CN110320109A - 监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法及其装置，该方法包括：获取板状岩石试件，其具有第一表面、第二表面和侧面；在第一表面钻取注液孔，在侧面钻取声发射探头安装孔；在加热岩石试件达到第一预设温度后，安装声发射探头；将岩石试件放入平板压裂仪器中；在侧面施加预定围压，在第一表面和第二表面施加预定压力；注入压裂液，获取第一表面的裂缝图像信息及岩石试件的声发射信号数据；利用第一表面的裂缝图像信息和声发射信号数据得到岩石试件裂缝的准确位置信息。本发明提供的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法及其装置，能在高温环境下进行板状岩石水力压裂物理模拟试验，从而探究高温下水力裂缝在岩石中的扩展机理。
Description
技术领域
本发明涉及油气资源开发技术领域，特别涉及一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法及其装置。
背景技术
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
页岩油气资源虽然开采难度比较大，但其储量丰富。随着常规油气资源的日益枯竭，页岩油气的开采得到重视。
油页岩只有在加热的情况下才会分解出页岩油和可燃气体，该加热的温度远高于正常条件下地层的温度。并且油页岩地层渗透性差，需要压裂改造才能实现生产，水力压裂技术是油气生产及地热开采过程中一种有效的增产措施。
因此常温或正常地层温度条件下水力裂缝在岩石中的扩展机理不足以解释裂缝在高温岩石中的扩展特征。因而迫切需要进行高温条件下油页岩水力压裂物理模拟试验，探究高温环境下水力裂缝在油页岩中的扩展机理。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的是提供一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法及其装置，以能够在高温环境下进行板状岩石水力压裂物理模拟试验，从而探究高温环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，包括：
获取板状的岩石试件；所述岩石试件具有相对的第一表面和第二表面，以及位于所述第一表面和第二表面之间的侧面；所述第一表面和第二表面为互相平行的平面；
在所述岩石试件的第一表面钻取注液孔；所述注液孔从所述第一表面延伸至所述第二表面并将所述岩石试件贯通，在所述岩石试件的侧面钻取声发射探头安装孔；
加热所述岩石试件至第一预设温度；
将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中；
将所述岩石试件放入平板压裂仪器中，所述平板压裂仪器内的温度为所述第一预设温度；
在所述岩石试件的侧面施加预定围压，在所述岩石试件的第一表面和第二表面施加预定压力，所述预定压力小于所述预定围压；
从所述岩石试件的第二表面向所述注液孔注入压裂液，同时获取所述第一表面的裂缝图像信息，并利用所述声发射探头监测所述岩石试件的声发射信号数据，直至所述第一表面的裂缝到达所述第一表面边缘时停止注入压裂液；
利用所述裂缝图像信息得到所述第一表面裂缝的真实表面位置信息，以及利用所述声发射探头得到的声发射信号数据计算所述岩石试件裂缝的理论位置信息；
以所述第一表面裂缝的真实表面位置信息作为参照，对所述岩石试件裂缝的理论位置信息进行修正，得到所述岩石试件裂缝的准确位置信息，完善对裂缝扩展机理的分析。
在一个优选的实施方式中，在所述将所述岩石试件放入平板压裂仪器中的步骤中，将观察板与所述第一表面贴合，在所述观察板远离所述第一表面的一侧设置图像获取设备；所述观察板将所述第一表面完全覆盖；
在所述获取所述第一表面的裂缝图像信息的步骤中，利用所述图像获取设备获取所述第一表面的裂缝图像信息。
在一个优选的实施方式中，在所述加热所述岩石试件至第一预设温度的步骤中，加热所述观察板至第二预设温度，所述第二预设温度小于所述第一预设温度；所述观察板为所述平板压裂仪器的顶板，所述观察板为透明玻璃板。
