一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，屬于頁(yè)巖氣開(kāi)采工程【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明由真三軸加載單元和氣壓壓裂系統(tǒng)單元組成，真三軸加載單元提供真三軸應(yīng)力加載，在真三軸應(yīng)力狀態(tài)下，氣壓壓裂系統(tǒng)單元模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程，滿足氣壓壓裂模擬室內(nèi)實(shí)驗(yàn)要求，滿足氣體增壓，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖試樣壓裂及裂紋擴(kuò)展，并能實(shí)現(xiàn)廢氣回收；能夠在氣壓壓裂實(shí)驗(yàn)前，測(cè)量頁(yè)巖試樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，頁(yè)巖試樣被氣壓壓裂后，還可直接測(cè)量對(duì)比頁(yè)巖試樣壓裂前后的滲透率的變化，準(zhǔn)確評(píng)估壓裂效果；通過(guò)更換高壓氣瓶?jī)?nèi)的壓裂氣體，能夠幫助實(shí)驗(yàn)人員尋找最合適的壓裂氣體，并幫助實(shí)驗(yàn)人員研究頁(yè)巖裂紋破裂機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)壓裂增產(chǎn)提供理論依據(jù)。
【專利說(shuō)明】一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于頁(yè)巖氣開(kāi)采工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]頁(yè)巖氣作為一種非常規(guī)天然氣，其開(kāi)采技術(shù)不同與常規(guī)天然氣的開(kāi)采，且主要包括水壓壓裂技術(shù)和氣壓壓裂技術(shù)，其中水壓壓裂技術(shù)在美國(guó)最為成熟，但是水壓壓裂技術(shù)需要耗費(fèi)大量的水資源，且水中還需要加入大量的化學(xué)制劑，從而導(dǎo)致了地下水的污染，因此從環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看，水壓壓裂技術(shù)并不環(huán)保。
[0003]而氣壓壓裂技術(shù)作為一種最新的開(kāi)采技術(shù)，具有節(jié)水和環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，并且該技術(shù)已經(jīng)在加拿大頁(yè)巖試驗(yàn)氣田中進(jìn)行了工業(yè)實(shí)驗(yàn)，且達(dá)到了理想的實(shí)驗(yàn)效果。
[0004]目前，為了進(jìn)一步研究氣壓壓裂技術(shù)，開(kāi)展壓裂模擬室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是必不可少的，但是現(xiàn)有的壓裂模擬室內(nèi)實(shí)驗(yàn)均是針對(duì)水壓壓裂技術(shù)的，用于頁(yè)巖水壓壓裂的實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法簡(jiǎn)單移植或調(diào)整為頁(yè)巖氣壓壓裂實(shí)驗(yàn)裝置，而現(xiàn)有的一些氣壓壓裂實(shí)驗(yàn)裝置只能滿足常規(guī)三軸條件下的壓裂模擬室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)階段還沒(méi)有一種頁(yè)巖氣壓壓裂實(shí)驗(yàn)裝置能夠滿足真三軸條件下的壓裂模擬室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)尋找合適的壓裂氣體的目的，也無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估壓裂效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法，能夠在真三軸應(yīng)力狀態(tài)下，滿足氣體增壓，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖試樣壓裂及裂紋擴(kuò)展，并能實(shí)現(xiàn)廢氣回收，滿足尋找合適的壓裂氣體的目的。