CN106908314B - 一种高压环境下岩心热致裂实验系统与方法 - Google Patents

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Abstract

一种高压环境下岩心热致裂实验系统，包括对实验岩心进行单侧端部加热的岩心夹持器、与所述岩心夹持器连通的介质源和介质流动管系、数据采集‑显示‑控制系统；所述介质源为岩心夹持器内的实验岩心进行流体饱和、渗透率测量提供模拟实验介质；所述介质流动管系为岩心流体饱和、渗透率测量提供介质源流动通道以及为岩心冷却提供冷源流动通道；所述数据采集‑显示‑控制系统用于实时控制实验岩心的端部加热温度、实时监测实验岩心的端部加热温度、实时监测实验岩心的声发射信号、实时采集介质源流量数据。本发明采用岩心单侧端面受热设计，与现有岩石热致裂实验方法中采用的岩心整体受热设计存在显著差别，更符合工程应用背景。

Description

一种高压环境下岩心热致裂实验系统与方法
技术领域
本发明涉及一种高压环境下岩心热致裂实验系统与方法，属于储层改造和储层完整性评价的技术领域。
背景技术
我国拥有丰富的地热能、油页岩、页岩油、页岩气等新能源和非常规能源。对于这样一些清洁能源和非常规能源，如何高效、安全开采是目前所面临的首要问题。由于这些能源的特殊性，与传统的开采和处理方式相比，存在很大的不同。如干热岩储层通常采用水力压裂形成人工热储后，再注入低温的冷水或者二氧化碳工作液提取热能；油页岩由于采用地面干馏矿石方式生产存在成本高、易引起地质灾害以及环境污染等问题，而转向地下高温加热干馏生产；为了提高页岩油气的采收率，在体积压裂形成的裂缝中进行加热，从而促进原油的流动和气体的解吸；等等。上述工程应用中储层岩心及储层流体都要受到高温或低温作用的影响。
当受到外界热作用时，由于岩心内部各种矿物颗粒的热膨胀系数的不同，将会在其内部产生热应力，并可能导致新裂缝的产生、延伸和连通，从而引起岩心力学性质、物理性质等的改变，如岩心强度、弹性模量、孔隙度、渗透率的变化。因热应力引起岩心内部产生裂缝的现象称为岩心热致裂，也称作岩心热开裂。
从不同的工程应用角度来讲，岩心热致裂一方面会引起岩体完整性的破坏，导致不可预期的后果，如CO2地质埋存过程中因盖层或井筒存在裂缝而导致CO2发生泄漏、核废料地下处置过程中放射性污染物通过岩体中产生的裂缝发生逸散等；另一方面，又需要采用不同手段产生大量裂缝，提高储层流体流动能力，如形成裂缝网络提高干热岩体的换热效率、提高页岩油气的产量等。为了使岩心热致裂的工程效益最大化，进行储层环境下的岩心热致裂研究，为未来的工程应用提供理论依据和技术指导，具有重大的理论意义和工程价值。
中国专利文献：CN106368688A公开了《研究岩心受热破裂条件和裂缝分布的实验方法》，该方法包括：将岩芯进行切片分割处理，然后进行CT扫描获取岩芯破裂前的CT扫描切片图；对岩芯加热加压，创造高温高压条件；进行裂缝监测，并记录裂缝产生与扩展现象；记录岩心破裂的温度条件；当达到设定温度时，保存振动波实时图像和对应岩芯温度；将破裂后的岩芯进行切片分割处理，再次进行CT扫描获取岩芯破裂后的CT扫描切片图；将破裂前后的CT扫描切片图进行处理，得到裂缝的长度和宽度，确定裂缝在岩芯中的位置和分布情况。该研究岩心受热破裂条件和裂缝分布的实验方法可以判断岩芯产生破裂的时间和破裂温度条件，有助于识别裂缝在岩芯内部的产生位置和分布情况。该对比文献是从微观观角度研究岩石热破裂条件和裂缝分布情况，并未涉及岩石热致裂方法的研究。而本发明则从宏观角度研究岩石热致裂过程以及提高岩石热致裂效果的方法。
发明内容
针对目前有关岩心热致裂的研究大都以干燥岩心展开、岩心完全处于整体受热环境中且很少考虑围压作用等问题，本发明提出一种高压环境下岩心热致裂实验系统。
本发明还提供一种上述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，真实模拟储层环境下岩心受热致裂过程。
本发明的技术方案如下：
一种高压环境下岩心热致裂实验系统，包括对实验岩心进行单侧端部加热的岩心夹持器、与所述岩心夹持器连通的介质源和介质流动管系、数据采集-显示-控制系统；
所述介质源为岩心夹持器内的实验岩心进行流体饱和、渗透率测量提供模拟实验介质；所述介质流动管系为岩心流体饱和、渗透率测量提供介质源流动通道以及为岩心冷却提供冷源流动通道；所述数据采集-显示-控制系统用于实时控制实验岩心的端部加热温度、实时监测实验岩心的端部加热温度、实时监测实验岩心的声发射信号、实时采集介质源流量数据。
根据本发明优选的，所述岩心夹持器包括：壳体1、温度传感器I 2、下堵头3、内连接管4、耐高温耐高压绝热密封套6、上堵头7、下游工作液接口8、温度传感器II 9、上游介质流入管线接口10和围压接口11。所述壳体1为耐高温材料制作的金属腔体，内部腔室放置岩心5，并在一定温度下承受额定内压；壳体1上端周向设有下游工作液接口8、上游介质流入管线接口10、围压接口11、温度传感器密封接口等，内部用内连接管4与下堵头3中设置的中心孔连接；内部连接管4与下游工作液接口8连接，下游工作液接口8与下游流出管线602连接，为实验介质流出岩心5提供流出通道；壳体1上端轴向开有偏心孔，用于安装上堵头7；上堵头7为一特殊接头柱塞，上堵头7的下端设置高温加热源，加热温度及加热方法由加热控制系统102控制；上堵头7中心孔与上游介质流入管线接口10相连，上游介质流入管线接口10与上游流入管线601相连，为循环实验介质进入岩心5提供流入通道；上堵头7一侧开设的偏心测温孔中布置温度传感器II 9，测量岩心5上端面温度；下堵头3中设置的偏心测温孔中布置温度传感器I 2，测量岩心5下端面温度，为计算岩心的热传导系数提供技术参数；岩心5被耐高温耐高压绝热密封套6包覆，耐高温耐高压绝热密封套6与上堵头7和下堵头3严密配合密封，保证岩心5上端面与上堵头7、岩心5下端面与下堵头3紧密接触时不发生渗漏，确保充满在岩心夹持器110内部腔室环形空间中的围压液体不会渗入岩心5中，同时确保岩心5中循环和/或饱和的实验介质不会渗入岩心夹持器110内部腔室环形空间中。