在一个优选的实施方式中，在所述获取板状的岩石试件的步骤中，磨平所述岩石试件的第一表面，使所述第一表面的粗糙度在Ra1.6以下；在所述岩石试件中设置用于测量所述岩石试件温度的热电偶。
在一个优选的实施方式中，在所述岩石试件的第一表面钻取注液孔的步骤中，在所述岩石试件的中心钻取圆柱形注液孔，在所述注液孔的侧壁钻取两个沿径向的朝向相反的锐角状凸起，两个所述锐角状凸起的尖端与所述圆柱形注液孔的圆心位于同一直线。
在一个优选的实施方式中，在所述钻取声发射探头安装孔时，在所述岩石试件的侧面钻取用于放置导线的容纳槽，将所述声发射探头安装孔通过所述容纳槽连接。
在一个优选的实施方式中，在所述将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中的步骤中，用绝热胶带缠好所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处，将所述声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，在所述声发射探头与所述岩石试件之间涂抹耦合剂；在所述声发射探头处放置用于冷却所述声发射探头的冷却件，所述冷却件之间通过置于所述容纳槽内的管体连接。
在一个优选的实施方式中，在所述从所述岩石试件的第二表面向所述注液孔注入压裂液的步骤中，通过所述管体输送冷却液至所述冷却件，对所述声发射探头进行冷却；在所述压裂液中加入红色染料，所述压裂液的温度为零下10℃。
一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验装置，包括：
板状的岩石试件，所述岩石试件具有相对的第一表面和第二表面，以及位于所述第一表面和第二表面之间的侧面，所述第一表面和第二表面为互相平行的平面；所述岩石试件的第一表面设有延伸至所述第二表面并将所述岩石试件贯通的注液孔，所述岩石试件的侧面设有声发射探头安装孔；
用于加热所述岩石试件至第一预设温度的第一加热部；
设于所述声发射探头安装孔内的声发射探头，用于监测所述岩石试件的声发射信号数据；
用于容纳所述岩石试件的平板压裂仪器，所述平板压裂仪器包括与所述岩石试件第一表面相贴合的观察板；
位于所述观察板远离所述第一表面一侧的图像获取设备，用于获取所述第一表面的裂缝图像信息；
与所述声发射探头以及所述图像获取设备电连接的计算部，用于利用所述裂缝图像信息得到所述第一表面裂缝的真实表面位置信息，利用所述声发射探头得到的声发射信号数据计算所述岩石试件裂缝的理论位置信息，以所述第一表面裂缝的表面位置作为参照，对所述岩石试件裂缝的理论位置信息进行修正，得到所述岩石试件裂缝的准确位置信息，完善对裂缝扩展机理的分析。
在一个优选的实施方式中，所述岩石试件第一表面的粗糙度在Ra1.6以下，所述岩石试件设有用于测量所述岩石试件温度的热电偶；所述岩石试件的侧面设有用于放置导线的容纳槽，所述声发射探头安装孔通过所述容纳槽相连接；所述注液孔位于所述岩石试件的中心，且为圆柱形，所述圆柱形注液孔的侧壁设有两个沿径向的朝向相反的锐角状凸起，两个所述锐角状凸起的尖端与所述圆柱形注液孔的圆心位于同一直线；
所述试验装置还包括：
用于加热所述观察板至第二预设温度的第二加热部，所述第二预设温度小于所述第一预设温度；所述观察板为所述平板压裂仪器的顶板，所述观察板为透明玻璃板；
冷却单元，所述冷却单元包括冷却件、管体、与所述管体相连接的水泵，所述冷却单元用于对所述声发射探头进行冷却。
本发明的特点和优点是：本申请实施方式提供的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法及其装置，能够直接获得所述岩石试件第一表面裂缝的真实表面位置信息，也即所述第一表面的宏观裂缝位置信息，进而可以分析高温对油页岩水力压裂宏观裂缝形态的影响。并且，利用不同时间所获取的第一表面的裂缝图像信息对比可以计算得到压裂过程中岩石试件第一表面的位移，通过位移计算表面应力，通过表面应力得知裂缝尖端的应力，为后期分析岩石压裂过程的裂缝产生情况提供更多参考数据。
还有，利用所述声发射探头监测所述岩石试件的声发射信号数据，再根据声发射信号数据计算所述岩石试件裂缝的理论位置信息，也即所述岩石试件的微观裂缝位置信息，进而可以分析高温对油页岩水力压裂微观裂缝分布、大小、数量的影响。
