CN104897443B - 一种制备双重孔隙透明含气岩体的装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种制备双重孔隙透明含气岩体的装置及制备方法，其中的制备双重孔隙透明含气岩体的装置包括岩心制备装置、岩体内充气装置、气体输送控制系统、运动控制系统、真空抽气装置、温度控制系统，气体输送控制系统通过气体传输管连接岩体内充气装置，运动控制系统通过旋转螺杆连接滑动光杆，岩体内充气装置置于岩体成型模具中，真空抽气装置连接岩体成型模具，温度控制系统连接水浴箱；岩心制备装置包括分级原材料存储容器、掺混搅拌装置、输送控制器、岩体成型模具、水浴箱，岩体成型模具置于水浴箱中；岩体内充气装置由密封盒、气体分布器、造缝针、滑动光杆构成；制备可视化岩心的原材料由环氧树脂及固化剂组成。本发明选择环氧树脂及固化剂为原材料，有色的孔裂隙结构可以清楚地反映出来。

Description

一种制备双重孔隙透明含气岩体的装置及制备方法

技术领域

本发明涉及的是致密气、页岩气、煤层气等非常规油气储层及相关含气岩体的制作的方法及制备装置，具体涉及一种制备双重孔隙透明含气岩体的装置及制备方法。

背景技术

在石油与天然气、页岩气以及煤层气等常规与非常规气藏开采与增产措施等技术领域中，岩体压裂是目前应用最为广泛的技术方法。但压裂后裂缝形成的描述问题是目前非常规油气岩体压裂的“瓶颈”与核心问题。目前，国内外对岩体压裂裂缝扩展问题的研究，均基于非可视化的不透明岩体开展的压裂裂缝研究，甚至一些相关实验需要压后将岩体剖开观测裂缝的走向。研究者对压裂裂缝的形成只是得到了最终的裂缝形态，对于裂缝如何演化与形成的基本过程无法基于清晰地描述，尤其是目前认为非常规油气压裂复杂缝网的形成规律，更是模糊不清。该方面的难题给目前非常规油气压裂技术研究带来了极大的困惑。研究一种制备可视化岩心方法及相配套的实验装置迫在眉睫。本发明人重点阐述的是一种孔裂隙双重介质可视化岩心的制作方法与装置，该装置不仅能够制作均质岩心，亦可通过调整原材料配比与组成制作不同硬度、脆性、力学参数与物性参数等多重组合特征的可视化岩心。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备双重孔隙透明含气岩体的装置，这种制备双重孔隙透明含气岩体的装置用于解决现有的被压裂岩体内部不存在双重孔隙及不含气，与实际岩体差别很大的问题，本发明的另一个目的是提供这种制备双重孔隙透明含气岩体的装置的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种制备双重孔隙透明含气岩体的装置包括岩心制备装置、岩体内充气装置、气体输送控制系统、运动控制系统、真空抽气装置、温度控制系统，气体输送控制系统通过气体传输管连接岩体内充气装置，运动控制系统通过旋转螺杆连接滑动光杆，岩体内充气装置置于岩体成型模具中，真空抽气装置连接岩体成型模具，温度控制系统连接水浴箱；岩心制备装置包括分级原材料存储容器、掺混搅拌装置、输送控制器、岩体成型模具、水浴箱，分级原材料存储容器包含几个盛装不同原材料的存储容器，各存储容器通过分级管线汇集到总管线，总管线伸入到掺混搅拌装置中，每条分管线上设置流量控制阀，掺混搅拌装置出口通过输送管线连接岩体成型模具，该输送管线上设置输送控制器，岩体成型模具是由四块透明的高硬度有机玻璃板组装而成的密封箱体，岩体成型模具置于水浴箱中；岩体内充气装置由密封盒、气体分布器、造缝针、滑动光杆构成，气体分布器设置在密封盒的中心，气体分布器的分气管位于密封盒内，造缝针阵盘安装于密封盒的下端，造缝针阵盘的底面设置有密封隔层，造缝针呈阵列状布置在造缝针阵盘下面，分气管分别与造缝针连接，气体分布器连接气体传输管，滑动光杆与密封盒固定连接；制备可视化岩心的原材料由环氧树脂及固化剂组成。

