CN106761721A - 用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置及其实验方法 - Google Patents

用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置及其实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置及其实验方法，所述实验装置包括：热储改造室，所述热储改造室形成一封闭的腔室；所述热储改造室的一侧具有与所述腔室连通的入口；预制岩块，所述预制岩块放置在所述腔室内，所述预制岩块中设置有预制井筒，所述预制井筒包括铁管和硬塑料管，所述铁管与所述入口连通，所述硬塑料管套设在所述铁管内，并与所述铁管固定，所述硬塑料管包括突伸出所述铁管的裸露段，所述裸露段上开设有多个裸眼孔，所述多个裸眼孔与射孔管连接；硅胶加热片；恒温供液槽；高压柱塞泵；第一压强传感器；第一温度传感器；水平两向地应力模拟装置。

Description

用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层 改造的实验装置及其实验方法
技术领域
本发明涉及地热技术领域，特别涉及一种用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置及其实验方法。
背景技术
化石能源是一种碳氢化合物或其衍生物，化石能源是目前全球消耗的最主要的能源。然而传统化石能源的利用引发的环境问题越来越严重，甚至已经威胁到人类的健康和生存环境，因此加强可再生清洁能源的开发利用至关重要。
其中，热能与太阳能、风能相比具有不受天气影响、稳定、资源丰富的优势。热储层改造是地热工程中必不可少的一部分，主要包括化学刺激、热刺激和水力压裂，并以水力压裂为主。水力压裂根据破裂机理可分为张开型压裂和剪切型压裂。剪切型压裂适合天然裂缝发育的储层，通常采用清水压裂并配合热刺激或化学刺激，最终形成裂缝网络；张开型压裂又称为常规压裂对地层条件无要求，应用广泛，在压裂过程中通过注入支撑剂支撑裂缝，但热储层改造效果远不及天然裂缝发育热储层改造形成裂缝网络。
就高温热储层改造而言，低温压裂液注入高温储层时热储层发生不完全自由收缩导致热应力致裂，国内外大量研究表明热应力致裂是热储层水力压裂改造过程中不可忽视的因素，然而针对热储层在考虑热应力致裂条件下的水力压裂研究目前正处于起步阶段，仅存少量数值模拟研究，缺少物模实验的验证。
发明内容
本发明提供一种用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置及其实验方法，解决了如何针对热储层在考虑热应力致裂条件下的水力压裂研究的技术问题，实现了可在考虑热应力致裂条件下针对天然裂缝发育热储层开展不同岩石物性参数、井型、井径、完井方式、岩石温度、注入流量、注入流体粘度、注入温度、地应力状态时天然裂缝起裂扩展实验研究的技术效果。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置，所述实验装置包括：
热储改造室，所述热储改造室形成一封闭的腔室；所述热储改造室的一侧具有与所述腔室连通的入口；
预制岩块，所述预制岩块放置在所述腔室内，所述预制岩块中设置有预制井筒，所述预制井筒包括铁管和硬塑料管，所述铁管与所述入口连通，所述硬塑料管套设在所述铁管内，并与所述铁管固定，所述硬塑料管包括突伸出所述铁管的裸露段，所述裸露段上可通过开设多个裸眼孔模拟裸眼完井或通过与射孔管连接模拟射孔完井，所述多个裸眼孔占裸露段总面积的80％以上，所述射孔管为直径0.002-0.004m的空心塑料管，所述空心塑料管挖孔面积占空心管管壁总面积80％以上；
硅胶加热片，所述硅胶加热片贴设在所述预制岩块的外表面上；
恒温供液槽，所述恒温供液槽通过第一管道穿过所述入口与所述铁管连通；
高压柱塞泵，设置在所述第一管道中；
第一压强传感器，与所述高压柱塞泵串联，且所述第一压强传感器设置在所述高压柱塞泵和所述入口之间；
第一温度传感器，与所述高压柱塞泵串联，且所述第一温度传感器设置在所述高压柱塞泵和所述入口之间；
水平两向地应力模拟装置，所述水平两向地应力模拟装置均匀设置在所述热储改造室上的外表面。
优选的，所述多个裸眼孔的面积占所述裸露段的面积的80％。
优选的，所述铁管的直径为0.01-0.03m，长度为0.1m-0.2m；和/或，所述硬塑料管的直径为0.01-0.03m，长度为0.1m-0.2m。
优选，所述水平两向地应力模拟装置的数量具体为4个，4个所述水平两向地应力模拟装置均匀分布在所述热储改造室的同一平面的外表面上。