最后，以所述第一表面裂缝的真实表面位置信息作为参照，对所述岩石试件裂缝的理论位置信息进行修正，最终得到所述岩石试件裂缝的准确位置。相比仅仅通过根据声发射信号数据计算裂缝位置信息，本申请实施方式得到的裂缝位置更为准确。该试验方法及其装置能够在高温环境下进行板状岩石水力压裂物理模拟试验，从而探究高温环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理，并研究了温差对水力裂缝扩展的影响，且利用观察宏观裂缝和微观裂缝，使得分析所得结果更接近实际情况。相比传统的三轴水力压裂试验，本申请实施方式更能直观地得到裂缝的形态，并与声发射结合研究试验对微观裂缝的影响，对裂缝扩展机理的分析更为完善。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
图1是本申请实施方式中提供的一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法的步骤流程图；
图2是本申请实施方式中提供的一种岩石试件的结构示意图；
图3是本申请实施方式中提供的一种冷却单元的结构示意图。
附图标记说明：
1、注液孔；2、声发射探头安装孔；3、容纳槽；4、冷却件；5、管体；6、水泵。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1。本申请实施方式提供一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，该方法可以包括以下步骤：
步骤S10：获取板状的岩石试件；所述岩石试件具有相对的第一表面和第二表面，以及位于所述第一表面和第二表面之间的侧面；所述第一表面和第二表面为互相平行的平面。
在本步骤中，所述板状的岩石试件由油页岩切割加工而成，为天然石材。利用天然石材加工而非人工制作，不仅方便取材，而且使得实验结果更为有效。所述平板状的岩石试件的尺寸可以选择为100cm×100cm×10cm。
在本申请实施方式中，所述岩石试件连接有测温部件，用于后续对其温度进行监测。具体的，在所述岩石试件中可以设有用于测量所述岩石试件温度的热电偶。
步骤S20：在所述岩石试件的第一表面钻取注液孔；所述注液孔从所述第一表面延伸至所述第二表面并将所述岩石试件贯通，在所述岩石试件的侧面钻取声发射探头安装孔。
在本步骤中，在所述岩石试件的中心钻取圆柱形注液孔1。所述注液孔1可以是直径为2cm的贯穿孔。接着在所述注液孔1的侧壁钻取两个沿径向的朝向相反的锐角状凸起，两个所述锐角状凸起的尖端与所述圆柱形注液孔1的圆心位于同一直线。便于裂缝从该两个锐角状凸起处开始起裂，方便后续对裂缝的观察。
如图2所示，根据试验需求按照预设位置在岩石试件的侧面钻取多个声发射探头安装孔2。同时，还可以在所述岩石试件的侧面钻取用于放置导线的容纳槽3，并将所述声发射探头安装孔2通过所述容纳槽3连接。其中，所述声发射探头安装孔2的直径可以为2cm直径，深度可以为2.5cm。所述容纳槽3的宽度可以为0.8cm，深度可以为1.5cm。
步骤S30：加热所述岩石试件至第一预设温度。
在本步骤中，可以采用加热箱对所述岩石试件进行加热。利用梯度加热的方式，即设置大小依次递增的第一温度、第二温度、第三温度等，直到第一预设温度。当岩石试件达到所述第一温度时，稳定一段时间后再提高加热箱的温度至第二温度；当岩石试件达到所述第二温度时，稳定一段时间后再提高加热箱的温度至第三温度。直到岩石试件温度达到第一预设温度，停止加热。
步骤S40：将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中。
在本步骤中，取出加热好的岩石试件，用绝热胶带缠好所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处，以保护声发射探头，防止声发射探头被高温岩石损伤。将所述声发射探头安装至所述声发射探头安装孔2中，在所述声发射探头与所述岩石试件之间涂抹耦合剂，使声发射探头与岩石试件紧密接触，并且增强声发射探头接收信号的效果。所述耦合剂可以选用真空硅脂。