上述方案中气体输送控制系统由气体存储罐、气体输入泵、流量控制仪、压力控制仪、速度控制阀通过相应管线连接组成，气体控制操作系统安装在计算机中，计算机分别连接流量控制仪、压力控制仪、速度控制阀，通过气体流量控制，控制孔裂隙长度。

上述方案中的掺混搅拌装置包括原料混合容器、搅拌器、控制仪，搅拌器通过传动装置连接原料搅拌机组。

上述方案中的运动控制系统由旋转螺杆、变速箱、传动电机、运动控制台、运动操作系统连接组成。

上述方案中的温度控制系统由温度传感器、温度控制器、水浴箱、温度加热与冷却装置连接构成。

上述装置制备双重孔隙透明含气岩体的方法：

第一步：按照试验要求，选择环氧树脂及固化剂，按照实验配比对原材料进行配比封装；

第二步：通过材料掺混搅拌装置将原材料按照配比要求进行搅拌，并通过相应管线将配制的掺混后的原材料送入岩体成型模具中；

第三步：运动控制系统控制岩体内充气装置使造缝针下行，气体充气造缝针插入到透明岩体中，气体输送控制系统实施有色气体输送对岩体内进行充入有色气体，充气结束后快速将造缝针拔出，在岩体内形成含气孔裂隙结构，通过气孔裂隙内的有色气体可反映出孔裂隙结构；

第四步：通过真空抽气装置对岩体成型模具内进行抽真空，确保透明岩体在形成过程中不受外界的影响；

第五步：通过温度控制系统对岩体成型模具进行加热或冷却，实现透明岩体的快速凝固，形成具有孔裂隙特征的含气透明岩体。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供了一套制备内含双重孔裂隙与气体的透明岩心装置，解决了目前缺少可视化试验岩心的问题，对后续压裂试验及相关试验研究对可视化试件的制备提供了条件。

2、本发明通过充入有色气体形成含气孔裂隙结构，并选择环氧树脂及固化剂为原材料，有色的孔裂隙结构可以清楚地反映出来。

3、本发明可通过调整原材料配比与组成制作不同硬度、脆性、力学参数与物性参数等多重组合特征的环氧树脂及固化剂。

附图说明

图1是本发明装置总体结构示意图；

图2是本发明中岩体成型模具结构示意图；

图3是本发明中岩体内充气装置结构示意图；

图4是本发明制作形成的透明岩心及内部孔裂隙示意图。

图中：1-原料存储容器；2-原料搅拌机组；3-原料混合容器；4-搅拌器；5-流量控制阀；6-输送控制器；7-岩体成型模具；8-水浴箱；9-有机玻璃板；10-密封盒；11-气体分布器；12-造缝针；13-滑动光杆；14-造缝针阵盘；15-气体存储罐；16-气体流量、压力控制阀；17-旋转螺杆；18-变速箱；19-传动电机；20-电机控制系统；21-温度传感器；22-温度控制器；23-真空泵；24-分气管；25-气体控制操作系统。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

如图1所示，这种制备双重孔隙透明含气岩体的装置包括岩心制备装置、岩体内充气装置、气体输送控制系统、运动控制系统、真空抽气装置、温度控制系统，气体输送控制系统通过气体传输管连接岩体内充气装置，运动控制系统通过旋转螺杆17连接滑动光杆13，岩体内充气装置置于岩体成型模具7中，真空抽气装置连接岩体成型模具7，温度控制系统连接水浴箱8；运动控制系统由旋转螺杆17、变速箱18、传动电机19、运动控制台、电机控制系统20连接组成，电机控制系统20安装于计算机中。