优选的，所述实验装置还包括保温层，所述保温层包覆在所述实验装置的最外层。
优选的，所述实验装置还包括温度控制装置，所述温度控制装置与所述硅胶加热片电连接。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种利用上述的实验装置的实验方法，所述实验方法包括：
采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒；
预制岩块；通过改变所述预制岩块时石英、长石、碳酸盐、黏土矿物含量配比模拟不同岩石物性参数；
将所述预制岩块置于所述实验装置中；
调节所述热储改造室内所述预制岩块的温度，直至达到实验温度；
调节所述水平两向地应力模拟装置，模拟应力条件；
在所述恒温供液槽中注入注入液，所述注入液的温度范围为5-40℃；
第一次开启所述高压柱塞泵，改变注入流量，直至裂缝起裂时关闭所述高压柱塞泵，记录裂缝起裂压强、起裂位置；
第二次开启所述高压柱塞泵，判断裂缝扩展的范围。
优选的，所述第一次开启所述高压柱塞泵，改变注入流量，直至裂缝起裂，具体包括：
开启高压柱塞泵开始实验，注入流量设置为1.5l/min，记录实验时间，观察注入井筒附近第一压强传感器压强变化，当所述第一压强传感器压强突然降低时停泵，此时裂缝起裂；若较长时间没有压强突降产生，则增加注入流量，直至裂缝起裂。
优选的，所述预制岩块，包括：
在边长为0.3m的正方体铁砂箱中制作岩块，通过改变制作岩块时石英、长石、碳酸盐、黏土等矿物含量配比模拟不同岩石物性参数，在制作大尺寸岩块同时，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物理力学参数，并在设计位置放置注入井筒、微型压强传感器，所述铁管在预制岩块中露出5-6cm作为注入管线接口，将制作好的岩块放置在太阳下养护28天。
优选的，所述第二次开启所述高压柱塞泵，判断裂缝扩展的范围，具体包括：
第二次开启所述高压柱塞泵，以低于起裂压强的注入速度设置所述高压柱塞泵以观察裂缝的扩展；实验过程中记录预制岩块中放置的微型压强传感器的压强变化，判断裂缝扩展的范围。
本申请有益效果如下：
本申请通过改变制作岩块时石英、长石、碳酸盐、黏土等矿物含量配比模拟不同岩石物性参数；进一步的，在制作大尺寸岩块同时，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物性参数；
本申请通过采用铁管与硬塑料管组合制成井筒，硬塑料管可模拟射孔完井与裸眼完井，通过改变铁管与硬塑料管直径可模拟不同井径，通过改变硬塑料管裸露段长度与硬塑料管上连接射孔管数量、位置、密度可模拟裸眼完井段长度与射孔数量、射孔位置、射孔密度，所述射孔密度包括径向射孔密度、纵向射孔密度；
进一步的，本申请通过在预制岩块中放置微型压强传感器可监测热储层中各处的压强变化，同时微型压强传感器的存在使得所在位置岩石不胶结，且所述微型压强传感器所在位置可认为天然裂缝并处于闭合状态；
进一步的，本申请通过微型压强传感器显示的压强变化，判断剪切压裂改造天然裂缝发育储层的开启与扩展，可实现天然裂缝发育储层剪切改造时天然裂缝起裂的实时监测；通过微型压强传感器显示的压强变化判断考虑热应力作用下天然裂缝发育热储层改造过程中天然裂缝的起裂与扩展，实现了考虑热应力作用下天然裂缝起裂的实时监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例；
图1为本申请一较佳实施方式用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置的结构示意图；
图2为本申请图1中预制井筒的结构示意图；
图3为本申请图2中所述预制井筒采用裸眼完井的结构示意图；
图4为本申请图2中所述预制井筒采用射孔完井的结构示意图；
图5为本申请图2中所述硬塑料管径向连接孔直井为0.5cm的筛管模拟射孔孔眼放大图；
图6为本申请图2中所述预制井筒采用射孔完井，径向孔密2孔，纵向孔密2孔的结构示意图；
图7为本申请图2中所述预制井筒采用射孔完井，径向孔密4孔，纵向孔密1孔的结构示意图；
图8为本申请图2中所述预制井筒采用射孔完井，径向孔密8孔，纵向孔密1孔的结构示意图；
100-用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置，1-热储改造室，1A-入口，2-预制岩块，21-预制井筒，211-铁管，212-硬塑料管，212A-裸眼孔，212B-射孔，3-硅胶加热片，4-恒温供液槽，5-高压柱塞泵，6-第一压强传感器，7-第一温度传感器，8-水平两向地应力模拟装置，9-保温层，10-温度控制装置。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置及其实验方法，解决了