根据本发明优选的，介质源为气体介质源或液体介质源。
根据本发明优选的，所述气体介质源为空气或氮气。
根据本发明优选的，所述液体介质源为去离子水、地层水、氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化钙溶液、碳酸氢钠溶液或碳酸氢钙溶液。
根据本发明优选的，所述系统还包括冷源，与所述介质源并联。
根据本发明优选的，所述的冷源是水、液态二氧化碳或液氮。
根据本发明优选的，所述介质流动管系包括上游流入管线、下游流出管线和背压管线，所述上游流入管线连接介质源和岩心夹持器，沿介质流向依次在所述上游流入管线上设置实验介质总阀、RV1减压阀、V1仪表阀和P1压力表。
根据本发明优选的，在V1仪表阀和P1压力表之间设置有冷源及冷源阀；在所述冷源阀和V1仪表阀之间设置有V5放空阀。
根据本发明优选的，所述下游流出管线连接岩心夹持器和背压管线，所述下游流出管线包括并联的液体介质流出管线和气体介质流出管线；沿介质流向依次在所述液体流出管线上设置V3仪表阀；沿介质流向依次在所述气体流出管线上设置V4仪表阀、气体流量计和V2仪表阀；所述背压管线连接下游流出管线和介质源，沿介质流向依次在所述背压管线上设置有背压阀、P2压力表和RV2减压阀，在所述P2压力表和RV2减压阀之间设置有V6放空阀；在所述背压阀处还设置有烧杯和电子天平用于对流出的液体介质进行采集和称重。
根据本发明优选的，所述数据采集-显示-控制系统包括温控人机交互软件、通讯模块和温控器；
所述通讯模块用于采集岩心夹持器内的岩心致裂声发射信号、采集岩心另一端面的温度、采集气体介质从下游流出管线流出的气体流量、采集液体介质从下游流出管线流出的液体质量；
所述温控器用于向所述加热控制系统发出温度控制信号。
所述温控人机交互软件用于实现用户和数据采集-显示-控制系统之间的交互应答，该软件可以选择现有常规的软件即可实现，因此，该软件并不是本发明所要保护的技术内容。
上述一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热，岩心加热端面的温度加热到预定值后，对岩心停止加热，然后再对岩心冷却，分别测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得加热前、冷却后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质或液体介质。
根据本发明优选的，所述的冷却方式为自然冷却、介质冷却或冷源冷却。
根据本发明优选的，所述自然冷却是指利用放空介质流动管系的方式对加热后的岩心进行自然冷却。
根据本发明优选的，所述介质冷却是指向加热后的岩心通入气体介质或液体介质、对加热后的岩心进行强化冷却。
根据本发明优选的，所述冷源冷却指向加热后的岩心通入冷源流体、对加热后的岩心进行强化冷却。
根据本发明优选的，用于模拟在气体介质条件下的岩心热致裂实验步骤包括：
1)将实验岩心放入耐高温耐高压绝热密封套，连接岩心夹持器，施加围压，模拟地层压力作用，向岩心通入气体介质，测量加热前岩心渗透率；
2)然后对岩心夹持器内的岩心进行单侧端面加热，测量加热时岩心热传导系数变化趋势；
3)采用冷却方式对岩心冷却，测量冷却时岩心热传导系数变化趋势；
4)待岩心温度降至室温后，再向岩心通入气体介质测量冷却后的岩心渗透率。
根据本发明优选的，用于模拟在液体介质条件下的步骤包括：
1)将实验岩心放入耐高温耐高压绝热密封套，连接岩心夹持器，施加围压，模拟地层压力作用，岩心抽真空，通入液体介质，饱和岩心，向岩心通入液体介质，测量加热前岩心渗透率；
2)然后对岩心夹持器内的岩心进行单侧端面加热，测量加热时岩心热传导系数变化趋势；
3)采用冷却方式对岩心冷却，测量冷却时岩心热传导系数变化趋势；
4)待岩心温度降至室温后，再向岩心通入液体介质，饱和岩心，测量冷却后的岩心渗透率。
一种上述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热、同时对岩心的另一侧端面冷却，岩心加热一侧端面的温度加热到预定值后，然后再对岩心停止加热和冷却，均衡岩心温度至室温，分别测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得均衡岩心至室温后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质或液体介质。其中冷却方法是利用冷源进行岩心的另一侧端面冷却。
根据本发明优选的，所述的均衡岩心温度的方式为自然均衡温度、介质均衡温度。
根据本发明优选的，所述自然均衡温度是指利用放空介质流动管系的方式对加热后的岩心进行均衡温度至室温。
根据本发明优选的，所述介质均衡温度是指将测量岩心渗透率的气体介质或液体介质通入加热后的岩心进行均衡温度至室温。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用岩心单侧端面受热设计，与现有岩石热致裂实验方法中采用的岩心整体受热设计存在显著差别，更符合工程应用背景；
