一種測(cè)定巖石破裂過(guò)程中滲透率的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及石油開發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種測(cè)定巖石破裂過(guò)程中滲透率的裝置 及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國(guó)內(nèi)油氣田開發(fā)的不斷發(fā)展，W及海外業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)外非常規(guī)特種 油氣藏開發(fā)技術(shù)要求越來(lái)越高，運(yùn)用水力壓裂開發(fā)非常規(guī)油氣資源早已受到社會(huì)各界廣泛 的關(guān)注。全面了解和掌握巖石在水力壓裂時(shí)受到到=向應(yīng)力載荷直至破裂過(guò)程中力學(xué)參數(shù) 的變化和巖石滲透率的變化，對(duì)編制油氣田開發(fā)方案、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工提供重要依據(jù)。
[0003] 所面對(duì)的地層環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，地層巖石力學(xué)性質(zhì)和滲透性質(zhì)受各向應(yīng)力載荷影 響較大，巖石在不同應(yīng)力下的力學(xué)響應(yīng)和滲透率變化難W準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。而實(shí)驗(yàn)室可獲取的常 規(guī)條件下利用標(biāo)準(zhǔn)尺寸巖屯、直接測(cè)量出來(lái)的靜態(tài)滲透率不能滿足研究巖石孔縫形態(tài)特征 隨應(yīng)力加載而變化的實(shí)際要求，且常規(guī)巖石力學(xué)=軸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)條件下氣體難W進(jìn)入到高溫 高壓試驗(yàn)艙內(nèi)塑封后的巖屯、中，根本不能實(shí)現(xiàn)"邊加載應(yīng)力，邊測(cè)量滲透率"。另一方面，由 于非常規(guī)油氣藏巖石致密、滲透率低，一般流量計(jì)難W準(zhǔn)確測(cè)量氣體通過(guò)巖石的氣流甚至 監(jiān)測(cè)不到流量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)巖石在=向應(yīng)力加載至破裂過(guò)程中滲透率難W測(cè)量的 問(wèn)題，提供一種改裝便捷易行、操作安全簡(jiǎn)單、測(cè)量誤差小、工作效率高和二氧化碳利用率 高的測(cè)定巖石破裂過(guò)程中滲透率的裝置及其方法。
[0005] 本發(fā)明的目的通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)；一種測(cè)定巖石破裂過(guò)程中滲透率的裝 置，它包括=軸試驗(yàn)艙、巖屯、夾持裝置、二氧化碳?xì)馄?、流量監(jiān)測(cè)裝置、液壓油圍壓加載系統(tǒng) 和安裝有數(shù)據(jù)采集器和控制器的計(jì)算機(jī)，所述的=軸試驗(yàn)艙內(nèi)且位于=軸試驗(yàn)艙的上、下 兩端分別設(shè)置有軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)上壓桿和軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)下壓桿，軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)上壓桿 固定于=軸試驗(yàn)艙上，軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)下壓桿可上、下活動(dòng)W加載軸壓，軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)下 壓桿與軸壓加載裝置連接，=軸試驗(yàn)艙外壁上設(shè)置有連通=軸試驗(yàn)艙的進(jìn)油閥和回油閥， S軸試驗(yàn)艙的底部設(shè)置有進(jìn)氣閥和出氣閥，所述的液壓油圍壓加載系統(tǒng)由油累、加壓累和 油箱組成，加壓累和油累的吸引口均與油箱連接，加壓累和油累的出油口均與進(jìn)油閥連接， 油累還與回油閥連接，所述的巖屯、夾持裝置由巖屯、夾持器、氣墊、絕緣自粘密封帶和熱縮套 組成，巖屯、夾持器的上、下端分別設(shè)置有與進(jìn)氣閥連接的進(jìn)氣口和與出氣閥連接的出氣口， 二氧化碳?xì)馄颗c進(jìn)氣閥連接，所述的流量監(jiān)測(cè)裝置由玻璃量管和橡膠軟管組成。
[0006] 所述的玻璃量管固定在固定夾持裝置上，玻璃管中有色液滴氣泡在氣體的推動(dòng)下 可向上滑動(dòng)。