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，包括真三軸加載單元和氣壓壓裂系統(tǒng)單元，所述真三軸加載單元包括豎直加載框架、水平加載框架、壓力室及支撐臺(tái)，所述豎直加載框架通過(guò)支撐油缸安裝在支撐臺(tái)上，所述水平加載框架通過(guò)滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)置在支撐臺(tái)上，豎直加載框架與水平加載框架相正交，所述壓力室設(shè)置在水平加載框架內(nèi)，頁(yè)巖試樣位于壓力室內(nèi)；
[0007]所述氣壓壓裂系統(tǒng)單元包括高壓氣瓶、增壓器、第一高壓計(jì)量泵、第二高壓計(jì)量泵、真空泵及廢氣收集罐，所述高壓氣瓶與增壓器相連通，增壓器一路與第一高壓計(jì)量泵相連通，增壓器另一路與第二高壓計(jì)量泵相連通，第二高壓計(jì)量泵一路與頁(yè)巖試樣相連通，第二高壓計(jì)量泵第二路與真空泵相連通，第二高壓計(jì)量泵第三路與廢氣收集罐相連通。
[0008]在所述高壓氣瓶與增壓器之間的管路上設(shè)置有調(diào)壓閥，在調(diào)壓閥與增壓器之間的管路上依次設(shè)置有第一開(kāi)關(guān)閥和第二開(kāi)關(guān)閥。
[0009]在所述增壓器與第二高壓計(jì)量泵之間的管路上設(shè)置有第三開(kāi)關(guān)閥。
[0010]在所述第二高壓計(jì)量泵與頁(yè)巖試樣之間的管路上連接有壓力傳感器，在第二高壓計(jì)量泵與壓力傳感器之間的管路上依次設(shè)置有第四開(kāi)關(guān)閥和第五開(kāi)關(guān)閥。[0011]在所述真空泵的進(jìn)氣口上安裝有第六開(kāi)關(guān)閥，在所述廢氣收集罐的進(jìn)氣口上安裝有第七開(kāi)關(guān)閥，在所述頁(yè)巖試樣與真空泵及廢氣收集罐的公共進(jìn)氣管路上設(shè)置有第八開(kāi)關(guān)閥。
[0012]采用所述的模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0013]步驟一:實(shí)驗(yàn)前，對(duì)頁(yè)巖試樣鉆削加工中心孔，中心孔經(jīng)過(guò)頁(yè)巖試樣的幾何中心；
[0014]步驟二:將頁(yè)巖試樣與承壓墊塊進(jìn)行裝夾，頁(yè)巖試樣中心孔孔口一側(cè)的承壓墊塊已事先加工有導(dǎo)氣孔，中心孔通過(guò)導(dǎo)氣孔與外部相連通；再對(duì)裝夾后的頁(yè)巖試樣與承壓墊塊進(jìn)行密封處理，密封完成后安裝體變測(cè)量傳感器，構(gòu)成試樣組合體；
[0015]步驟三:將試樣組合體送入壓力室內(nèi)，首先將體變測(cè)量傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線與壓力室內(nèi)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口相連，然后將氣壓壓裂系統(tǒng)單元與頁(yè)巖試樣中心孔相接通，此時(shí)封閉壓力室,充油加壓，并加載大主應(yīng)力、中主應(yīng)力及小主應(yīng)力方向的真三軸應(yīng)力，通過(guò)真三軸應(yīng)力加載過(guò)程測(cè)量頁(yè)巖試樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；
[0016]步驟四:開(kāi)始?xì)鈮簤毫褜?shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前，啟動(dòng)真空泵排除管路內(nèi)及頁(yè)巖試樣中心孔內(nèi)的空氣；
[0017]步驟五:令高壓氣瓶?jī)?nèi)的壓裂氣體經(jīng)調(diào)壓閥進(jìn)入增壓器，通過(guò)調(diào)壓閥設(shè)定增壓器和管路內(nèi)的壓力，封閉高壓氣瓶，然后通過(guò)第一高壓計(jì)量泵增加管路內(nèi)的壓力；
[0018]步驟六:封閉增壓器出氣口，通過(guò)第二高壓計(jì)量泵調(diào)節(jié)管路內(nèi)氣壓壓力速率，同時(shí)通過(guò)第二高壓計(jì)量泵采集注入壓裂氣體的流量及壓力數(shù)據(jù)，直到第二高壓計(jì)量泵出現(xiàn)壓力驟降及體變測(cè)量傳感器出現(xiàn)數(shù)值突變，頁(yè)巖試樣完成初次壓裂，同時(shí)通過(guò)壓力傳感器記錄初次壓裂過(guò)程中管路內(nèi)的壓裂壓力；