2、现有岩石热致裂实验方法中通常是在大气压下将干燥岩心非密闭地置于加热容器中进行热开裂实验，加热过程中岩石矿物因热化学反应产生的气态物质将逸散到周围环境中，并且没有考虑在实际储层环境下岩石饱和流体、承受围压的影响；本发明可模拟岩心饱和不同地层流体并且承受围压下的岩石热开裂过程，同时在加热过程中还可以通过打开或关闭岩心夹持器上下游的阀门来控制岩石矿物因热化学反应产生的气态物质以及岩心内所饱和的流体因高温作用产生的气态物质的逸散，实现岩心非密闭加热和岩心密闭加热模拟；
3、现有岩石热致裂实验方法仅考虑自然的加热和冷却；本发明在此基础上还可以模拟一端热源一端冷源的双向激励方法以及岩心饱和不同流体的化学激励方法来强化岩石热致裂过程和热致裂效果，实现不同的岩石强化热致裂方法研究。
附图说明
图1为本发明所述实验系统的结构示意图；
在图1中，101、介质源；102、加热控制系统；103、气体流量计；104、背压阀；105、烧杯；106、电子天平；107、数据采集-显示-控制系统；108、围压系统；109、声发射监测系统；110、岩心夹持器；201、V1仪表阀；202、V2仪表阀；203、V3仪表阀；204、V4仪表阀；205、V5放空阀；206、V6放空阀；207、介质总阀；301、RV1减压阀；302、RV2减压阀；401、P1压力表；402、P2压力表；501、声发射信号采集线；502、温度数据采集线；503、气体流量数据采集线；504、液体质量数据采集线；505、加热控制系统通讯线；601、上游流入管线；602、下游流出管线；603、液体介质流出管线；604、背压管线；605、气体介质流出管线；701、冷源；801、冷源阀。
图2为本发明中所述岩心夹持器的结构示意图；
在图2中，1、壳体；2、温度传感器I；3、下堵头；4、内连接管；5、岩心；6、耐高温耐高压绝热密封套；7、上堵头；8、下游工作液接口；9、温度传感器II；10、上游介质流入管线接口；11、围压接口。
图3为本发明所述加热控制系统的原理框图；
在图3中，901、温控人机交互软件；902、通讯模块；903、TC1温控器；904、TC2温控器。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
如图1、3所示。
一种高压环境下岩心热致裂实验系统，包括对实验岩心进行单侧端部加热的岩心夹持器110、与所述岩心夹持器110连通的介质源101和介质流动管系、数据采集-显示-控制系统；
所述介质源101为岩心夹持器110内的实验岩心5进行流体饱和、渗透率测量提供模拟实验介质；所述介质流动管系为岩心流体饱和、渗透率测量提供介质源流动通道以及为岩心冷却提供冷源流动通道；所述数据采集-显示-控制系统用于实时控制实验岩心的端部加热温度、实时监测实验岩心的端部加热温度、实时监测实验岩心的声发射信号、实时采集介质源流量数据。
如图2所示。
所述岩心夹持器包括：壳体1、温度传感器I 2、下堵头3、内连接管4、耐高温耐高压绝热密封套6、上堵头7、下游工作液接口8、温度传感器9、上游介质流入管线接口10、围压接口11。壳体1为耐高温材料制作的金属腔体，内部腔室放置岩心5，并在一定温度下承受额定内压；壳体1上端周向设有下游工作液接口8、上游介质流入管线接口10、围压接口11、温度传感器密封接口等，内部用内连接管4与下堵头3中设置的中心孔连接；内部连接管4与下游工作液接口8连接，下游工作液接口8与下游流出管线602连接，为实验介质流出岩心5提供流出通道；壳体1上端轴向开有偏心孔，用于安装上堵头7；上堵头7为一特殊接头柱塞，上堵头7的下端设置高温加热源，加热温度及加热方法由加热控制系统102控制；上堵头7中心孔与上游介质流入管线接口10相连，上游介质流入管线接口10与上游流入管线601相连，为循环实验介质进入岩心5提供流入通道；上堵头7一侧开设的偏心测温孔中布置温度传感器II9，测量岩心5上端面温度；下堵头3中设置的偏心测温孔中布置温度传感器I 2，测量岩心5下端面温度，为计算岩心的热传导系数提供技术参数；岩心5被耐高温耐高压绝热密封套6包覆，耐高温耐高压绝热密封套6与上堵头7和下堵头3严密配合密封，保证岩心5上端面与上堵头7、岩心5下端面与下堵头3紧密接触时不发生渗漏，确保充满在岩心夹持器110内部腔室环形空间中的围压液体不会渗入岩心5中，同时确保岩心5中循环和/或饱和的实验介质不会渗入岩心夹持器110内部腔室环形空间中。
实施例2、
根据实施例1所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其区别在于，介质源101为气体介质源或液体介质源。
所述气体介质源为空气或氮气。
所述液体介质源为去离子水、地层水、氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化钙溶液、碳酸氢钠溶液或碳酸氢钙溶液。
实施例3、
根据实施例1所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其区别在于，所述系统还包括冷源701，与所述介质源101并联。所述的冷源701是水、液态二氧化碳或液氮。
实施例4、
根据实施例1所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其区别在于，所述介质流动管系包括上游流入管线601、下游流出管线602和背压管线604，所述上游流入管线601连接介质源701和岩心夹持器110，沿介质流向依次在所述上游流入管线601上设置实验介质总阀207、RV1减压阀301、V1仪表阀201和P1压力表401。
在V1仪表阀201和P1压力401表之间设置有冷源701及冷源阀801；在所述冷源阀801和V1仪表阀201之间设置有V5放空阀205。
