CN110426286A - 一种真三轴压裂渗流连续测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种真三轴压裂渗流连续测试系统及方法,属于岩体力学与工程技术领域范畴,其包括压裂渗流连续测试系统、真三轴加载系统、围压注入系统、声发射监测系统、伺服控制系统和数据采集及控制系统组成,通过对气动转向阀的控制,实现压裂渗流的连续测试;在温度场、渗流场和应力场的作用下,模拟岩石在的地层中的实际受力、温度及渗流情况,对试件进行压裂渗流连续测试试验,以测试岩体的压裂效果;并通过声发射监测系统全程监测压裂产生的裂缝的起裂、扩展及开闭合特性,观察和分析掌握裂缝的形成及扩展机理,为水力压裂抽采煤层气、页岩气等提供理论基础和实验依据。
Description
技术领域
本发明属于岩体力学与工程技术领域,具体涉及真三轴压裂、渗流测试技术。
背景技术
随着煤层气、页岩气等非常规天然气开采技术的发展,压裂渗流测试装置与方法近年来取得了很多成功,涉及到真三轴压裂渗流的方法与装置的中国专利文献主要有:CN103993867A“一种模拟页岩气压裂过程的实验装置及实验方法”; CN102621000B“一种可实现水压致裂试验的真三轴压力装置”;CN104655495A“一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置与试验方法”;CN103883301A“一种煤层气井水力压裂物理模拟方法”。现有的三轴压裂渗流模拟试验装置或方法大部分只能满足常规条件下的单向单面压裂渗流模拟试验,且不能够实现压裂渗流的连续测试。现有的压裂渗流模拟试验装置由于不能连续进行,导致压裂产生的裂隙闭合,误差加大,不能真实反映压裂效果,并且试验方案单一,不能够满足实验测试需求。
发明内容
本发明为了克服现有技术的缺陷与不足,提供一种大型真三轴压裂渗流连续测试系统及方法,依据矿物地质赋存条件下的地应力和温度场条件,实现多场多尺度多相条件下的压裂渗流连续测试。
本发明的技术方案如下:
第一方面,本发明提供一种真三轴压裂渗流连续测试系统,压裂与渗流介质为气体或液体,系统包括压裂渗流连续测试系统、真三轴加载系统、围压注入系统、声发射监测系统、伺服控制系统和数据采集及控制系统。
所述真三轴加载系统包括加载系统及三轴模型系统,其中所述加载系统包括加载机头和由加载机头带动的轴压加载框架、侧压加载框架,分别提供轴向和侧向压力。最小主应力由围压注入系统注入到真三轴高压室腔内的高压水提供,并通过伺服控制系统实现对应力、应变、位移和速率的控制。
所述三轴模型系统包括轴/侧向加载压板、轴/侧向加载杆、自适应滑块、立方体胶桶和真三轴高压室。所述真三轴高压室位于轴压加载框架和侧向加载框架内部,真三轴高压室预留有测试通道供压裂渗流等管道接入,内部布置有加热电偶。所述立方体胶桶位于真三轴高压室内,是放置试验试件用,其各个侧面预留有可供压裂或渗流管路接入的轴向/侧向通道。所述轴/侧向加载压板与胶桶筒体之间有自适应滑块,可实现自适应加载。另外,在轴/侧向加载压板上布置有声发射探头,可利用声发射监测系统监测试件的声发射变化,并利用三维声发射定位,监测分析试件内部裂纹的起裂和扩展发育情况。所述数字记录及控制系统对各个传感器收集到的压力、流量、温度、变形和位移等参数进行记录和控制,并实时显示实验过程中的压力加载过程动态曲线,压裂过程曲线等,实现实时地的采集、存储、处理、显示试验过程中的多方面监测。
所述压裂渗流连续测试系统包括压裂系统、渗流系统、回压及计量系统以及自动换向控制系统。所述自动换向控制系统包括气动换向阀、压裂渗流切换控制柜和气源,压裂系统和渗流系统分别与气动换向阀入口相连接,气动换向阀出口分别与压裂管道和渗流管道连接,压裂管道和渗流管道通过轴向/侧向通道接入立方体胶桶内,通过压裂渗流切换控制柜控制气动换向阀和气源来实现压裂和渗流的自动切换,根据试验需要进行各种压裂渗流连续测试试验,回压和计量系统通过渗流回路与真三轴加载系统连接,所测得数据用于对压裂效果及渗流特性进行研究。
进一步,所述立方体胶桶可以根据试验需要制作不同尺寸,在最小主应力方向设压裂管道,并且可根据试验需要在六个面布置渗流管道,实现原位渗流、面充式渗流等多种压裂渗流连续测试;所述试件尺寸可以根据试验需要设置为100×100×100mm至300×300×300mm之间的任意尺寸或50×100mm的圆柱。
进一步,在立方胶桶的出口处设置防砂滤芯,所述防砂滤芯由烧结而成的不锈钢钢板、导流孔、防砂过滤块成,所述导流孔均匀分布在不锈钢钢板上,防砂过滤块位于导流孔中,填充导流孔的一段,在进行压裂渗流试验过程中防止产生的颗粒物阻塞管路。
