CN109765117A - 一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置及试验方法。试验装置，包括数据采集系统、温度控制系统、三轴压力控制系统、高压压裂泵、压裂液容器、换热注采液容器、液压控制系统和试验舱。三轴压力控制系统包括液压系统和环压腔，液压系统包括液压滑动腔和液压活动塞，环压腔包括环压腔钢板和胶套。压裂液容器和换热注采液容器通过液压控制系统与试验舱相连，并由高压压裂泵将液体注入试验样品中。所有的试验参数都可以通过数据采集系统呈现出来，并利用计算机进行数据分析得到试验结果。本发明模拟试验装置可实现干热岩水力压裂换热的试验模拟，并能实现定向的裂隙网络换热试验模拟，提高换热效率，能减少人为误差对客观结果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置及试验方法。
背景技术
地热能是蕴藏在地球内部的热能，是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富且安全优质的可再生能源，通常分为浅层地热能，水热型地热能和干热岩型地热能。地热能开发利用具有供能持续稳定、高效循环利用和可再生的特点，可减少温室气体排放，改善生态环境，在未来清洁能源发展中占重要地位，有望成为能源结构转型的新方向。干热岩的开发利用需要进行储层刺激，即通过钻孔向深部干热岩岩体注入高压流体，使裂隙发生剪切破坏或张拉破坏，以此形成张开度更大，裂缝半径更长且渗透率更高的人工改造储层，提高深部干热岩热能开采效率。因此，需要对干热岩水力压裂换热过程进行试验模拟，以获得各项物理水理性质参数。
目前，国内水力压裂方面的设备在煤层开采，石油开采以及地热干热岩等方面都有应用，但对于压裂后的换热过程试验模拟还是比较缺乏。尤其是随着技术的发展，已经可以通过套管进行定向压裂，对于这方面的试验模拟就显得更有必要了。因此，有必要设计一种能够尽量还原实际的干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置，还提供了上述干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置的试验方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置，主要由采集系统1、温度控制系统2、三轴压力控制系统3、高压压裂泵4、压裂液5、换热注采液6、液压控制系统7和试验舱8构成。
所述温度控制系统2和三轴压力控制系统3均设置在试验舱8内，温度控制系统2和三轴压力控制系统3与试验舱8通过电连接，以改变试验舱8内部温度和压力条件。
所述温度控制系统2由电热丝组成。
所述三轴压力控制系统3由液压系统和环压腔组成，其中，液压系统包括液压滑动腔和液压活动塞，环压腔包括环压腔钢板和胶套，液压滑动腔中施加液压推动液压滑动塞运动，胶套位于环压腔钢板和液压滑动塞之间，起缓冲作用，环压腔钢板作用于试样上，施加三轴应力。X轴、Y轴和Z轴三个方向上的力可通过与液压系统连接的压力表读出，并通过外设控制板手动控制设定。
所述压裂液5和换热注采液6位于试验舱8外部，且分别放于两个容器中，压裂液5的注入将岩石试样压裂产生裂隙网络，换热注采液6在压裂完成后注入进行换热试验。压裂液5和换热注采液6通过液压控制系统7与试验舱8相连接，并通过高压压裂泵4将液体注入试验样品中。具体为：先将压裂液5通过高压压裂泵4经液压控制系统7注入试验样品进行压裂。试验样品需要提前完成钻孔，并安装好定向套管9，压裂液5注入钻孔中后，通过液压控制系统7控制高压压裂泵4增大压力，在定向套管9作用下，实现定向压裂。压裂完成后，将压裂液5导出，再通过高压压裂泵4将换热注采液6注入压裂产生的裂隙网络中，实现换热的试验模拟。最终，所有的试验参数都可以通过数据采集系统1呈现出来，并利用计算机进行数据分析。
所述试验舱8中三轴压力的建立通过液压系统注入环压腔产生的液压产生。然后，通过环压腔钢板对试验样品施加三轴环压。三轴压力控制系统3通过控制液压系统，将水压入液压滑动腔中，产生压力推动液压活动塞，再将压力传递到环压腔钢板上，从而对试验样品产生三个方向上的压力。
钻孔中装有6个测温片10，通过测量不同位置试样中测温点的温度，可以得到换热的相关参数。然后通过数据采集系统1将试验的所有参数收集整理，汇入到计算机系统中，利用软件进行相关计算，完成干热岩换热的试验模拟。所述数据采集系统1分别与三轴压力控制系统3、温度控制系统2和测温片10相连。