[0007] 一種測(cè)定巖石破裂過(guò)程中滲透率的方法，它包括W下步驟：
[000引 S1、塑封巖屯、：先將端面磨平后的巖屯、的兩端加裝氣墊，再先后用絕緣自粘密封帶 和熱縮套將巖屯、包裹固定于巖屯、夾持器之間，從而實(shí)現(xiàn)了巖屯、的塑封；
[0009] S2、加裝傳感器；在巖屯、夾持器上端的下部和巖屯、夾持器下端的上部安裝軸向位 移傳感器；
[0010] S3、加圍壓并注氣；
[0011] S(l);先將S2中的巖屯、夾持器置于軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)上壓桿和軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)下 壓桿之間，再將軸向位移傳感器與計(jì)算機(jī)連接，然后關(guān)閉=軸試驗(yàn)艙，啟動(dòng)油累使液壓油充 滿S軸試驗(yàn)艙同時(shí)開啟加壓油累，加壓油累中活塞按照加載速率50mm/min將巖屯、圍壓提 升至5MPa，隨后關(guān)閉加壓油累和進(jìn)油閥，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中圍壓穩(wěn)定在5MPa ;
[0012] S(2);關(guān)緊S軸試驗(yàn)艙的進(jìn)氣閥和出氣閥，打開二氧化碳?xì)馄康拈y口，并調(diào)節(jié)二氧 化碳?xì)馄渴苟趸歼M(jìn)入S軸試驗(yàn)艙的壓力為2MPa ;
[001引 S(3);打開S軸試驗(yàn)艙的進(jìn)氣閥，上述S似中壓力為2MPa的二氧化碳順次經(jīng)進(jìn)氣 閥和進(jìn)氣口進(jìn)入到巖屯、中，保持巖屯、進(jìn)口端壓力穩(wěn)定在2MPa ;
[0014] S4、出口流量監(jiān)測(cè)：打開=軸試驗(yàn)艙的出氣閥，將流量監(jiān)測(cè)裝置中橡膠軟管的一端 與玻璃量管連接，橡膠軟管的另一端與出氣閥連接，按照需要變更流量監(jiān)測(cè)裝置中玻璃量 管的量程，開始計(jì)算出口端氣體流量；
[0015] S5、軸壓加載開始實(shí)驗(yàn)；在計(jì)算機(jī)中輸入巖屯、初始尺寸參數(shù)，對(duì)軸向位移傳感器清 零，開始執(zhí)行實(shí)驗(yàn)程序，采用應(yīng)變控制實(shí)驗(yàn)，其控制速率為0. 〇4mm/min，增加軸向荷載直到 試樣發(fā)生破壞，在施加軸向載荷的過(guò)程中記錄下巖屯、中圍壓、二氧化碳?jí)毫Α⒏骷?jí)應(yīng)力下的 應(yīng)力、應(yīng)變值W及測(cè)得出口端流量數(shù)據(jù)；
[0016] S6、實(shí)驗(yàn)結(jié)束；
[0017] s(i);巖屯、失效破壞后，停止加載軸向載荷，關(guān)閉二氧化碳?xì)馄块yn，同時(shí)打開回 油閥并啟動(dòng)油累將S軸試驗(yàn)艙內(nèi)液壓油抽回油箱；
[001引 S(2);打開S軸試驗(yàn)艙，拆卸巖屯、夾持器與S軸試驗(yàn)艙連接的各傳感器的數(shù)據(jù)線 和氣體進(jìn)出管線；
[0019] S(3);取回巖屯、夾持器并切下位于巖屯、上、下端的氣墊，保存好實(shí)驗(yàn)后的巖屯、和實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備下次實(shí)驗(yàn)；
[0020] S (4);計(jì)算巖屯、在超臨界二氧化碳條件下的彈性模量、抗壓強(qiáng)度，最后繪制巖屯、在 超臨界二氧化碳條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，從而實(shí)現(xiàn)了測(cè)定此時(shí)巖石的=軸強(qiáng)度；
[0021] S(5)通過(guò)各組出口端流量數(shù)據(jù)計(jì)算出不同應(yīng)力應(yīng)變下滲透率數(shù)據(jù)，并將滲透 率-應(yīng)變曲線繪制在應(yīng)力應(yīng)變曲線圖上，即可分析得到巖石在破裂過(guò)程中滲透率的變化規(guī) 律。
[0022] 本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)；（1)本發(fā)明用于測(cè)定巖石在破裂過(guò)程中滲透率的變化，并 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄巖石的圍壓、巖屯、中二氧化碳的壓力、軸向應(yīng)力、軸向應(yīng)變數(shù)據(jù)、二氧化碳通 過(guò)巖屯、的流量，并根據(jù)該些數(shù)據(jù)計(jì)算巖石軸壓加載至破裂過(guò)程中的彈性模量、抗壓強(qiáng)度、二 氧化碳的流量，同時(shí)繪制巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線，計(jì)算并繪制巖石在破裂過(guò)程中的二氧化碳 氣測(cè)滲透率變化曲線圖。