所述下游流出管线602连接岩心夹持器110和背压管线604，所述下游流出管线602包括并联的液体介质流出管线603和气体介质流出管线605；沿介质流向依次在所述液体流出管线603上设置V3仪表阀203；沿介质流向依次在所述气体流出管线605上设置V4仪表阀204、气体流量计103和V2仪表阀202；所述背压管线604连接下游流出管线602，沿介质流向依次在所述背压管线604上设置有背压阀104、P2压力表402和RV2减压阀302，在所述P2压力表402和RV2减压阀302之间设置有V6放空阀206；在所述背压阀处104还设置有烧杯105和电子天平106用于对流出的液体介质进行采集和称重。
实施例5、
根据实施例1所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其区别在于，所述数据采集-显示-控制系统包括温控人机交互软件、通讯模块和温控器；
所述通讯模块用于采集岩心夹持器内的岩心致裂声发射信号、采集岩心另一端面的温度、采集气体介质从下游流出管线流出的气体流量、采集液体介质从下游流出管线流出的液体质量；
所述温控器用于向所述加热控制系统发出温度控制信号。
由介质源101出来的实验介质分为两路，通过上游流入管线601分别流经RV1减压阀301、V1仪表阀201进入岩心夹持器110的上游；另一路通过背压管线604流经RV2减压阀302为背压阀104提供背压控制压力；围压系统108与岩心夹持器110中的围压接口11相连，围压系统108中的围压液通过围压接口11进入岩心夹持器110内部腔室环形空间中，为放置于岩心夹持器110内部腔室中的岩心5提供围压，模拟储层高压环境；加热控制系统102与岩心夹持器110中的上堵头7相连，为岩心夹持器110中的岩心5提供热源并实现岩心5端部加热；声发射监测系统109吸附在岩心夹持器110中的壳体1外表面，实时监测岩心热致裂过程中产生的声发射信号；气体流量计103通过下游流出管线602与岩心夹持器110中的下游工作液接口8相连；液体介质流出管线603跨接在气体流量计103两端的气体介质流出管线605上；下游流出管线602末端与背压阀104相连，实验介质通过背压阀104的排出口排出；用于液体质量计量的烧杯105放置于电子天平106上，并位于背压阀104的排出口的正下方；数据采集-显示-控制系统107通过声发射信号采集线501与声发射监测系统109相连，实时采集岩心热致裂过程中产生的声发射信号；数据采集-显示-控制系统107通过温度数据采集线502实时采集岩心夹持器110中的温度数据；数据采集-显示-控制系统107通过气体流量数据采集线503与气体流量计103相连，实时采集气体体积流量数据；数据采集-显示-控制系统107通过液体质量数据采集线504与电子天平106相连，实时采集液体质量数据；上述声发射信号数据、温度数据、气体体积流量数据、液体质量数据经数据采集-显示-控制系统107采集后，由计算机分析后以数据表格和图形方式显示在计算机屏幕上；数据采集-显示-控制系统107通过加热控制系统通讯线505与加热控制系统102相连，为加热控制系统102提供温控指令；V5放空阀205连接在上游流入管线601上，用于岩心夹持器110上游实验介质放空；V6放空阀206连接在背压管线604上，用于背压管线604放空；冷源701通过冷源阀801与上游流入管线601相连，通过线路切换为岩心夹持器110中的岩心5提供低温冷源，以强化岩心热致裂；
所述的介质源101既可以是液体也可以是气体，用于岩心夹持器110中的岩心5渗透率测量；介质源101进入岩心夹持器110的流入压力由与上游流入管线601相连接的P1压力表401测量，P1压力表401位于岩心夹持器110的上游入口处；介质源101进入背压阀104的流入压力由与背压管线604相连接的P2压力表402测量；采用液体作为实验介质时，V2仪表阀202和V4仪表阀204关闭，V3仪表阀203打开，由岩心夹持器110下游排出的测试液体，经V3仪表阀203后由背压阀104的排出口排出，进入烧杯105，液体质量流量由电子天平106测定；采用气体作为实验介质时，V2仪表阀202和V4仪表阀204打开，V3仪表阀203关闭，由岩心夹持器110下游排出的气体，经V4仪表阀204、气体流量计103、V2仪表阀202，进入背压阀104，气体体积流量由气体流量计103测定；
所述的气体实验介质可以是空气，也可以是氮气；所述的液体实验介质可以是去离子水、地层水，也可以是溶解氯化钠、氯化钾、氯化钙、碳酸氢钠、碳酸氢钙等化学物质的溶液；
所述的冷源701可以是水、液态二氧化碳、液氮；
所述的围压系统108中的围压液为热膨胀系数和导热系数很小的液体介质；
所述的围压系统108能根据实时监测的围压数值进行自动调节，确保实验过程中作用于岩心5上的围压保持恒定值；
所述的数据采集-显示-控制系统107通过温度数据采集线502实时采集岩心夹持器110中的温度数据包括岩心夹持器110中的上堵头7加热源温度数据、岩心5上端面温度数据和岩心5下端面温度；用于测量上堵头7加热源温度的加热源温度传感器安装在上堵头7的内腔；用于测量岩心5上端面温度的温度传感器II 9安装在上堵头7的偏心测温孔内；用于测量岩心5下端面温度的温度传感器2安装在下堵头3的偏心测温孔内；
所述的数据采集-显示-控制系统107中固化有岩心渗透率计算程序、岩心热传导系数计算程序、温控人机交互软件901；