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
实施方式一
图1为本申请一较佳实施方式用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置的结构示意图。请参阅图1，本申请提供一种用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置100，所述实验装置100包括热储改造室1、预制岩块2、硅胶加热片、恒温供液槽4、高压柱塞泵5、第一压强传感器6、第一温度传感器7及水平两向地应力模拟装置8。
所述热储改造室1用于形成一所述实验装置100作业的密封环境。具体的，所述热储改造室1形成一封闭的腔室；所述热储改造室1的一侧具有与所述腔室连通的入口1A。
所述预制岩块2用于模拟井型。所述预制岩块2为正方体岩块，边长为0.3m。所述预制岩块2在预制时通过改变制作岩块时石英、长石、碳酸盐、黏土等矿物含量配比模拟不同岩石物性参数；在制作大尺寸岩块同时，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物性参数。所述预制岩块2放置在所述腔室内，所述预制岩块2中设置有预制井筒21，请参阅图2，所述预制井筒21包括铁管211和硬塑料管212，所述铁管211与所述入口1A连通，所述硬塑料管212套设在所述铁管211内，并与所述铁管211固定，所述硬塑料管212包括突伸出所述铁管211的裸露段，所述裸露段上开设有多个裸眼孔212A。请参阅图3，所述多个裸眼孔212A的面积占所述裸露段的面积的80％。请参阅图4和图5，所述硬塑料管上还开设有射孔212B，所述射孔212B通过硬塑料管与射孔管连接实现，所述射孔管为直径0.002-0.004m的空心塑料管，所述空心塑料管挖孔面积占管壁总面积80％以上，本申请通过所述铁管211和所述硬塑料管212组合来模拟裸眼完井与射孔完井，通过改变硬塑料管裸露段长度与硬塑料管212上连接射孔管数量、位置、密度可模拟裸眼完井段长度与射孔数量、射孔位置、射孔密度，所述射孔密度包括径向射孔密度、纵向射孔密度；通过改变所述预制井筒21在所述预制岩块2中的放置方式可模拟直井、水平井、斜井。在本实施方式中，所述铁管211的直径为0.01-0.03m，长度为0.1-0.2m；所述硬塑料管212的直径为0.01-0.03m，长度为0.1-0.2m。所述硬塑料管包括突伸出所述铁管的裸露段，所述裸露段上可通过开设多个裸眼孔模拟裸眼完井或通过与射孔管连接模拟射孔完井，所述多个裸眼孔占裸露段总面积的80％以上，所述射孔管为直径0.002-0.004m的空心塑料管，所述空心塑料管挖孔面积占空心管管壁总面积80％以上。
所述硅胶加热片用于对所述预制岩块2加热以模拟地层温度，所述硅胶加热片贴设在所述预制岩块2的外表面上。所述硅胶加热片的最高加热温度为400℃。所述硅胶加热片直接贴设在所述预制岩块2表面，能够保证加热效果，进而保证低温诱导热应力致裂效果。
所述恒温供液槽4用于提供注入液，所述恒温供液槽4通过第一管道穿过所述入口1A与所述铁管211连通；
所述高压柱塞泵5用于调整进入所述入口1A的液体的流速，所述高压柱塞泵5设置在所述第一管道中。所述高压柱塞泵5的流量可调，且所述高压柱塞泵5的可调流量最大为5L/min。
所述第一压强传感器6与所述高压柱塞泵5串联，且所述第一压强传感器6设置在所述高压柱塞泵5和所述入口1A之间；所述第一温度传感器7与所述高压柱塞泵5串联，且所述第一温度传感器7设置在所述高压柱塞泵5和所述入口1A之间；
所述水平两向地应力模拟装置8，所述水平两向地应力模拟装置8均匀设置在所述热储改造室1上的外表面。所述水平两向地应力模拟装置8的数量具体为4个，4个所述水平两向地应力模拟装置8均匀分布在所述热储改造室1的同一平面的外表面上。换句话说，4个所述水平两向地应力模拟装置8可分别控制所述热储改造室1中所述预制岩块2在同一平面上四个方向上的水平地应力。
另外，所述实验装置100还包括微型压强传感器，所述微型压强传感器放置在所述预制岩块2中，用于监测热储层中各处压强变化，同时所述微型压强传感器的设置也可以使所述微型压强传感器所在位置的岩石不胶结，且可认为设置有所述微型压强传感器的位置为天然裂缝并处于闭合状态。通过所述微型压强传感器显示的压强变化来判断剪切压裂改造天然裂缝发育储层的裂缝起裂扩展，即可实现天然裂缝发育储层剪切改造时天然裂缝起裂的实时监测；优选的，可通过微型压强传感器显示的压强变化判断考虑热应力作用下天然裂缝发育热储层改造过程中天然裂缝的起裂与扩展，即可实现考虑热应力作用下天然裂缝起裂扩展的实时监测。