在本申请实施方式中，在所述声发射探头处放置用于冷却所述声发射探头的冷却件4。每个所述声发射探头处均设置一个冷却件4，所述冷却件4之间通过置于所述容纳槽3内的管体5连接。其中，所述冷却件4可以是棉花或者海绵等能够吸收冷却液的物质，同时在管体5上开设多个孔洞，每个孔洞对准着不同位置处的冷却件4，如此，在后续步骤中冷却液通过管体5缓慢输出至冷却件4上，从而使得冷却件4对声发射探头进行冷却，冷却液一般可以选择水。管体5则沿着容纳槽3铺设，其覆盖在声发射探头和导线的上面。管体5的一端可以连接水泵6，通过水泵6向管体5中输送冷却液。
步骤S50：将所述岩石试件放入平板压裂仪器中，所述平板压裂仪器内的温度为所述第一预设温度。
在本步骤中，可以将观察板与所述第一表面贴合，使观察板与第一表面紧密接触，防止压裂液从观察板与第一表面的间隙中流出。相应的，在获取板状的岩石试件的步骤(步骤S10)中，需要磨平所述岩石试件的第一表面。以方便后续与观察板紧密贴合，防止压裂液从岩石试件的第一表面和观察板的缝隙中漏出，避免压裂液无法达到将岩石试件压裂的压力而导致试验失败。优选的，所述第一表面的粗糙度在Ra1.6以下。为了便于加工，可以同时磨平第一表面和第二表面，使其粗糙度为Ra0.8，平行度为0.06/100。
相应的，在所述加热所述岩石试件至第一预设温度的步骤(步骤S30)中，可以开始加热所述观察板至第二预设温度，便于后续将观察板和岩石试件第一表面贴合时，避免观察板发生脆裂现象，即因温度突然升高而发生破裂。所述观察板用于观察岩石试件第一表面的压裂情况，可以为耐高温有机透明玻璃板。加热耐高温有机玻璃板时，加热温度控制在150℃以下，加热时做到均匀缓慢地加热，避免有机透明玻璃板因受热不均而破裂，也可采用上述梯度加热的方式加热观察板。在本实施方式中，所述第二预设温度可以略小于所述第一预设温度，可以节约能耗。第二预设温度和第一预设温度越接近越好。当然，在另一实施方式中，所述第二预设温度可以等于所述第一预设温度。
具体的，所述观察板可以为所述平板压裂仪器的顶板。当然，所述观察板也可以位于所述平板压裂仪器内，此时平板压裂仪器设有可以观察到所述岩石试件第一表面压裂情况的观察部。所述观察板的面积大于所述岩石试件第一表面的面积，能完全覆盖所述第一表面。所述观察板不仅能够便于观察岩石试件第一表面的压裂情况，也能封堵所述注液孔1位于第一表面的开口，防止压裂液从岩石试件的第一表面和观察板的缝隙中漏出。
步骤S60：在所述岩石试件的侧面施加预定围压，在所述岩石试件的第一表面和第二表面施加预定压力，所述预定压力小于所述预定围压。
在本步骤中，在所述岩石试件的侧面施加预定围压，可以是在相垂直的两个水平方向向岩石试件的侧面施加预定围压，在上下两方向向岩石试件的第一表面和第二表面施加预定压力。其中，所述预定围压可以为15MPa，所述预定压力可以为5MPa，以保证观察板紧紧压在试件上，注液过程中不会有液体沿缝隙流出。所述预定压力小于所述预定围压，使岩石试件主要发生水平方向的压裂，在竖直方向的压力较小以保证观察板不会破碎。
步骤S70：从所述岩石试件的第二表面向所述注液孔注入压裂液，同时获取所述第一表面的裂缝图像信息，并利用所述声发射探头监测所述岩石试件的声发射信号数据，直至所述第一表面的裂缝到达所述第一表面边缘时停止注入压裂液。
在本步骤中，可以在所述压裂液中加入红色染料，以使裂缝更易观察，使所获得的第一表面的裂缝图像信息更清晰。所述压裂液的温度可以为零下10℃，以探究温差对水力裂缝在岩石中扩展的影响。可以改变压裂液的温度，进行多次试验，比较不同情况下裂缝的特点。可以对比得出压裂效果最好的压裂液温度，以指导实际生产。压裂液可以选择用无水氯化钙配置的饱和溶液，冷冻到-20℃。向岩石试件泵入压裂液时，可以通过电脑实时监控泵入压裂液的压力，同时声发射探头监测试验过程中的声发射信号数据，并获取所述第一表面的裂缝图像信息。
具体的，可以通过图像获取设备获取第一表面的裂缝图像信息。所述图像获取设备设置在所述观察板远离所述第一表面的一侧。所述图像获取设备可以与观察板保持平行，并且对准所述观察板及平板压裂仪器的观察部。所述图像获取设备获取可以为高速摄像机，高速摄像机可以对准注液孔1。
在注入压裂液的同时，可以通过所述管体5输送冷却液至所述冷却件4，以对所述声发射探头进行冷却。
在本步骤中规定了停止注入压裂液的时机，本申请实施方式中注入压裂液的压力是可以通过计算机监测的。因此可以将压裂液压力与压裂情况一一对应，使最终获得的结果更准确、有效。