[0019]步驟七:通過(guò)第二高壓計(jì)量泵觀察管路內(nèi)壓裂氣體的流量消耗數(shù)值，直到壓裂氣體的流量出現(xiàn)連續(xù)消耗，此時(shí)頁(yè)巖試樣完成擴(kuò)展壓裂，壓裂過(guò)程結(jié)束；
[0020]步驟八:通過(guò)廢氣收集罐將頁(yè)巖試樣內(nèi)及管路內(nèi)的殘余氣體收集起來(lái)，此時(shí)氣壓壓裂系統(tǒng)單元為下次氣壓壓裂實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
[0022]本發(fā)明能夠在真三軸應(yīng)力狀態(tài)下，模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程，滿足了氣壓壓裂模擬室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的要求，滿足氣體增壓，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖試樣壓裂及裂紋擴(kuò)展，并能實(shí)現(xiàn)廢氣回收；能夠在氣壓壓裂實(shí)驗(yàn)前，測(cè)量頁(yè)巖試樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，頁(yè)巖試樣被氣壓壓裂后，還可直接測(cè)量對(duì)比頁(yè)巖試樣壓裂前后的滲透率的變化，準(zhǔn)確評(píng)估壓裂效果；通過(guò)更換高壓氣瓶?jī)?nèi)的壓裂氣體，能夠幫助實(shí)驗(yàn)人員尋找最合適的壓裂氣體，并幫助實(shí)驗(yàn)人員研究頁(yè)巖裂紋破裂機(jī)理，為實(shí)現(xiàn)壓裂增產(chǎn)提供理論依據(jù)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的真三軸加載單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的氣壓壓裂系統(tǒng)單元管路連接示意圖；
[0025]圖3為實(shí)施例中頁(yè)巖試樣與承壓墊塊的裝夾示意圖；
[0026]圖4為實(shí)施例中頁(yè)巖試樣及承壓墊塊安裝體變測(cè)量傳感器后的試樣組合體示意圖；
[0027]圖中，1-豎直加載框架，2-水平加載框架，3-壓力室，4-支撐臺(tái)，5-支撐油缸，6-滑動(dòng)導(dǎo)軌，7-頁(yè)巖試樣，8-高壓氣瓶，9-增壓器，10-第一高壓計(jì)量泵，11-第二高壓計(jì)量泵，12-真空泵，13-廢氣收集罐，14-調(diào)壓閥，15-壓力傳感器，16-第一開(kāi)關(guān)閥，17-第二開(kāi)關(guān)閥，18-第三開(kāi)關(guān)閥，19-第四開(kāi)關(guān)閥，20-第五開(kāi)關(guān)閥，21-第六開(kāi)關(guān)閥，22-第七開(kāi)關(guān)閥，23-第八開(kāi)關(guān)閥，24-中心孔，25-導(dǎo)氣孔，26-大主應(yīng)力體變傳感器，27-中主應(yīng)力體變傳感器,28-小主應(yīng)力體變傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]如圖1、2所示，一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，包括真三軸加載單元和氣壓壓裂系統(tǒng)單元，所述真三軸加載單元包括豎直加載框架1、水平加載框架2、壓力室3及支撐臺(tái)4，所述豎直加載框架I通過(guò)支撐油缸5安裝在支撐臺(tái)4上，所述水平加載框架2通過(guò)滑動(dòng)導(dǎo)軌6設(shè)置在支撐臺(tái)4上，豎直加載框架I與水平加載框架2相正交，所述壓力室3設(shè)置在水平加載框架2內(nèi)，頁(yè)巖試樣7位于壓力室3內(nèi)；
[0030]所述氣壓壓裂系統(tǒng)單元包括高壓氣瓶8、增壓器9、第一高壓計(jì)量泵10、第二高壓計(jì)量泵11、真空泵12及廢氣收集罐13，所述高壓氣瓶8與增壓器9相連通，增壓器9 一路與第一高壓計(jì)量泵10相連通，增壓器9另一路與第二高壓計(jì)量泵11相連通，第二高壓計(jì)量泵11 一路與頁(yè)巖試樣7相連通，第二高壓計(jì)量泵11第二路與真空泵12相連通，第二高壓計(jì)量泵11第三路與廢氣收集罐13相連通。