所述实验装置100还包括保温层9，所述保温层9包覆在所述实验装置100的最外层。在本实施方式中，所述保温层9具体为石棉板保温层9。
所述实验装置100还包括温度控制装置10，所述温度控制装置10与所述硅胶加热片电连接，用于控制所述硅胶加热片的加热温度。所述实验装置100还包括信息采集系统和计算机，所述信息采集系统与所述计算机连接，所述信息采集系统用于采集所述第一温度传感器7、第一压强传感器6及微型压强传感器等的参数信息。
实施方式二
基于同样的发明构思，本申请还提供一种利用上述实验装置的实验方法，所述实验方法包括：
步骤S210，采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒；
所述步骤S210中采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒，具体为：
采用铁管和硬塑料管模拟预制在岩块中的注入井筒，可模拟水平井、直井、斜井；所述硬塑料管通过与射孔管连接和裸眼孔可模拟射孔完井和裸眼完井，将制作好的硬塑料管插装到铁管中，并用502胶固定；铁管与塑料管直径可在0.01-0.03m范围变化。
步骤S220，预制岩块；通过改变所述预制岩块时石英、长石、碳酸盐、黏土矿物含量配比模拟不同岩石物性参数。
所述步骤S220中所述预制岩块，具体为：
在边长为0.3m的正方体铁砂箱中制作岩块，通过改变制作岩块时石英、长石、碳酸盐、黏土等矿物含量配比模拟不同岩石物性参数，在制作大尺寸岩块同时，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物理力学参数，并在设计位置放置注入井筒、微型压强传感器，所述铁管在预制岩块中露出5-6cm作为注入管线接口，将制作好的岩块放置在太阳下养护28天；
步骤S230，将所述预制岩块置于所述实验装置中。
所述步骤S230中将所述预制岩块置于所述实验装置中，具体包括：
用吊车将预制好的岩块放入热储改造室中，密封热储改造室，连接注入管线。
步骤S240，调节所述热储改造室内所述预制岩块的温度，直至达到实验温度。
所述步骤S240中所述调节所述热储改造室内所述预制岩块的温度，直至达到实验温度，具体包括：
打开安设在预制岩块表面上的硅胶加热片，调节温度控制装置，保持实验所需温度24h，使热储改造室内岩块温度达到实验温度；其中所述硅胶加热片可提供最高400℃实验温度。
步骤S250，调节所述水平两向地应力模拟装置，模拟应力条件。
其中，调节水平两向地应力模拟装置，模拟一定地应力条件，水平两向地应力模拟装置可提供最大40MPa压强。
步骤S260，在所述恒温供液槽中注入注入液，所述注入液的温度范围为5-40℃；
步骤S270，第一次开启所述高压柱塞泵，改变注入流量，直至裂缝起裂时关闭所述高压柱塞泵，记录裂缝起裂压强、起裂位置；
其中，所述步骤S270中所述第一次开启所述高压柱塞泵，改变注入流量，直至裂缝起裂，具体包括：
开启高压柱塞泵开始实验，注入流量设置为1.5l/min，记录实验时间，观察注入井筒附近第一压强传感器压强变化，当所述第一压强传感器压强突然降低时停泵，此时裂缝起裂；若较长时间没有压强突降产生，则增加注入流量，直至裂缝起裂。
步骤S280，第二次开启所述高压柱塞泵，判断裂缝扩展的范围。
其中，所述步骤S280中所述第二次开启所述高压柱塞泵，判断裂缝扩展的范围包括：
第二次开启所述高压柱塞泵，以低于起裂压强的注入速度设置所述高压柱塞泵以观察裂缝的扩展；实验过程中记录预制岩块中放置的各微型压强传感器的压强变化，判断裂缝扩展的范围。
实施例1
本实施例为研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时注入水温度对天然裂缝起裂与扩展的影响的情况。
S1，采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒；用铁管和硬塑料管模拟预制在岩块中的直井注入井筒，所述铁管长20cm，内径为2cm，硬塑料管部分长12cm，外径为2cm，在硬塑料管壁上大面积挖孔模拟裸眼完井，裸露段5cm，将硬塑料管插装到铁管中，用502胶固定。
S2，预制岩块；在边长为0.3m的正方体铁砂箱中按照石英52％、长石30％、碳酸盐2％、黏土16％的配比制作岩块，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物理力学参数。并在岩块中心位置放置注入井筒，压强传感器在裸露段周围均匀放置，所述铁管在预制岩块中露出5-6cm作为注入管线接口，将制作好的砂岩岩块放置在太阳下养护28天。