如图2所示，岩心夹持器110，包括：壳体1、温度传感器2、下堵头3、内连接管4、耐高温耐高压绝热密封套6、上堵头7、下游工作液接口8、温度传感器9、上游工作液接口10、围压接口11。壳体1为耐高温材料制作的金属腔体，内部腔室放置岩心5，并在一定温度下承受额定内压；壳体1上端周向设有下游工作液接口8、上游工作液接口10、围压接口11、温度传感器密封接口等，内部用内连接管4与下堵头3中设置的中心孔连接；内部连接管4与下游工作液接口8连接，下游工作液接口8与下游流出管线602连接，为实验介质流出岩心5提供流出通道；壳体1上端轴向开有偏心孔，用于安装上堵头7；上堵头7为一特殊接头柱塞，上堵头7的下端设置高温加热源，加热温度及加热方法由加热控制系统102控制；上堵头7中心孔与上游工作液接口10相连，上游工作液接口10与上游流入管线601相连，为循环实验介质进入岩心5提供流入通道；上堵头7一侧开设的偏心测温孔中布置温度传感器9，测量岩心5上端面温度；下堵头3中设置的偏心测温孔中布置温度传感器2，测量岩心5下端面温度，为计算岩心的热传导系数提供技术参数；岩心5被耐高温耐高压绝热密封套6包覆，耐高温耐高压绝热密封套6与上堵头7和下堵头3严密配合密封，保证岩心5上端面与上堵头7、岩心5下端面与下堵头3紧密接触时不发生渗漏，确保充满在岩心夹持器110内部腔室环形空间中的围压液体不会渗入岩心5中，同时确保岩心5中循环和/或饱和的实验介质不会渗入岩心夹持器110内部腔室环形空间中。
如图3所示，加热控制系统，包括：温控人机交互软件901、数据采集-显示-控制系统107、通讯模块903、TC1温控器904、TC2温控器905。TC1温控器904用于控制上堵头7下端高温加热源的加热温度，TC2温控器905用于控制岩心5上端面加热温度；用户通过固化在数据采集-显示-控制系统107中的温控人机交互软件901发出加热指令，经通讯模块903，传输至TC2温控器905，上堵头7下端高温加热源即按照用户要求在岩心5上端面处进行端部加热；数据采集-显示-控制系统107根据设置在上堵头7偏心测温孔中的温度传感器9所采集的温度数据，经数据采集-显示-控制系统107中固化的温控人机交互软件的实时分析，给TC1温控器904发送指令，控制上堵头7下端高温加热源的加热速率。
所述的预设的加热速率在0.5℃/min～20℃/min范围内，用户可自行设置；
所述的预设的加热温度在100℃～600℃范围内，用户可自行设置；
所述的保温一段时间可以是30分钟、1小时、2小时或者其它数值。
实施例6、
如实施例1-5所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热，岩心加热端面的温度加热到预定值后，对岩心停止加热，然后再对岩心冷却，分别测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得加热前、冷却后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质。
用于模拟在气体介质条件下的步骤包括：
1)将实验岩心放入耐高温耐高压绝热密封套，连接岩心夹持器，施加围压，模拟地层压力作用，向岩心通入气体介质，测量加热前岩心渗透率；
2)然后对岩心夹持器内的岩心进行单侧端面加热，测量加热时岩心热传导系数变化趋势；
3)采用冷却方式对岩心冷却，测量冷却时岩心热传导系数变化趋势；
4)待岩心温度降至室温后，再向岩心通入气体介质测量冷却后的岩心渗透率。
所述的冷却方式为自然冷却。所述自然冷却是指利用放空介质流动管系的方式对加热后的岩心进行冷却。
在本实施例中，干燥岩心“热致裂—自然冷却实验方法，采用上述高压环境下岩心热致裂实验系统，具体步骤如下：
步骤1：将岩心5放置在耐高温耐高压绝热密封套6中，连接上堵头7和下堵头3，至于岩心夹持器110内部腔室中，按如图1所示接好实验流程；
步骤2：关闭V3仪表阀203、V5放空阀205、V6放空阀206、冷源阀701、实验介质总阀207、RV1减压阀301、RV2减压阀302，打开V1仪表阀201、V2仪表阀202和V4仪表阀204；
步骤3：通过围压系统8向岩心夹持器110内部腔室环空中注入围压液，保持围压为恒定值；
步骤4：启动数据采集-显示-控制系统107；打开实验介质总阀207，通入空气或氮气实验介质；
步骤5：调节RV1减压阀301和RV2减压阀302，使岩心夹持器110保持一定的上游压力和回压；系统稳定后，自动采集气体流量计103中的气体体积流量数据，并读取上游压力和回压数值；
步骤6：重复步骤5，保持回压不变，调节3-5个不同的上游压力数值，分别获取不同上游压力数值下的气体体积流量数据；根据岩心5尺寸，利用数据采集-显示-控制系统107中固化的岩心渗透率计算程序自动计算岩心5基础渗透率；
步骤7：关闭实验介质总阀207、V1仪表阀201、V2仪表阀202和V4仪表阀204；用户设定加热温度和加热速率，启动加热控制系统102，对岩心5进行端部加热；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心5上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤8：当岩心上端面温度达到预设温度时，保持加热1-2小时；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤9：停止加热控制系统102，打开V5放空阀205、V6放空阀206，让岩心5自然冷却到室温；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心5上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤10：关闭V5放空阀205、V6放空阀206，打开实验介质总阀207、V1仪表阀201、V2仪表阀202和V4仪表阀204；采用步骤6所述方法，测量冷却至室温后的岩心5渗透率；
步骤11：关闭数据采集-显示-控制系统107，关闭实验介质总阀207，打开V5放空阀205、V6放空阀206，卸掉围压，完成干燥岩心“热致裂—自然冷却”实验；根据实验数据分析岩心热致裂增渗效果以及冷却方式对热致裂增渗效果的影响。