[0031]在所述高壓氣瓶8與增壓器9之間的管路上設(shè)置有調(diào)壓閥14，在調(diào)壓閥14與增壓器9之間的管路上依次設(shè)置有第一開(kāi)關(guān)閥16和第二開(kāi)關(guān)閥17，第一開(kāi)關(guān)閥16的作用是控制高壓氣瓶8的啟閉，第二開(kāi)關(guān)閥17的作用是控制增壓器9進(jìn)氣口的啟閉。
[0032]在所述增壓器9與第二高壓計(jì)量泵11之間的管路上設(shè)置有第三開(kāi)關(guān)閥18，第三開(kāi)關(guān)閥18的作用是控制增壓器9出氣口的啟閉。
[0033]在所述第二高壓計(jì)量泵11與頁(yè)巖試樣7之間的管路上連接有壓力傳感器15，在第二高壓計(jì)量泵11與壓力傳感器15之間的管路上依次設(shè)置有第四開(kāi)關(guān)閥19和第五開(kāi)關(guān)閥20，第四開(kāi)關(guān)閥19和第五開(kāi)關(guān)閥20的作用是控制所在管路的啟閉。
[0034]在所述真空泵12的進(jìn)氣口上安裝有第六開(kāi)關(guān)閥21，在所述廢氣收集罐13的進(jìn)氣口上安裝有第七開(kāi)關(guān)閥22，在所述頁(yè)巖試樣7與真空泵12及廢氣收集罐13的公共進(jìn)氣管路上設(shè)置有第八開(kāi)關(guān)閥23，第六開(kāi)關(guān)閥21的作用是控制真空泵12進(jìn)氣口的啟閉，第七開(kāi)關(guān)閥22的作用是控制廢氣收集罐13進(jìn)氣口的啟閉，第八開(kāi)關(guān)閥23的作用是在頁(yè)巖試樣7壓裂時(shí)封閉管路內(nèi)的壓力。
[0035]根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，頁(yè)巖試樣7的尺寸規(guī)格有三種選擇，分別為50X50X 100mm、75 X 75 X 150mm和100 X 100 X 200mm，本實(shí)施例中，以75 X 75 X 150mm的頁(yè)巖試樣7為例。高壓氣瓶8內(nèi)的壓裂氣體在實(shí)驗(yàn)前已確定，常規(guī)壓裂氣體可選氮?dú)狻⒍趸?、氦氣、甲烷或混合氣體等，也可為用于尋找的新型氣體，本實(shí)施例中，壓裂氣體以氮?dú)鉃槔?。本?shí)施例中，壓裂氣體的壓力工作范圍為O?lOOMPa，真三軸加載單元所施加的大主應(yīng)力為300MPa，中主應(yīng)力為300MPa，小主應(yīng)力為lOOMPa。
[0036]采用所述的模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0037]步驟一:實(shí)驗(yàn)前，對(duì)頁(yè)巖試樣7鉆削加工中心孔，該中心孔用于模擬水平鉆井，中心孔經(jīng)過(guò)頁(yè)巖試樣7的幾何中心，中心孔直徑為8mm、IOmm或12mm,中心孔的孔深為IOOmm ；
[0038]步驟二:將頁(yè)巖試樣7與承壓墊塊進(jìn)行裝夾，頁(yè)巖試樣7中心孔24孔口一側(cè)的承壓墊塊已事先加工有導(dǎo)氣孔25，中心孔24通過(guò)導(dǎo)氣孔25與外部相連通，具體如圖3所示；再對(duì)裝夾后的頁(yè)巖試樣7與承壓墊塊進(jìn)行密封處理，密封完成后依次安裝大主應(yīng)力體變測(cè)量傳感器26、中主應(yīng)力體變測(cè)量傳感器27及小主應(yīng)力體變測(cè)量傳感器28，此時(shí)構(gòu)成試樣組合體，具體如圖4所示；
[0039]步驟三:將試樣組合體送入壓力室3內(nèi)，首先將大、中、小體變測(cè)量傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線與壓力室3內(nèi)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口相連，然后將氣壓壓裂系統(tǒng)單元與頁(yè)巖試樣7中心孔24相接通，此時(shí)封閉壓力室3，充油加壓，并加載大主應(yīng)力、中主應(yīng)力及小主應(yīng)力方向的真三軸應(yīng)力,通過(guò)真三軸應(yīng)力加載過(guò)程測(cè)量頁(yè)巖試樣7的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系；