S3，用吊车将预制好的岩块放入已安装好硅胶加热片的热储改造室中，密封热储改造室，连接注水管线。
S4，打开安装在预制岩块表面上的硅胶加热片，调节温度控制装置，保持实验所需温度(200℃)24h，使热储改造室内岩块温度达到实验温度。
S5，调节水平两向地应力模拟装置，保持两向水平地应力分别为20MPa和25MPa；
S6，在恒温供液槽中加入所需温度注入水并保持恒温，实验分为三组，三组实验的注入水温度分别为5℃、15℃、25℃；
S7，打开高压柱塞泵开始实验，注入流量设置为1.5l/min，记录实验时间，重点观察注入井筒附近压强传感器压强变化，当有压强传感器压强突然降低时停泵，此时裂缝起裂。若较长时间没有压强突降产生，那么增加注入流量，直至裂缝起裂。记录裂缝起裂压强、起裂位置。
S8，重新开启高压柱塞泵，以低于起裂压强的注入速度设置柱塞泵以观察裂缝的扩展。实验过程中记录预制岩块中放置的微型压强传感器的压强变化，从而判断裂缝扩展的范围。
实施例2
本实施例为研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时地应力差对天然裂缝起裂与扩展的影响的情况。本实施例具体通过考虑热应力作用时地应力差分别为10MPa、20MPa、30MPa对天然裂缝起裂与扩展的影响。
S1，采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒；用铁管和硬塑料管模拟预制在岩块中的注入井筒，所述铁管长20cm，内径为2cm，硬塑料管部分长12cm，外径为2cm，在硬塑料管壁上大面积挖孔模拟裸眼完井，裸露段5cm，将硬塑料管插装到铁管中，用502胶固定；
S2，预制岩块；在边长为0.3m的正方体铁砂箱中按照石英52％、长石30％、碳酸盐2％、黏土16％的配比制作岩块，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物理力学参数。并在岩块中心位置放置注入井筒，压强传感器在裸露段周围均匀放置，所述铁管在预制岩块中露出5-6cm作为注入管线接口，将制作好的砂岩岩块放置在太阳下养护28天；
S3，用吊车将预制好的岩块放入已安装好硅胶加热片的热储改造室中，密封热储改造室，连接注水管线；
S4，打开安装在预制岩块表面上的硅胶加热片，调节温度控制装置，保持实验所需温度(200℃)24h，使热储改造室内岩块温度达到实验温度；
S5，调节水平两向地应力模拟装置，实验分为三组，三组实验的水平两向地应力差分别为10MPa、20MPa、30MPa；
S6，在恒温供液槽中加入所需实验温度(10℃)注入水并保持恒温；
S7，打开高压柱塞泵开始实验，注入流量设置为1.5l/min，记录实验时间，重点观察注入井筒附近压强传感器压强变化，当有压强传感器压强突然降低时停泵，此时裂缝起裂。若较长时间没有压强突降产生，那么增加注入流量，直至裂缝起裂。记录裂缝起裂压强、起裂位置。
S8，重新开启高压柱塞泵，以低于起裂压强的注入速度设置柱塞泵以观察裂缝的扩展。实验过程中记录预制岩块中放置的微型压强传感器的压强变化，从而判断裂缝扩展的范围。
实施例3
本实施例研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时热储层温度对天然裂缝起裂与扩展的影响。具体通过研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时储层温度分别为100℃、200℃、300℃对天然裂缝起裂与扩展的影响。
S1，采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒；用铁管和硬塑料管模拟预制在岩块中的注入井筒，所述铁管长20cm，内径为2cm，硬塑料管部分长12cm，外径为2cm，在硬塑料管壁上大面积挖孔模拟裸眼完井，裸露段5cm，将硬塑料管插装到铁管中，用502胶固定；
S2，预制岩块；在边长为0.3m的正方体铁砂箱中按照石英52％、长石30％、碳酸盐2％、黏土16％的配比制作岩块，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物理力学参数。并在岩块中心位置放置注入井筒，压强传感器在裸露段周围均匀放置，所述铁管在预制岩块中露出5-6cm作为注入管线接口，将制作好的砂岩岩块放置在太阳下养护28天；
S3，用吊车将预制好的岩块放入已安装好硅胶加热片的热储改造室中，密封热储改造室，连接注水管线；