实施例7、
如实施例6所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其区别在于：所述的冷却方式为介质冷却。
在本实施例中，干燥岩心“热致裂—气体实验介质冷却”实验方法，采用上述高压环境下岩心热致裂实验系统，与实施例6不同之处在于：
步骤9：停止加热控制系统102，打开实验介质总阀207、V1仪表阀201、V2仪表阀202和V4仪表阀204，继续通入空气或氮气实验介质，让岩心5冷却到室温；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤10：采用步骤6所述方法，测量冷却至室温后的岩心5渗透率；
步骤11：关闭数据采集-显示-控制系统107，关闭实验介质总阀207，打开V5放空阀205、V6放空阀206，卸掉围压，完成干燥岩心“热致裂—气体实验介质冷却”实验；根据实验数据分析岩心热致裂增渗效果以及冷却方式对热致裂增渗效果的影响。
实施例8、
如实施例6所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其区别在于：所述的冷却方式为冷源冷却。
本实施例中，干燥岩心“热致裂—冷源冷却”实验方法，采用上述高压环境下岩心热致裂实验系统，与实施例6不同之处在于：
步骤9：停止加热控制系统102，打开冷源阀701、V3仪表阀203，让水、液态二氧化碳或液氮等冷源通入岩心5；岩心5冷却至室温后关闭冷源阀801、V3仪表阀203；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤10：当采用液态二氧化碳或液氮作为冷源时，打开实验介质总阀207、V1仪表阀201、V2仪表阀202和V4仪表阀204，采用步骤6所述方法，用气体实验介质测量冷却至室温后的岩心渗透率；当采用水作为冷源时，打开实验介质总阀207、冷源阀801、V3仪表阀203，调节冷源阀801和RV2减压阀302，使岩心夹持器110保持一定的上游压力和回压；保持回压不变，调节3-5个不同的上游压力数值，数据采集-显示-控制系统从电子天平处分别获取不同上游压力数值下的液体质量数据；根据岩心5尺寸，利用数据采集-显示-控制系统107中固化的岩心渗透率计算程序自动计算岩心渗透率；
步骤11：关闭数据采集-显示-控制系统107，关闭冷源阀801、实验介质总阀207，打开V5放空阀205、V6放空阀206，卸掉围压，完成干燥岩心“热致裂—冷源冷却”实验；根据实验数据分析岩心热致裂增渗效果以及冷却方式对热致裂增渗效果的影响。
实施例9、
如实施例1-5所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热，岩心加热端面的温度加热到预定值后，对岩心停止加热，然后再对岩心冷却，分别测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得加热前、冷却后的岩心渗透率；其中所述实验介质为液体介质。
用于模拟在液体介质条件下的步骤包括：
1)将实验岩心5放入耐高温耐高压绝热密封套6，连接岩心夹持器110，施加围压，模拟地层压力作用，岩心抽真空，通入液体介质，饱和岩心，向岩心通入液体介质，测量加热前岩心渗透率；
2)然后对岩心夹持器110内的岩心5进行单侧端面加热，测量加热时岩心热传导系数变化趋势；
3)采用冷却方式对岩心冷却，测量冷却时岩心热传导系数变化趋势；
4)待岩心温度降至室温后，再向岩心通入液体介质，饱和岩心，测量冷却后的岩心渗透率。
在本实施例中，流体饱和岩心“热致裂—自然冷却”实验方法，采用上述高压环境下岩心热致裂实验系统，具体步骤如下：
步骤1：将岩心5放置在耐高温耐高压绝热密封套6中，连接上堵头7和下堵头3，至于岩心夹持器110内部腔室中，按如图1所示接好实验流程；
步骤2：关闭V2仪表阀202、V4仪表阀204、V5放空阀205、V6放空阀206、冷源阀801、实验介质总阀207、RV1减压阀301、RV2减压阀302，打开V1仪表阀201、V3仪表阀203；
步骤3：通过围压系统108向岩心夹持器110内部腔室环空中注入围压液，保持围压为恒定值；
步骤4：真空泵连接V5放空阀205，打开V5放空阀205，对系统抽真空；
步骤5：当系统达到真空状态时，关闭V5放空阀205，停止抽真空；打开实验介质总阀207，通入液体实验介质，饱和岩心；
步骤6：当岩心5达到饱和状态时，调节RV1减压阀301和RV2减压阀302，使岩心夹持器110保持一定的上游压力和回压；系统稳定后，自动采集电子天平中的液体质量数据，并读取上游压力和回压数值；
步骤7：重复步骤6，保持回压不变，调节3-5个不同的上游压力数值，分别获取不同上游压力数值下的液体质量数据；根据岩心5尺寸，利用数据采集-显示-控制系统107中固化的岩心渗透率计算程序自动计算岩心基础渗透率；
步骤8：关闭实验介质总阀207、V1仪表阀201、V3仪表阀203；用户设定加热温度和加热速率，启动加热控制系统，对岩心进行端部加热；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤9：当岩心上端面温度达到预设温度时，保持加热1-2小时；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤10：停止加热控制系统102，打开V5放空阀205、V6放空阀206，让岩心自然冷却到室温；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤11：关闭V5放空阀205、V6放空阀206，打开实验介质总阀207、V1仪表阀201、V3仪表阀203；采用步骤7所述方法，测量冷却至室温后的岩心渗透率；