制作岩心的原材料由环氧树脂及相关固化剂组成，根据需求调整不同原料配比及养护环境，制作不同硬度、脆性、力学参数与物性参数等多重组合特征的可视化岩心。

岩心制备装置包括分级原材料存储容器、掺混搅拌装置、输送控制器6、岩体成型模具7、水浴箱8，分级原材料存储容器包含几个盛装不同原材料的存储容器，各存储容器通过分级管线汇集到总管线，总管线伸入到掺混搅拌装置中，每条分管线上设置流量控制阀5，掺混搅拌装置出口通过输送管线连接岩体成型模具7，该输送管线上设置输送控制器6。掺混搅拌装置包括原料混合容器3、搅拌器4、控制仪，搅拌器4通过传动装置连接原料搅拌机组2。原材料存储容器1中原材料经流量控制阀5控制，形成具有不同配比的混合材料，混合材料经通过搅拌器4搅拌形成具有透明特征的试验岩体制备材料，岩体制备材料经外输管线由输送控制器6控制输送到岩体成型模具7形成了岩心材料。

气体输送控制系统由气体存储罐15、气体输入泵、流量控制仪、压力控制仪、速度控制阀通过相应管线连接组成，气体控制操作系统25安装在计算机中，计算机分别连接流量控制仪、压力控制仪、速度控制阀，通过气体流量控制，控制孔裂隙长度。

如图2所示，岩体成型模具7是由四块具有一定强度的透明高硬度有机玻璃板9组装而成的透明密封箱体，玻璃板通过内嵌凹槽组装而成，岩体成型模具7置于水浴箱8中。

温度控制系统由温度传感器21、温度控制器22、水浴箱8、温度加热与冷却装置连接构成。温度控制系统通过温度传感器21对水浴箱8进行温度控制，通过水浴箱8的温度调控实施对岩心材料加热或冷却，实现岩心材料的快速凝固，形成具有孔裂隙特征的含气透明岩体。

如图3所示，岩体内充气装置由密封盒10、气体分布器11、造缝针12、滑动光杆13构成，气体分布器11设置在密封盒10的中心，气体分布器11的分气管24位于密封盒10内，造缝针阵盘14安装于密封盒10的下端，造缝针阵盘14的底面设置有密封隔层，造缝针12呈阵列状布置在造缝针阵盘14下面，分气管24分别与造缝针12连接，气体分布器11连接气体传输管，滑动光杆13与密封盒10固定连接。有色气体存储罐经气体输送控制系统将气体输送至造缝针阵盘14中，同时电机控制系统20控制传动电机19带动滑动光杆13下行，将气体造缝针12插入至岩心材料中，并通过气体输送控制系统对岩心材料进行充气，充气后快速拔出，在岩心材料中形成了具有含气特征的孔裂隙。

岩体内充气装置与运动控制系统连接，由运动控制系统控制可自行上下移动。在岩心制备过程中，首先将岩体成型模具7按照设计要求进行组装，并通过真空抽气装置将密封岩体成型模具7内的空气抽空。而后，通过岩心材料掺混搅拌装置按照预定方法配制岩心材料并将配制完成的岩心制备材料分批次经输送装置输送至由玻璃板密封岩心模具中，通过气体输送控制系统将气体以一定压力输送至岩体内充气装置中，岩体内充气装置经不同尺寸造缝针12将有色气体注入到岩心材料内部，并通过运动控制系统，由于高压注气的作用，在岩心材料内部形成了具有一定形态且储存有色气体的孔裂隙空间。形成的双重孔裂隙含气岩心通过温度控制系统控制使其加速固化，将固化后形成的气泡经真空抽气装置抽出，形成了满足压裂条件透明岩体材料。

上述装置制备双重孔隙透明含气岩体的方法：

第一步：按照试验要求，选择环氧树脂及固化剂，按照实验配比对原材料进行配比封装；

第二步：通过材料掺混搅拌装置将原材料按照配比要求进行搅拌，并通过相应管线将配制的掺混后的原材料送入岩体成型模具7中；

第三步：运动控制系统控制岩体内充气装置使造缝针12下行，气体充气造缝针12插入到透明岩体中，气体输送控制系统实施有色气体输送对岩体内进行充入有色气体，充气结束后快速将造缝针12拔出，在岩体内形成含气孔裂隙结构，通过气孔裂隙内的有色气体可反映出孔裂隙结构；

第四步：通过真空抽气装置对岩体成型模具7内进行抽真空，确保透明岩体在形成过程中不受外界的影响；

第五步：通过温度控制系统对岩体成型模具7进行加热或冷却，实现透明岩体的快速凝固，形成具有孔裂隙特征的含气透明岩体。

Claims (6)