S4，打开安装在预制岩块表面上的硅胶加热片，调节温度控制装置，三组实验硅胶加热片温度分别设置为100℃、200℃、300℃保持实验所需温度24h，使热储改造室内岩块温度达到实验温度；
S5，调节水平两向地应力模拟装置，保持两向水平地应力分别为20MPa和25MPa；
S6，在恒温供液槽中加入所需实验温度(10℃)注入水并保持恒温；
S7，打开高压柱塞泵开始实验，注入流量设置为1.5l/min，记录实验时间，重点观察注入井筒附近压强传感器压强变化，当有压强传感器压强突然降低时停泵，此时裂缝起裂。若较长时间没有压强突降产生，那么增加注入流量，直至裂缝起裂。记录裂缝起裂压强、起裂位置。
S8，重新开启高压柱塞泵，以低于起裂压强的注入速度设置柱塞泵以观察裂缝的扩展。实验过程中记录预制岩块中放置的微型压强传感器的压强变化，从而判断裂缝扩展的范围。
实施例4
本实施例研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时裸眼完井裸露段长度对天然裂缝起裂与扩展的影响。具体通过研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时采用裸眼完井(裸露段10cm)裸眼完井(裸露段长5cm)对天然裂缝起裂与扩展的影响。
S1，采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒；用铁管和硬塑料管模拟预制在岩块中的注入井筒，所述铁管长20cm，内径为2cm，硬塑料管部分长12cm，外径为2cm，在硬塑料管壁上大面积挖孔，模拟裸眼完井，实验分为两组，一组裸露段10cm，另一组裸露段5cm，将硬塑料管插装到铁管中，用502胶固定，如图2图3所示；
S2，预制岩块；在边长为0.3m的正方体铁砂箱中按照石英52％、长石30％、碳酸盐2％、黏土16％的配比制作岩块，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物理力学参数。并在岩块中心位置放置注入井筒，压强传感器在裸露段周围均匀放置，所述铁管在预制岩块中露出5-6cm作为注入管线接口，将制作好的砂岩岩块放置在太阳下养护28天；
S3，用吊车将预制好的岩块放入已安装好硅胶加热片的热储改造室中，密封热储改造室，连接注水管线；
S4，打开安装在预制岩块表面上的硅胶加热片，调节温度控制装置，保持实验所需温度(200℃)24h，使热储改造室内岩块温度达到实验温度；
S5，调节水平两向地应力模拟装置，保持两向水平地应力分别为20MPa和25MPa；
S6，在恒温供液槽中加入所需实验温度(10℃)注入水并保持恒温；
S7，打开高压柱塞泵开始实验，注入流量设置为1.5l/min，记录实验时间，重点观察注入井筒附近压强传感器压强变化，当有压强传感器压强突然降低时停泵，此时裂缝起裂。若较长时间没有压强突降产生，那么增加注入流量，直至裂缝起裂。记录裂缝起裂压强、起裂位置。
S8，重新开启高压柱塞泵，以低于起裂压强的注入速度设置柱塞泵以观察裂缝的扩展。实验过程中记录预制岩块中放置的微型压强传感器的压强变化，从而判断裂缝扩展的范围。
实施例5
本实施例研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时射孔密度对天然裂缝起裂与扩展的影响。具体通过研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时采用射孔完井(径向2孔，纵向1孔)、射孔完井(径向4孔，纵向1孔)、射孔完井(径向8孔，纵向1孔)、射孔完井(径向2孔，纵向2孔)对天然裂缝起裂与扩展的影响，请参阅图6至图8。
S1，采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒；用铁管和硬塑料管模拟预制在岩块中的注入井筒，所述铁管长20cm，内径为2cm，硬塑料管部分长12cm，外径为2cm，在硬塑料管径向用502胶连接孔直井为0.004m的射孔管模拟射孔孔眼。实验分为4组，1组射孔孔长5cm，径向孔密度为2孔，纵向孔密度为1孔；2组射孔孔长5cm，径向孔密度为4孔，纵向孔密度为1孔；3组射孔孔长5cm，径向孔密度8孔，纵向孔密度1孔；4组射孔孔长5cm，径向孔密度2孔，纵向孔密度2孔；将硬塑料管插装到铁管中，用502胶固定，如图4图5图6所示；
S2，预制岩块；在边长为0.3m的正方体铁砂箱中按照石英52％、长石30％、碳酸盐2％、黏土16％的配比制作岩块，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物理力学参数。并在岩块中心位置放置注入井筒，压强传感器在裸露段周围均匀放置，所述铁管在预制岩块中露出5-6cm作为注入管线接口，将制作好的砂岩岩块放置在太阳下养护28天；