步骤12：关闭数据采集-显示-控制系统107，关闭实验介质总阀207，打开V5放空阀205、V6放空阀206，卸掉围压，完成流体饱和岩心“热致裂—自然冷却”实验；根据实验数据分析岩心热致裂增渗效果以及冷却方式对热致裂增渗效果的影响。
实施例10、
如实施例9所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其区别在于：所述的冷却方式为液体介质冷却。
在本实施例中，流体饱和岩心“热致裂—液体实验介质冷却”实验方法，采用上述高压环境下岩心热致裂实验系统，与实施例9不同之处在于：
步骤10：停止加热控制系统102，打开实验介质总阀207、V1仪表阀201、V3仪表阀203，继续通入液体实验介质，让岩心5冷却到室温；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤11：采用步骤7所述方法，测量冷却至室温后的岩心渗透率；
步骤12：关闭数据采集-显示-控制系统107，关闭实验介质总阀207，打开V5放空阀205、V6放空阀206，卸掉围压，完成流体饱和岩心“热致裂—液体实验介质冷却”实验；根据实验数据分析岩心热致裂增渗效果以及冷却方式对热致裂增渗效果的影响。
实施例11、
如实施例9所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其区别在于：所述的冷却方式为液体冷源冷却。
在本实施例中，流体饱和岩心“热致裂—冷源冷却”实验方法，采用上述高压环境下岩心热致裂实验系统，与实施例9不同之处在于：
步骤10：停止加热控制系统102，打开冷源阀801、V3仪表阀203，让水、液态二氧化碳或液氮等冷源通入岩心5；岩心冷却至室温后关闭冷源阀801、V3仪表阀203；在此过程中，数据采集-显示-控制系统107实时采集声发射信号、加热源温度、岩心上端面温度和岩心下端面温度；以图形方式实时显示声发射信号变化趋势；利用固化的岩心热传导系数计算程序自动计算岩心热传导系数，并实时显示岩心热传导系数变化趋势；
步骤11：打开实验介质总阀207、V1仪表阀201、V3仪表阀203；采用步骤7所述方法，测量冷却至室温后的岩心渗透率；
步骤12：关闭数据采集-显示-控制系统107，关闭冷源阀801，打开V5放空阀205、V6放空阀206，卸掉围压，完成流体饱和岩心“热致裂—冷源冷却”实验；根据实验数据分析岩心热致裂增渗效果以及冷却方式对热致裂增渗效果的影响。
实施例12、
一种如实施例1-5所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热、同时对岩心的另一侧端面冷却，岩心加热一侧端面的温度加热到预定值后，然后再对岩心停止加热和冷却，均衡岩心温度至室温，分别测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得均衡岩心至室温后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质或液体介质。其中冷却方法是利用冷源进行岩心的另一侧端端面冷却。
实施例13、
如实施例12所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其区别在于，所述的均衡岩心温度的方式为自然均衡温度。
所述自然均衡温度是指利用放空介质流动管系的方式对岩心进行均衡温度至室温。
实施例14、
如实施例12所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其区别在于，所述的均衡岩心温度的方式为介质均衡温度。
所述介质均衡温度是指将测量岩心渗透率的气体介质或液体介质通入加热后的岩心进行均衡温度至室温。

Claims (19)

1.一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，所述实验系统包括对实验岩心进行单侧端部加热的岩心夹持器、与所述岩心夹持器连通的介质源和介质流动管系、数据采集-显示-控制系统；
所述介质源为岩心夹持器内的实验岩心进行流体饱和、渗透率测量提供模拟实验介质；所述介质流动管系为岩心流体饱和、渗透率测量提供介质源流动通道以及为岩心冷却提供冷源流动通道；所述数据采集-显示-控制系统用于实时控制实验岩心的端部加热温度、实时监测实验岩心的端部加热温度、实时监测实验岩心的声发射信号、实时采集介质源流量数据。
2.根据权利要求1所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，所述岩心夹持器包括：壳体、温度传感器I、下堵头、内连接管、耐高温耐高压绝热密封套、上堵头、下游工作液接口、温度传感器II、上游介质流入管线接口和围压接口。
3.根据权利要求1所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，介质源为气体介质源或液体介质源。
4.根据权利要求3所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，所述气体介质源为空气或氮气；所述液体介质源为去离子水、地层水、氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化钙溶液、碳酸氢钠溶液或碳酸氢钙溶液。
5.根据权利要求1所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，所述系统还包括冷源，与所述介质源并联。