[0040]步驟四:開(kāi)始?xì)鈮簤毫褜?shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前，第一開(kāi)關(guān)閥16、第二開(kāi)關(guān)閥17及第七開(kāi)關(guān)閥22處于關(guān)閉狀態(tài)，其余開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟，啟動(dòng)真空泵12排除管路內(nèi)及頁(yè)巖試樣7中心孔24內(nèi)的空氣；
[0041]步驟五:第一開(kāi)關(guān)閥16及第二開(kāi)關(guān)閥17開(kāi)啟，高壓氣瓶8內(nèi)的壓裂氣體經(jīng)調(diào)壓閥14進(jìn)入增壓器9，通過(guò)調(diào)壓閥14設(shè)定增壓器9和管路內(nèi)的壓力為lOMPa，第一開(kāi)關(guān)閥16及第二開(kāi)關(guān)閥17關(guān)閉，然后通過(guò)第一高壓計(jì)量泵10增加管路內(nèi)的壓力，壓力增至30?50MPa范圍內(nèi)；
[0042]步驟六:第三開(kāi)關(guān)閥18關(guān)閉，增壓器9出氣口被封閉，通過(guò)第二高壓計(jì)量泵11調(diào)節(jié)管路內(nèi)氣壓壓力速率，氣壓壓力速率的范圍為0.01?5MPa/min，同時(shí)通過(guò)第二高壓計(jì)量泵11采集注入壓裂氣體的流量及壓力數(shù)據(jù)，直到第二高壓計(jì)量泵11出現(xiàn)壓力驟降及體變測(cè)量傳感器出現(xiàn)數(shù)值突變，頁(yè)巖試樣7完成初次壓裂，同時(shí)通過(guò)壓力傳感器15記錄初次壓裂過(guò)程中管路內(nèi)的壓裂壓力；
[0043]步驟七:通過(guò)第二高壓計(jì)量泵11觀察管路內(nèi)壓裂氣體的流量消耗數(shù)值，直到壓裂氣體的流量出現(xiàn)連續(xù)消耗，此時(shí)頁(yè)巖試樣7完成擴(kuò)展壓裂，壓裂過(guò)程結(jié)束；
[0044]步驟八:第七開(kāi)關(guān)閥22開(kāi)啟，通過(guò)廢氣收集罐13將頁(yè)巖試樣7內(nèi)及管路內(nèi)的殘余氣體收集起來(lái)，此時(shí)氣壓壓裂系統(tǒng)單元為下次氣壓壓裂實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。
[0045]如果下次氣壓壓裂實(shí)驗(yàn)所使用的壓裂氣體不做更換，只需將第五開(kāi)關(guān)閥20之后管路內(nèi)的殘余氣體收集起來(lái)即可。
[0046]頁(yè)巖試樣7被氣壓壓裂后，還可直接測(cè)量對(duì)比頁(yè)巖試樣7壓裂前后的滲透率的變化，準(zhǔn)確評(píng)估壓裂效果，為實(shí)現(xiàn)壓裂增產(chǎn)提供理論依據(jù)。
[0047]根據(jù)上述氣壓壓裂過(guò)程，通過(guò)更換不同的壓裂氣體，可以幫助實(shí)驗(yàn)人員尋找到最合適的壓裂氣體，為實(shí)現(xiàn)壓裂增產(chǎn)提供理論依據(jù)。
[0048]實(shí)施例中的方案并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均包含于本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括真三軸加載單元和氣壓壓裂系統(tǒng)單元，所述真三軸加載單元包括豎直加載框架、水平加載框架、壓力室及支撐臺(tái)，所述豎直加載框架通過(guò)支撐油缸安裝在支撐臺(tái)上，所述水平加載框架通過(guò)滑動(dòng)導(dǎo)軌設(shè)置在支撐臺(tái)上，豎直加載框架與水平加載框架相正交，所述壓力室設(shè)置在水平加載框架內(nèi)，頁(yè)巖試樣位于壓力室內(nèi)； 所述氣壓壓裂系統(tǒng)單元包括高壓氣瓶、增壓器、第一高壓計(jì)量泵、第二高壓計(jì)量泵、真空泵及廢氣收集罐，所述高壓氣瓶與增壓器相連通，增壓器一路與第一高壓計(jì)量泵相連通，增壓器另一路與第二高壓計(jì)量泵相連通，第二高壓計(jì)量泵一路與頁(yè)巖試樣相連通，第二高壓計(jì)量泵第二路與真空泵相連通，第二高壓計(jì)量泵第三路與廢氣收集罐相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在所述高壓氣瓶與增壓器之間的管路上設(shè)置有調(diào)壓閥，在調(diào)壓閥與增壓器之間的管路上依次設(shè)置有第一開