上述干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：
A、加工试验样品在样品中打好钻孔，放置好定向套管9和测温片。
B、将加工好的试验样品放入试验舱8，在试验舱8底部中间位置固定好。
C、通过液压控制系统7控制高压压裂泵4将压裂液注入套管9中，并加压进行水力压裂，形成定向裂隙网络。
D、压裂完成后，导出压裂液，启动温度控制系统2，对试验样品进行加温。
E、温度达到要求后，控制三轴压力控制系统3，按照试验要求，对试验样品施加三轴压力。
F、通过液压控制系统7控制高压压裂泵4将换热注采液6注入岩样的钻孔中，通过压裂形成的定向裂隙网络完成换热模拟试验。
G、通过数据采集系统1将所有试验参数汇总，导入到计算机处理系统中，通过相关软件进行计算，得到换热模拟试验结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置可实现干热岩水力压裂换热的试验模拟，并能够实现定向的裂隙网络换热试验模拟，提高换热效率，与实际更接近，能够减少人为误差对客观结果的影响。
附图说明
图1为本发明干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置流程图；
图2为试验舱的三维示意图；
图3为试验舱的剖面图。
图中：1.数据采集系统2.温度控制系统3.三轴压力控制系统4.高压压裂泵5.压裂液6.换热注采液7.液压控制系统8.试验舱9.定向套管10.测温片。
具体实施方式
下面将本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施案例，而不是全部是实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置，主要由数据采集系统1、温度控制系统2、三轴压力控制系统3、高压压裂泵4、压裂液5、换热注采液6、液压控制系统7和试验舱8构成。所述温度控制系统2和三轴压力控制系统3均设置在试验舱8内，温度控制系统2和三轴压力控制系统3与试验舱8通过电连接，以改变试验舱8内部温度和压力条件。所述三轴压力控制系统3由液压系统和环压腔组成，其中，液压系统包括液压滑动腔和液压活动塞，环压腔包括环压腔钢板和胶套，液压滑动腔中施加液压推动液压滑动塞运动，胶套位于环压腔钢板和液压滑动塞之间，起缓冲作用，环压腔钢板作用于试样上，施加三轴环压。X轴、Y轴和Z轴三个方向上的力可通过与液压系统连接的压力表读出，并通过外设控制板手动控制设定。
如图3所示，所述压裂液5和换热注采液6位于试验舱8外部，且分别放于两个容器中，压裂液5的注入将岩石试样压裂产生裂隙网络，换热注采液6在压裂完成后注入进行换热试验。压裂液5和换热注采液6通过液压控制系统7与试验舱8相连接，并通过高压压裂泵4将液体注入试验舱8内的试验样品中。具体为：先将压裂液5通过高压压裂泵4经液压控制系统7注入试验样品进行压裂。如图2所示，试验样品需要提前完成钻孔，并安装好定向套管9，压裂液5注入钻孔中后，通过液压控制系统7控制高压压裂泵4增大压力，在定向套管9作用下，实现定向压裂。压裂完成后，将压裂液5导出，再通过高压压裂泵4将换热注采液6注入压裂产生的裂隙网络中，实现换热的试验模拟。最终，所有的试验参数都可以通过数据采集系统1呈现出来，并利用计算机进行数据分析。
所述试验舱8中三轴压力的建立通过液压系统注入环压腔产生的液压产生。然后，通过环压腔钢板对试验样品施加三轴环压。三轴压力控制系统3通过控制液压系统，将水压入液压滑动腔中，产生压力推动液压活动塞，再将压力传递到环压腔钢板上，从而对试验样品产生三个方向上的压力。
钻孔中装有6个测温片10，通过测量不同位置试样中测温点的温度，可以得到换热的相关参数。然后通过数据采集系统1将试验的所有参数收集整理，汇入到计算机系统中，利用软件进行相关计算，完成干热岩换热的试验模拟。所述数据采集系统1分别与三轴压力控制系统3、温度控制系统2和测温片10相连。
首先，将处理好的试样放入试验舱8中，通过液压控制系统7控制高压压裂泵4将压裂液5注入试样中，压裂形成裂隙网络后将压裂液抽出，再注入换热注采液6，然后通过三轴压力控制系统3对试样施加三轴压力，通过温度控制系统2调节试验舱8内的温度。试验结束后，通过数据采集系统1收集数据，汇总到计算机中进行分析处理。另外，三轴压力控制系统3中的液压系统与液压控制系统7不同，液压控制系统7使用的是压裂液5和换热注采液6，而三轴压力控制系统3中的液压系统使用的是水。