S3，在预制好的岩块各面上贴设硅胶加热片，用吊车将贴有硅胶加热片的预制岩块放入热储改造室中，密封换热室，连接注入管线。
S4，打开贴设在岩块表面的硅胶加热片，调节温度控制装置，保持实验所需温度(200℃)24h，使换热室内岩块温度达到实验温度。
S5，调节水平两向地应力模拟装置，保持两向水平地应力分别为20MPa和25MPa；
S6，在恒温供液槽中加入所需实验温度(10℃)注入水并保持恒温；
S7，打开高压柱塞泵开始实验，注入流量设置为1.5l/min，记录实验时间，重点观察注入井筒附近压强传感器压强变化，当有压强传感器压强突然降低时停泵，此时裂缝起裂。若较长时间没有压强突降产生，那么增加注入流量，直至裂缝起裂。记录裂缝起裂压强、起裂位置。
S8，重新开启高压柱塞泵，以低于起裂压强的注入速度设置柱塞泵以观察裂缝的扩展。实验过程中记录预制岩块中放置的微型压强传感器的压强变化，从而判断裂缝扩展的范围。
实施例6
本实施例研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时热储层物性参数对天然裂缝起裂与扩展的影响。具体通过研究天然裂缝发育热储层改造考虑热应力作用时热储层物性参数对天然裂缝起裂与扩展的影响。
S1，采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒；用铁管和硬塑料管模拟预制在岩块中的注入井筒，所述铁管长20cm，内径为2cm，硬塑料管部分长12cm，外径为2cm，在硬塑料管壁上大面积挖孔模拟裸眼完井，裸露段5cm，将硬塑料管插装到铁管中，用502胶固定；
S2，预制岩块；在边长为0.3m的正方体铁砂箱中制作岩块，实验分为两组，第一组岩块按照石英52％、长石30％、碳酸盐2％、黏土16％的配比制作岩块，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定第一组实验岩石物理力学参数。第二组按照石英62％、长石20％、碳酸盐2％、黏土16％的配比制作岩块，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定第二组实验岩石物理力学参数；并在岩块中心位置放置注入井筒，压强传感器在裸露段周围均匀放置，所述铁管在预制岩块中露出5-6cm作为注入管线接口，将制作好的砂岩岩块放置在太阳下养护28天；
S3，在预制好的岩块各面上贴设硅胶加热片，用吊车将贴有硅胶加热片的预制岩块放入热储改造室中，密封换热室，连接注入管线。
S4，打开贴设在岩块表面的硅胶加热片，调节温度控制装置，保持实验所需温度(200℃)24h，使换热室内岩块温度达到实验温度。
S5，调节水平两向地应力模拟装置，保持两向水平地应力分别为20MPa和25MPa；
S6，在恒温供液槽中加入所需实验温度(10℃)注入水并保持恒温；
S7，打开高压柱塞泵开始实验，注入流量设置为1.5l/min，记录实验时间，重点观察注入井筒附近压强传感器压强变化，当有压强传感器压强突然降低时停泵，此时裂缝起裂。若较长时间没有压强突降产生，那么增加注入流量，直至裂缝起裂。记录裂缝起裂压强、起裂位置。
S8，重新开启高压柱塞泵，以低于起裂压强的注入速度设置柱塞泵以观察裂缝的扩展。实验过程中记录预制岩块中放置的微型压强传感器的压强变化，从而判断裂缝扩展的范围。
本申请有益效果如下：
本申请通过改变制作岩块时石英、长石、碳酸盐、黏土等矿物含量配比模拟不同岩石物性参数；进一步的，在制作大尺寸岩块同时，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物性参数；
进一步的，本申请通过采用铁管与硬塑料管组合制成井筒，硬塑料管可模拟射孔完井与裸眼完井，通过改变硬塑料管裸露段长度与硬塑料管上连接射孔管数量、位置、密度可模拟裸眼完井段长度与射孔数量、射孔位置、射孔密度，所述射孔密度包括径向射孔密度、纵向射孔密度；
进一步的，本申请通过在预制岩块中放置微型压强传感器可监测热储层中各处的压强变化，同时微型压强传感器的存在使得所在位置岩石不胶结，且所述微型压强传感器所在位置可认为天然裂缝并处于闭合状态；