(kāi)關(guān)閥和第二開(kāi)關(guān)閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在所述增壓器與第二高壓計(jì)量泵之間的管路上設(shè)置有第三開(kāi)關(guān)閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在所述第二高壓計(jì)量泵與頁(yè)巖試樣之間的管路上連接有壓力傳感器，在第二高壓計(jì)量泵與壓力傳感器之間的管路上依次設(shè)置有第四開(kāi)關(guān)閥和第五開(kāi)關(guān)閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:在所述真空泵的進(jìn)氣口上 安裝有第六開(kāi)關(guān)閥，在所述廢氣收集罐的進(jìn)氣口上安裝有第七開(kāi)關(guān)閥，在所述頁(yè)巖試樣與真空泵及廢氣收集罐的公共進(jìn)氣管路上設(shè)置有第八開(kāi)關(guān)閥。
6.采用權(quán)利要求1所述的模擬頁(yè)巖氣壓壓裂過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:實(shí)驗(yàn)前，對(duì)頁(yè)巖試樣鉆削加工中心孔，中心孔經(jīng)過(guò)頁(yè)巖試樣的幾何中心； 步驟二:將頁(yè)巖試樣與承壓墊塊進(jìn)行裝夾，頁(yè)巖試樣中心孔孔口一側(cè)的承壓墊塊已事先加工有導(dǎo)氣孔，中心孔通過(guò)導(dǎo)氣孔與外部相連通；再對(duì)裝夾后的頁(yè)巖試樣與承壓墊塊進(jìn)行密封處理，密封完成后安裝體變測(cè)量傳感器，構(gòu)成試樣組合體； 步驟三:將試樣組合體送入壓力室內(nèi)，首先將體變測(cè)量傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線與壓力室內(nèi)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端口相連，然后將氣壓壓裂系統(tǒng)單元與頁(yè)巖試樣中心孔相接通，此時(shí)封閉壓力室，充油加壓，并加載大主應(yīng)力、中主應(yīng)力及小主應(yīng)力方向的真三軸應(yīng)力，通過(guò)真三軸應(yīng)力加載過(guò)程測(cè)量頁(yè)巖試樣的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系； 步驟四:開(kāi)始?xì)鈮簤毫褜?shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前，啟動(dòng)真空泵排除管路內(nèi)及頁(yè)巖試樣中心孔內(nèi)的空氣; 步驟五:令高壓氣瓶?jī)?nèi)的壓裂氣體經(jīng)調(diào)壓閥進(jìn)入增壓器，通過(guò)調(diào)壓閥設(shè)定增壓器和管路內(nèi)的壓力，封閉高壓氣瓶，然后通過(guò)第一高壓計(jì)量泵增加管路內(nèi)的壓力； 步驟六:封閉增壓器出氣口，通過(guò)第二高壓計(jì)量泵調(diào)節(jié)管路內(nèi)氣壓壓力速率，同時(shí)通過(guò)第二高壓計(jì)量泵采集注入壓裂氣體的流量及壓力數(shù)據(jù)，直到第二高壓計(jì)量泵出現(xiàn)壓力驟降及體變測(cè)量傳感器出現(xiàn)數(shù)值突變，頁(yè)巖試樣完成初次壓裂，同時(shí)通過(guò)壓力傳感器記錄初次壓裂過(guò)程中管路內(nèi)的壓裂壓力； 步驟七:通過(guò)第二高壓計(jì)量泵觀察管路內(nèi)壓裂氣體的流量消耗數(shù)值，直到壓裂氣體的流量出現(xiàn)連續(xù)消耗，此時(shí)頁(yè)巖試樣完成擴(kuò)展壓裂，壓裂過(guò)程結(jié)束； 步驟八:通過(guò)廢氣收集罐將頁(yè)巖試樣內(nèi)及管路內(nèi)的殘余氣體收集起來(lái),此時(shí)氣壓壓裂系統(tǒng)單元為下次氣壓壓裂實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。
【文檔編號(hào)】E21B43/26GK103993867SQ201410235314
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】張希巍, 張帥, 史文超, 司勝, 陳天宇, 孔瑞, 馮夏庭 申請(qǐng)人:東北大學(xué)