步骤S80：利用所述裂缝图像信息得到所述第一表面裂缝的真实表面位置信息，以及利用所述声发射探头得到的声发射信号数据计算所述岩石试件裂缝的理论位置信息。
需要说明的是，本申请实施方式中所述裂缝的位置信息包括其起始位置及延伸位置(即裂缝的形态)。获取裂缝的位置信息，即获取裂缝起始点、延伸状况、裂缝数量、裂缝大小等信息。
在本步骤中，可以利用所述图像获取设备获取所述第一表面裂缝的真实表面位置信息，也即所述第一表面的宏观裂缝位置信息，进而可以分析高温对油页岩水力压裂宏观裂缝形态的影响。并且通过所述声发射探头得到的声发射信号数据计算所述岩石试件裂缝的理论位置信息，也即所述岩石试件的微观裂缝位置信息，进而可以分析高温对油页岩水力压裂微观裂缝分布、大小、数量的影响。其中，宏观裂缝为可以通过肉眼识别的裂缝，微观裂缝为肉眼无法识别的裂缝。还可以对比图像获取设备不同时间所获取的图像，计算得到压裂过程中岩石试件第一表面的位移，通过位移计算表面应力，通过表面应力得知裂缝尖端的应力，为后期分析岩石压裂过程的裂缝产生情况提供更多参考数据。
步骤S90：以所述第一表面裂缝的真实表面位置信息作为参照，对所述岩石试件裂缝的理论位置信息进行修正，得到所述岩石试件裂缝的准确位置信息，完善对裂缝扩展机理的分析。
在本步骤中，由于依靠声发射探头得到的微观裂缝位置是计算得到的，并不准确，因此需要结合第一表面裂缝的真实表面位置信息(即宏观裂缝位置信息)，进行分析，才能准确分析得到高温对油页岩水力压裂的影响，完善对裂缝扩展机理的分析。
其中，所述修正过程可以为：先根据所述理论位置信息计算出第一表面裂缝的理论表面位置信息；将所述第一表面裂缝的理论表面位置信息与所述真实表面位置信息进行对比，得到差值；根据所述差值修正由所述声发射信号数据计算得到的理论位置信息，得到所述岩石试件裂缝的准确位置信息。根据裂缝的准确位置信息可以分析高温油页岩在使用低温压裂液时的裂缝扩展机理。相比仅仅通过根据声发射信号数据计算所得的裂缝位置信息分析裂缝扩展机理，本申请实施方式得到的裂缝位置更为准确，则分析所得结果更接近实际情况。
本申请实施方式还提供了一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验装置，如图2至图3所示，所述试验装置可以包括：岩石试件、第一加热部、声发射探头、平板压裂仪器、图像获取设备以及计算部。
其中，所述岩石试件为板状，具有相对的第一表面和第二表面，以及位于所述第一表面和第二表面之间的侧面，所述第一表面和第二表面为互相平行的平面。所述岩石试件的第一表面设有延伸至所述第二表面并将所述岩石试件贯通的注液孔1，所述岩石试件的侧面设有声发射探头安装孔2。所述第一加热部用于加热所述岩石试件至第一预设温度。所述声发射探头设于所述声发射探头安装孔2内，用于监测所述岩石试件的声发射信号数据。所述平板压裂仪器用于容纳所述岩石试件。所述平板压裂仪器包括与所述岩石试件第一表面相贴合的观察板。所述图像获取设备位于所述观察板远离所述第一表面的一侧，用于监测所述第一表面的裂缝图像信息。所述计算部与所述声发射探头以及所述图像获取设备电连接，用于利用所述裂缝图像信息得到所述第一表面裂缝的真实表面位置信息，利用所述声发射探头得到的声发射信号数据计算所述岩石试件裂缝的理论位置信息，以所述第一表面裂缝的表面位置作为参照，对所述岩石试件裂缝的理论位置信息进行修正，得到所述岩石试件裂缝的准确位置信息，完善对裂缝扩展机理的分析。
在本申请实施方式中，所述岩石试件第一表面的粗糙度在Ra1.6以下，所述岩石试件设有用于测量所述岩石试件温度的热电偶。所述岩石试件的侧面设有用于放置导线的容纳槽3，所述声发射探头安装孔2通过所述容纳槽3相连接。所述注液孔1在所述岩石试件的中心，且为圆柱形，所述圆柱形注液孔1的侧壁设有两个沿径向的朝向相反的锐角状凸起，两个所述锐角状凸起的尖端与所述圆柱形注液孔的圆心位于同一直线。
在本申请实施方式中，所述试验装置还包括第二加热部以及冷却单元。所述第二加热部用于加热所述观察板至第二预设温度。所述第二预设温度小于所述第一预设温度。所述观察板为所述平板压裂仪器的顶板，所述观察板为透明玻璃板。所述冷却单元包括冷却件4、管体5、与所述管体5相连接的水泵6，所述冷却单元用于对所述声发射探头进行冷却。
