān)參數(shù)，包括門檻、波速、采樣率、傳感器的三維空間位置等； SP8:利用三軸加載系統(tǒng)給頁巖試件施加初始?jí)毫Γ到y(tǒng)穩(wěn)定后，依據(jù)頁巖儲(chǔ)層的實(shí)際的應(yīng)力給頁巖試件施加軸向和側(cè)向壓力； SP9:啟動(dòng)微機(jī)控制器，設(shè)定好壓裂液的工作壓力和注入流速，啟動(dòng)注塞泵，依據(jù)微機(jī)控制器的設(shè)置，向頁巖試件的中心孔注射壓裂液，微機(jī)控制器記錄模擬頁巖試件內(nèi)部各個(gè)部分的壓力變化和聲發(fā)射信號(hào)； SPlO:當(dāng)壓力計(jì)顯示的壓力值不再增加，即達(dá)到壓力最大值，此壓力值即為介質(zhì)的破裂壓力，停止注塞泵工作，完成頁巖原位體積壓裂實(shí)驗(yàn)實(shí)施； SPll:實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，觀察頁巖試件的中心孔的破裂特征與方向，并拍照記錄，分析和處理監(jiān)測(cè)得到的壓力數(shù)據(jù)、聲發(fā)射信號(hào)以及反應(yīng)壓裂情況的參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N3/10GK104132850SQ201410371569
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】劉大安, 王洪建, 李曉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所