1.一种制备双重孔隙透明含气岩体的装置，其特征在于：这种制备双重孔隙透明含气岩体的装置包括岩心制备装置、岩体内充气装置、气体输送控制系统、运动控制系统、真空抽气装置、温度控制系统，气体输送控制系统通过气体传输管连接岩体内充气装置，运动控制系统通过旋转螺杆（17）连接滑动光杆（13），岩体内充气装置置于岩体成型模具（7）中，真空抽气装置连接岩体成型模具（7），温度控制系统连接水浴箱（8）；岩心制备装置包括分级原材料存储容器、掺混搅拌装置、输送控制器（6）、岩体成型模具（7）、水浴箱（8），分级原材料存储容器包含几个盛装不同原材料的存储容器，各存储容器通过分级管线汇集到总管线，总管线伸入到掺混搅拌装置中，每条分管线上设置流量控制阀（5），掺混搅拌装置出口通过输送管线连接岩体成型模具（7），该输送管线上设置输送控制器（6），岩体成型模具（7）是由四块透明的高硬度有机玻璃板（9）组装而成的密封箱体，岩体成型模具（7）置于水浴箱（8）中；岩体内充气装置由密封盒（10）、气体分布器（11）、造缝针（12）、滑动光杆（13）构成，气体分布器（11）设置在密封盒（10）的中心，气体分布器（11）的分气管（24）位于密封盒（10）内，造缝针阵盘（14）安装于密封盒（10）的下端，造缝针阵盘（14）的底面设置有密封隔层，造缝针（12）呈阵列状布置在造缝针阵盘（14）下面，分气管（24）分别与造缝针（12）连接，气体分布器（11）连接气体传输管，滑动光杆（13）与密封盒（10）固定连接；制备可视化岩心的原材料由环氧树脂及固化剂组成。

2.根据权利要求1所述的制备双重孔隙透明含气岩体的装置，其特征在于：所述的气体输送控制系统由气体存储罐（15）、气体输入泵、流量控制仪、压力控制仪、速度控制阀通过相应管线连接组成，气体控制操作系统（25）安装在计算机中，计算机分别连接流量控制仪、压力控制仪、速度控制阀，通过气体流量控制，控制孔裂隙长度。

3.根据权利要求2所述的制备双重孔隙透明含气岩体的装置，其特征在于：所述的掺混搅拌装置包括原料混合容器（3）、搅拌器（4）、控制仪，搅拌器（4）通过传动装置连接原料搅拌机组（2）。

4.根据权利要求3所述的制备双重孔隙透明含气岩体的装置，其特征在于：所述的运动控制系统由旋转螺杆（17）、变速箱（18）、传动电机（19）、运动控制台、运动操作系统连接组成。

5.根据权利要求3所述的制备双重孔隙透明含气岩体的装置，其特征在于：所述的温度控制系统由温度传感器（21）、温度控制器（22）、水浴箱（8）、温度加热与冷却装置连接构成。

6.一种权利要求1所述的制备双重孔隙透明含气岩体的装置制备双重孔隙透明含气岩体的方法，其特征在于：

第一步：按照试验要求，选择环氧树脂及固化剂，按照实验配比对原材料进行配比封装；

第二步：通过材料掺混搅拌装置将原材料按照配比要求进行搅拌，并通过相应管线将配制的掺混后的原材料送入岩体成型模具（7）中；

第三步：运动控制系统控制岩体内充气装置使造缝针（12）下行，气体充气造缝针插入到透明岩体中，气体输送控制系统实施有色气体输送对岩体内进行充入有色气体，充气结束后快速将造缝针（12）拔出，在岩体内形成含气孔裂隙结构，通过气孔裂隙内的有色气体可反映出孔裂隙结构；

第四步：通过真空抽气装置对岩体成型模具（7）内进行抽真空，确保透明岩体在形成过程中不受外界的影响；

第五步：通过温度控制系统对岩体成型模具（7）进行加热或冷却，实现透明岩体的快速凝固，形成具有孔裂隙特征的含气透明岩体。