进一步的，本申请通过微型压强传感器显示的压强变化，判断剪切压裂改造天然裂缝发育储层的起裂与扩展，可实现天然裂缝发育储层剪切改造时天然裂缝起裂扩展的实时监测；通过微型压强传感器显示的压强变化判断考虑热应力作用下天然裂缝发育热储层改造过程中天然裂缝的起裂与扩展，实现了考虑热应力作用下天然裂缝起裂扩展的实时监测。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于增强型地热系统的考虑热应力致裂天然裂缝发育热储层改造的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：
热储改造室，所述热储改造室形成一封闭的腔室；所述热储改造室的一侧具有与所述腔室连通的入口；
预制岩块，所述预制岩块放置在所述腔室内，所述预制岩块中设置有预制井筒，所述预制井筒包括铁管和硬塑料管，所述铁管与所述入口连通，所述硬塑料管套设在所述铁管内，并与所述铁管固定，所述硬塑料管包括突伸出所述铁管的裸露段，所述裸露段上可通过开设多个裸眼孔模拟裸眼完井或通过与射孔管连接模拟射孔完井，所述多个裸眼孔占裸露段总面积的80％以上，所述射孔管为直径0.002-0.004m的空心塑料管，所述空心塑料管挖孔面积占空心管管壁总面积80％以上；
硅胶加热片，所述硅胶加热片贴设在所述预制岩块的外表面上；
恒温供液槽，所述恒温供液槽通过第一管道穿过所述入口与所述铁管连通；
高压柱塞泵，设置在所述第一管道中；
第一压强传感器，与所述高压柱塞泵串联，且所述第一压强传感器设置在所述高压柱塞泵和所述入口之间；
第一温度传感器，与所述高压柱塞泵串联，且所述第一温度传感器设置在所述高压柱塞泵和所述入口之间；
水平两向地应力模拟装置，所述水平两向地应力模拟装置均匀设置在所述热储改造室上的外表面。
2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述多个裸眼孔的面积占所述裸露段的面积的80％。
3.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述铁管的直径为0.01-0.03m，长度为0.1m-0.2m；和/或，所述硬塑料管的直径为0.01-0.03m，长度为0.1m-0.2m。
4.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述水平两向地应力模拟装置的数量具体为4个，4个所述水平两向地应力模拟装置均匀分布在所述热储改造室的同一平面的外表面上。
5.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括保温层，所述保温层包覆在所述实验装置的最外层。
6.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括温度控制装置，所述温度控制装置与所述硅胶加热片电连接。
7.一种利用如权利要求1至6任一所述的实验装置的实验方法，其特征在于，所述实验方法包括：
采用铁管和硬塑料管模拟预制井筒；
预制岩块；通过改变所述预制岩块时石英、长石、碳酸盐、黏土矿物含量配比模拟不同岩石物性参数；
将所述预制岩块置于所述实验装置中；
调节所述热储改造室内所述预制岩块的温度，直至达到实验温度；
调节所述水平两向地应力模拟装置，模拟应力条件；
在所述恒温供液槽中注入注入液，所述注入液的温度范围为5-40℃；
第一次开启所述高压柱塞泵，改变注入流量，直至裂缝起裂时关闭所述高压柱塞泵，记录裂缝起裂压强、起裂位置；
第二次开启所述高压柱塞泵，判断裂缝扩展的范围。
8.如权利要求7所述的实验方法，其特征在于，所述第一次开启所述高压柱塞泵，改变注入流量，直至裂缝起裂，具体包括：
开启高压柱塞泵开始实验，注入流量设置为1.5l/min，记录实验时间，观察注入井筒附近第一压强传感器压强变化，当所述第一压强传感器压强突然降低时停泵，此时裂缝起裂；若较长时间没有压强突降产生，则增加注入流量，直至裂缝起裂。
9.如权利要求7所述的实验方法，其特征在于，所述预制岩块，包括：
在边长为0.3m的正方体铁砂箱中制作岩块，通过改变制作岩块时石英、长石、碳酸盐、黏土等矿物含量配比模拟不同岩石物性参数，在制作大尺寸岩块同时，用相同配比制作小岩心柱进行岩石物性参数测试，包括渗透率、孔隙度、三轴应力测试，确定该配比时岩石物理力学参数，并在设计位置放置注入井筒、微型压强传感器，所述铁管在预制岩块中露出5-6cm作为注入管线接口，将制作好的岩块放置在太阳下养护28天。
10.如权利要求7所述的实验方法，其特征在于，所述第二次开启所述高压柱塞泵，判断裂缝扩展的范围，具体包括：
第二次开启所述高压柱塞泵，以低于起裂压强的注入速度设置所述高压柱塞泵以观察裂缝的扩展；实验过程中记录预制岩块中放置的微型压强传感器的压强变化，判断裂缝扩展的范围。
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