如图2、3所示，所述试验舱8中放置试验样品，在试验样品中放置定向套管9和测温片10，用以完成水力压裂和温度测量。其中，通过定向套管9实现定向压裂，产生定向的裂隙网络。通过测温片10记录的温度数据得到换热的相关参数。
干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：
A、加工岩样，通过岩样切割机加工岩样为立方体状，并在岩样中打好钻孔，放置好定向套管9和测温片10。
B、将加工好的岩样放入试验舱8，在试验舱8底部中间位置固定好。
C、通过液压控制系统7控制高压压裂泵4将压裂液注入套管9中，并加压进行水力压裂，形成定向裂隙网络。
D、压裂完成后，导出压裂液，启动温度控制系统2，对试验样品进行加温。
E、温度达到要求后，控制三轴压力控制系统3，按照试验要求，对试验样品施加三轴压力。
F、通过液压控制系统7控制高压压裂泵4将换热注采液6注入岩样的钻孔中，通过压裂形成的定向裂隙网络完成换热模拟试验。
G、通过数据采集系统1将所有试验参数汇总，导入到计算机处理系统中，通过相关软件进行计算，得到换热模拟试验结果。
Claims (5)
1.一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置，其特征在于：包括试验舱(8)，所述试验舱(8)内装有与其电连接的温度控制系统(2)和三轴压力控制系统(3)，试验舱(8)外部设置装有压裂液(5)和换热注采液(6)的两个容器，两个容器一端各自与高压压裂泵(4)相连，另一端分别通过液压控制系统(7)与试验舱(8)相连，并能够通过高压压裂泵(4)将压裂液(5)和换热注采液(6)注入试验舱(8)内的试验样品中；
还包括数据采集系统(1)以及设置在试验样品中的定向套管(9)和多个测温片(10)，所述数据采集系统(1)分别与温度控制系统(2)、三轴压力控制系统(3)、测温片(10)以及计算机相连；
所述三轴压力控制系统(3)由液压系统和环压腔组成，其中，液压系统包括液压滑动腔和液压活动塞，环压腔包括环压腔钢板和位于环压腔钢板和液压滑动塞之间的胶套；所述三轴压力控制系统(3)通过控制液压系统，将压裂液(5)压入液压滑动腔中，产生压力推动液压活动塞，再将压力传递到环压腔钢板对试验样品施加三轴环压；所述试验舱(8)与数据采集系统(1)相连，将试验参数发送给数据采集系统(1)，并发送给计算机进行数据分析。
2.根据权利要求1所述的一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置，其特征在于：所述温度控制系统(2)由电热丝组成。
3.根据权利要求1所述的一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置，其特征在于：所述试验样品上设有钻孔，定向套管(9)和测温片(10)均设置在钻孔中。
4.根据权利要求1所述的一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置，其特征在于：所述测温片(10)为6个。
5.根据权利要求1所述的一种干热岩定向水力压裂换热模拟试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、加工试验样品在样中打好钻孔，放置好定向套管(9)和测温片(10)。
B、将加工好的试验样品放入试验舱(8)，在试验舱底(8)底部中间位置固定好。
C、通过液压控制系统(7)控制高压压裂泵(4)将压裂液注入套管(9)中，并加压进行水力压裂，形成定向裂隙网络。
D、压裂完成后，导出压裂液，启动温度控制系统(2)，对试验样品进行加温。
E、温度达到要求后，控制三轴压力控制系统(3)，按照试验要求，对试验样品施加三轴压力。
F、通过液压控制系统(7)控制高压压裂泵(4)将换热注采液(6)注入试验样品的钻孔中，通过压裂形成的定向裂隙网络完成换热模拟试验。
G、通过数据采集系统(1)将所有试验参数汇总，导入到计算机处理系统中，通过相关软件进行计算，得到换热模拟试验结果。
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