6.根据权利要求5所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，所述的冷源是水、液态二氧化碳或液氮。
7.根据权利要求1所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，所述介质流动管系包括上游流入管线、下游流出管线和背压管线，所述上游流入管线连接介质源和岩心夹持器，沿介质流向依次在所述上游流入管线上设置实验介质总阀、RV1减压阀、V1仪表阀和P1压力表。
8.根据权利要求7所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，在V1仪表阀和P1压力表之间设置有冷源及冷源阀；在所述冷源阀和V1仪表阀之间设置有V5放空阀。
9.根据权利要求7所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，所述下游流出管线连接岩心夹持器和背压管线，所述下游流出管线包括并联的液体介质流出管线和气体介质流出管线；沿介质流向依次在所述液体介质流出管线上设置V3仪表阀；沿介质流向依次在所述气体介质流出管线上设置V4仪表阀、气体流量计和V2仪表阀；所述背压管线连接下游流出管线和介质源，沿介质流向依次在所述背压管线上设置有背压阀、P2压力表和RV2减压阀，在所述P2压力表和RV2减压阀之间设置有V6放空阀；在所述背压阀处还设置有烧杯和电子天平用于对流出的液体介质进行采集和称重。
10.根据权利要求7所述的一种高压环境下岩心热致裂实验系统，其特征在于，所述数据采集-显示-控制系统包括温控人机交互软件、通讯模块和温控器；所述通讯模块用于采集岩心夹持器内的岩心热致裂声发射信号、采集岩心另一端面的温度、采集气体介质从下游流出管线流出的气体流量、采集液体介质从下游流出管线流出的液体质量；所述温控器用于向加热控制系统发出温度控制信号。
11.如权利要求1-10任意一项所述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括：用于模拟在饱和介质条件下，对岩心进行单侧端面加热，岩心加热端面的温度加热到预定值后，对岩心停止加热，然后再对岩心冷却，分别测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得加热前、冷却后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质或液体介质；所述的冷却方式为自然冷却或介质冷却。
12.如权利要求11所述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其特征在于，所述自然冷却是指利用放空介质流动管系的方式对加热后的岩心进行自然冷却。
13.如权利要求11所述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其特征在于，所述介质冷却是指向加热后的岩心通入气体介质或液体介质、对加热后的岩心进行强化冷却。
14.如权利要求11所述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其特征在于，用于模拟在气体介质条件下的岩心热致裂实验步骤包括：
1)将实验岩心放入耐高温耐高压绝热密封套，连接岩心夹持器，施加围压，模拟地层压力作用，向岩心通入气体介质，测量加热前岩心渗透率；
2)然后对岩心夹持器内的岩心进行单侧端面加热，测量加热时岩心热传导系数变化趋势；
3)采用冷却方式对岩心冷却，测量冷却时岩心热传导系数变化趋势；
4)待岩心温度降至室温后，再向岩心通入气体介质测量冷却后的岩心渗透率。
15.如权利要求11所述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其特征在于，用于模拟在液体介质条件下的步骤包括：
1)将实验岩心放入耐高温耐高压绝热密封套，连接岩心夹持器，施加围压，模拟地层压力作用，岩心抽真空，通入液体介质，饱和岩心，向岩心通入液体介质，测量加热前岩心渗透率；
2)然后对岩心夹持器内的岩心进行单侧端面加热，测量加热时岩心热传导系数变化趋势；
3)采用冷却方式对岩心冷却，测量冷却时岩心热传导系数变化趋势；
4)待岩心温度降至室温后，再向岩心通入液体介质，饱和岩心，测量冷却后的岩心渗透率。
16.如权利要求1-10任意一项所述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热、同时对岩心的另一侧端面冷却，岩心加热一侧端面的温度加热到预定值后，然后再对岩心停止加热和冷却，均衡岩心温度至室温，分别测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得均衡岩心至室温后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质或液体介质。
17.如权利要求16所述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其特征在于，所述的均衡岩心温度的方式为自然均衡温度、介质均衡温度。
18.如权利要求17所述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其特征在于，所述自然均衡温度是指利用放空介质流动管系的方式对加热后的岩心进行均衡温度至室温。
19.如权利要求16所述高压环境下岩心热致裂实验系统的工作方法，其特征在于，所述介质均衡温度是指将测量岩心渗透率的气体介质或液体介质通入加热后的岩心进行均衡温度至室温。
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