在本实施方式中，该试验装置实施方式与试验方法实施方式相对应，其能够实现试验方法实施方式所解决的技术问题，相应的达到试验方法实施方式的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。
与现有技术相比，本申请实施方式提供的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法及其装置，能够直接获得所述岩石试件第一表面裂缝的真实表面位置信息，也即所述第一表面的宏观裂缝位置信息，进而可以分析高温对油页岩水力压裂宏观裂缝形态的影响。并且，利用不同时间所获取的第一表面的裂缝图像信息对比可以计算得到压裂过程中岩石试件第一表面的位移，通过位移计算表面应力，通过表面应力得知裂缝尖端的应力，为后期分析岩石压裂过程的裂缝产生情况提供更多参考数据。
还有，利用所述声发射探头监测所述岩石试件的声发射信号数据，再根据声发射信号数据计算所述岩石试件裂缝的理论位置信息，也即所述岩石试件的微观裂缝位置信息，进而可以分析高温对油页岩水力压裂微观裂缝分布、大小、数量的影响。
最后，以所述第一表面裂缝的真实表面位置信息作为参照，对所述岩石试件裂缝的理论位置信息进行修正，最终得到所述岩石试件裂缝的准确位置。相比仅仅通过根据声发射信号数据计算裂缝位置信息，本申请实施方式得到的裂缝位置更为准确。该试验方法及其装置能够在高温环境下进行板状岩石水力压裂物理模拟试验，从而探究高温环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理，并研究了温差对水力裂缝扩展的影响，且利用观察宏观裂缝和微观裂缝，使得分析所得结果更接近实际情况。相比传统的三轴水力压裂试验，本申请实施方式更能直观地得到裂缝的形态，并与声发射结合研究试验对微观裂缝的影响，对裂缝的分析更为全面。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。
Claims (10)
1.一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，其特征在于，包括：
获取板状的岩石试件；所述岩石试件具有相对的第一表面和第二表面，以及位于所述第一表面和第二表面之间的侧面；所述第一表面和第二表面为互相平行的平面；
在所述岩石试件的第一表面钻取注液孔；所述注液孔从所述第一表面延伸至所述第二表面并将所述岩石试件贯通，在所述岩石试件的侧面钻取声发射探头安装孔；
加热所述岩石试件至第一预设温度；
将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中；
将所述岩石试件放入平板压裂仪器中，所述平板压裂仪器内的温度为所述第一预设温度；
在所述岩石试件的侧面施加预定围压，在所述岩石试件的第一表面和第二表面施加预定压力，所述预定压力小于所述预定围压；
从所述岩石试件的第二表面向所述注液孔注入压裂液，同时获取所述第一表面的裂缝图像信息，并利用所述声发射探头监测所述岩石试件的声发射信号数据，直至所述第一表面的裂缝到达所述第一表面边缘时停止注入压裂液；
利用所述裂缝图像信息得到所述第一表面裂缝的真实表面位置信息，以及利用所述声发射探头得到的声发射信号数据计算所述岩石试件裂缝的理论位置信息；
以所述第一表面裂缝的真实表面位置信息作为参照，对所述岩石试件裂缝的理论位置信息进行修正，得到所述岩石试件裂缝的准确位置信息，完善对裂缝扩展机理的分析。
2.根据权利要求1所述的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述将所述岩石试件放入平板压裂仪器中的步骤中，将观察板与所述第一表面贴合，在所述观察板远离所述第一表面的一侧设置图像获取设备；所述观察板将所述第一表面完全覆盖；
在所述获取所述第一表面的裂缝图像信息的步骤中，利用所述图像获取设备获取所述第一表面的裂缝图像信息。
3.根据权利要求2所述的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述加热所述岩石试件至第一预设温度的步骤中，加热所述观察板至第二预设温度，所述第二预设温度小于所述第一预设温度；所述观察板为所述平板压裂仪器的顶板，所述观察板为透明玻璃板。