（2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了不同氣流強(qiáng)度下流量監(jiān)測(cè)裝置的量程可調(diào)節(jié)滿 足不同的流量監(jiān)測(cè)需求。（3)實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)便，需要的儀器設(shè)備都很容易制得，實(shí)驗(yàn)效率較高。 (4)數(shù)據(jù)處理方便易操作，數(shù)據(jù)結(jié)果最終曲線圖較直觀地反映了巖石在受到應(yīng)力作用直至 破裂時(shí)滲透率變化趨勢(shì)，為流固禪合分析提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明的巖屯、夾持裝置與軸向位移傳感器的安裝示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明的流量監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明經(jīng)實(shí)驗(yàn)后繪制的應(yīng)力應(yīng)變曲線和滲透率-應(yīng)變曲線；
[0027] 圖中，1-S軸試驗(yàn)艙，2-二氧化碳?xì)馄浚?-液壓油圍壓加載系統(tǒng)，4-計(jì)算機(jī)，5a-軸 壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)上壓桿，5b-軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)下壓桿，6-巖屯、，7-進(jìn)油閥，8-回油閥，9-進(jìn)氣 閥，10-出氣閥，11-巖屯、夾持器，12-氣墊，13-絕緣自粘密封帶，14-熱縮套，15-進(jìn)氣口， 16-出氣口，17-玻璃量管，18-橡膠軟管，19-固定夾持裝置，20-軸向位移傳感器，21-巖屯、 及巖屯、夾持裝置。
【具體實(shí)施方式】
[002引下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于W下所述：
[0029] 如圖1-3所示，一種測(cè)定巖石破裂過(guò)程中滲透率的裝置，它包括=軸試驗(yàn)艙1、巖 屯、夾持裝置、二氧化碳?xì)馄?、流量監(jiān)測(cè)裝置、液壓油圍壓加載系統(tǒng)3和安裝有控制器的計(jì) 算機(jī)4,所述的=軸試驗(yàn)艙1內(nèi)且位于=軸試驗(yàn)艙1的上、下兩端分別設(shè)置有軸壓加載實(shí)驗(yàn) 臺(tái)上壓桿5a和軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)下壓桿化，軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)上壓桿5a固定于=軸試驗(yàn)艙1 上，軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)下壓桿化可上、下活動(dòng)W加載軸壓，軸壓加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)下壓桿化與軸壓 加載裝置連接，立軸試驗(yàn)艙1外壁上設(shè)置有連通=軸試驗(yàn)艙1的進(jìn)油閥7和回油閥8,=軸 試驗(yàn)艙1的底部設(shè)置有進(jìn)氣閥9和出氣閥10,所述的液壓油圍壓加載系統(tǒng)3由油累、加壓 累和油箱組成，加壓累和油累的吸引口均與油箱連接，加壓累和油累的出油口均與進(jìn)油閥7 連接，油累還與回油閥8連接，所述的巖屯、夾持裝置由巖屯、夾持器11、氣墊12、絕緣自粘密 封帶13和熱縮套14組成，巖屯、夾持器11的上、下端分別設(shè)置有與進(jìn)氣閥9連接的進(jìn)氣口 15和與出氣閥10連接的出氣口 16,二氧化碳?xì)馄?與進(jìn)氣閥9連接，所述的流量監(jiān)測(cè)裝置 由玻璃量管17和橡膠軟管18組成。
[0030] 所述的玻璃量管17固定在固定夾持裝置19上，玻璃管中有色液滴氣泡在氣體的 推動(dòng)下可向上滑動(dòng)。
[0031] 一種測(cè)定巖石破裂過(guò)程中滲透率的方法，它包括W下步驟：
[0032] S1、塑封巖屯、；
[003引 S(l);取出直徑為25mm、長(zhǎng)度為50mm的巖屯、樣本，通過(guò)磨石機(jī)磨平巖屯、6的兩個(gè) 端面，使兩端面均垂直于巖屯、6軸線，軸向角度偏差不超過(guò)0. 05° ;
[0034] S (2);將巖屯、6兩端的頂部均重疊放置直徑25mm的氣墊12,再將氣墊12放置于 巖屯、夾持器11中間；
[0035] S(3);用絕緣自粘密封帶13將巖屯、夾持器11、氣墊12和巖屯、6的側(cè)面均勻纏繞包 裹為整體，目的是為了防止實(shí)驗(yàn)