4.根据权利要求2所述的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述获取板状的岩石试件的步骤中，磨平所述岩石试件的第一表面，使所述第一表面的粗糙度在Ra1.6以下；在所述岩石试件中设置用于测量所述岩石试件温度的热电偶。
5.根据权利要求1所述的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述岩石试件的第一表面钻取注液孔的步骤中，在所述岩石试件的中心钻取圆柱形注液孔，在所述注液孔的侧壁钻取两个沿径向的朝向相反的锐角状凸起，两个所述锐角状凸起的尖端与所述圆柱形注液孔的圆心位于同一直线。
6.根据权利要求1所述的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述钻取声发射探头安装孔时，在所述岩石试件的侧面钻取用于放置导线的容纳槽，将所述声发射探头安装孔通过所述容纳槽连接。
7.根据权利要求6所述的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中的步骤中，用绝热胶带缠好所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处，将所述声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，在所述声发射探头与所述岩石试件之间涂抹耦合剂；在所述声发射探头处放置用于冷却所述声发射探头的冷却件，所述冷却件之间通过置于所述容纳槽内的管体连接。
8.根据权利要求7所述的监测高温板状油页岩压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述从所述岩石试件的第二表面向所述注液孔注入压裂液的步骤中，通过所述管体输送冷却液至所述冷却件，对所述声发射探头进行冷却；在所述压裂液中加入红色染料，所述压裂液的温度为零下10℃。
9.一种监测高温板状油页岩压裂过程的试验装置，其特征在于，包括：
板状的岩石试件，所述岩石试件具有相对的第一表面和第二表面，以及位于所述第一表面和第二表面之间的侧面，所述第一表面和第二表面为互相平行的平面；所述岩石试件的第一表面设有延伸至所述第二表面并将所述岩石试件贯通的注液孔，所述岩石试件的侧面设有声发射探头安装孔；
用于加热所述岩石试件至第一预设温度的第一加热部；
设于所述声发射探头安装孔内的声发射探头，用于监测所述岩石试件的声发射信号数据；
用于容纳所述岩石试件的平板压裂仪器，所述平板压裂仪器包括与所述岩石试件第一表面相贴合的观察板；
位于所述观察板远离所述第一表面一侧的图像获取设备，用于获取所述第一表面的裂缝图像信息；
与所述声发射探头以及所述图像获取设备电连接的计算部，用于利用所述裂缝图像信息得到所述第一表面裂缝的真实表面位置信息，利用所述声发射探头得到的声发射信号数据计算所述岩石试件裂缝的理论位置信息，以所述第一表面裂缝的表面位置作为参照，对所述岩石试件裂缝的理论位置信息进行修正，得到所述岩石试件裂缝的准确位置信息，完善对裂缝扩展机理的分析。
10.根据权利要求9所述的监测高温板状油页岩压裂过程的试验装置，其特征在于，所述岩石试件第一表面的粗糙度在Ra1.6以下，所述岩石试件设有用于测量所述岩石试件温度的热电偶；所述岩石试件的侧面设有用于放置导线的容纳槽，所述声发射探头安装孔通过所述容纳槽相连接；所述注液孔位于所述岩石试件的中心，且为圆柱形，所述圆柱形注液孔的侧壁设有两个沿径向的朝向相反的锐角状凸起，两个所述锐角状凸起的尖端与所述圆柱形注液孔的圆心位于同一直线；
所述试验装置还包括：
用于加热所述观察板至第二预设温度的第二加热部，所述第二预设温度小于所述第一预设温度；所述观察板为所述平板压裂仪器的顶板，所述观察板为透明玻璃板；
冷却单元，所述冷却单元包括冷却件、管体、与所述管体相连接的水泵，所述冷却单元用于对所述声发射探头进行冷却。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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