进一步,所述压裂管道和渗流管道布置在所述加载杆的内部空腔内,与所述立方体胶桶预留的轴向和侧向通道连通,可以实现三个主应力方向皆可进行渗流、充气等试验。
进一步,所述压裂管道和渗流管道在立方体胶桶的轴向/侧向通道上的接入结构相同,均包括连通的第一接头、转接管和第二接头,均包括连通的第一接头、转接管和第二接头,所述第一接头埋设于试件的压裂孔中,插入试件的一端固定连接有一段压裂/渗流管,另一端与转接管端部可拆卸连接,所述转接管穿过轴向/侧向通道,另一端与第二接头可拆卸连接,所述第二接头端部固定连接所述压裂管道或渗流管道,压裂管道或渗流管道外部的注入泵连通。所述第一接头一端设有沉台,所述沉台内设有与转接管端部配合连接的内螺纹;所述转接管与第一接头连接的一端设有第一密封圈和导向圈。所述第二接头外套有活动螺母,该活动螺母设有与转接管端部配合连接的内螺纹;所述转接管与第二接头连接的端部设有第二密封圈。通过以上接入结构,便于管道的安装和拆卸,满足试样在不同侧面上同时布置压裂井筒的需求,提高压裂模拟试验的效率。另外,通过在试样侧面与加载杆对应的位置上设置压裂孔,当需要对试样进行压裂试验时,将连接有第二接头的转接管与第一接头可拆卸连接,当某个压裂孔不需要注入压裂液时,采用堵头与第一接头配合连接,即可实现密封,安装和拆卸方便快捷,实现在试样的各个应力方向进行模拟井筒的布置和反复利用,能够更加真实地模拟地层情况。另外,通过第一密封圈和第二密封圈的设置,保证了第一接头和第二接头与转接管之间的密封性能,且由于第一压裂管线与第一接头的端部固定连接,第二压裂管线与第二接头的端部固定连接,保证了压裂液的注入,解决现有密封结构对压裂管线造成损伤的问题。
进一步,所述侧向加载框架通过其底部的滑轮与轴压加载框架上的导轨进行连接,可以在试验前后拉出或推入方便试件的装填及固定;所述真三轴高压室的压力室高压釜体与侧向加载框架底座进行螺栓固定,真三轴高压室外部可套上加热套,对试件进行加热,模拟真实地层埋藏条件。
另一方面,本发明进一步提供一种利用上述系统进行压裂渗流连续测试的方法,具体实施步骤为:
步骤一:试验前,根据实验要求加工所需尺寸的试件,并加工钻取所需尺寸的中心孔,插入压裂钢管模拟井筒,并封孔;
步骤二:将加工好的试件装入相应尺寸的立方体胶桶中,并进行胶封。待密封胶晾干之后,装入真三轴高压室内。
步骤三:连接好试验所需的压裂、渗流管路,并向真三轴高压室高压釜体内注入纯水,拧紧真三轴高压室盖板,预加载相应的轴向和径向压力,注入围压,并加热至试验所需温度。
步骤四:连接好监测装置,开启声发射监测系统,进行真三轴伺服加载。
步骤五:设置好相应参数,打开控制压裂渗流切换控制柜,并调至压裂档位,开始进行压裂试验。
步骤六:根据数据采集及控制系统所显示压裂曲线判断压裂完成后,根据试验需要,将控制压裂渗流切换控制柜切换至相应的渗流档位,开始渗流试验。
步骤七:完成实验,取出试验,记录试验数据。
采用本发明的上述系统和方法进行试件制备、试件安装、应力加载控制及渗流位置控制,可以完成以下试验:
A、压力场和温度场作用下,对试件进行不同方式的压裂试验,如不同压裂液,脉冲压裂等,压裂完成后,自动切换至渗流试验,验证压裂效果。
B、压力场和温度场作用下,进行压裂试验,压裂完成后,利用压裂井筒直接进行渗流试验,模拟研究真实开采条件中的渗流。
C、压力场和温度场作用下,进行压裂试验,压裂完成后,可对三个主应力方向的任意一个面进行渗流试验,验证压裂效果。
D、压力场和温度场作用下,对三个面进行充气,然后进行压裂,模拟真实开采过程中开采效果。
E、压力场和温度场作用下,进行压裂试验,分别相隔不同的时间再进行渗流试验,研究压裂效果的时间效应。
F、完成不同介质的吸附/驱替试验。
G、其他可利用本装置及方法完成的试验。
本发明主要用于页岩、煤岩等材料的压裂渗流连续测试试验研究,优点如下:
1、在真三轴加载系统中同时具有压裂和渗流的结构设计,并同时设计压裂系统和渗流系统,通过对气动转向阀的控制,实现压裂渗流的连续测试,避免由于压裂完成后不能及时切换至渗流系统,而导致压裂产生的裂隙在压力的作用下闭合,导致最终测试结果与真实压裂效果存在误差。
2、立方体胶桶可以根据试验需要制作不同尺寸,试件尺寸可以根据试验需要设置为100×100×100mm至300×300×300mm之间的任意尺寸或50×100mm的圆柱,因此可以满足多种试验要求。
3、本系统可根据试验需要在六个面布置渗流管道,实现原位渗流、面充式渗流等多种压裂渗流连续测试。
4、本系统可以实现在温度场、渗流场和应力场的作用下,模拟岩石在的地层中的实际受力、温度及渗流情况,对试件进行压裂渗流连续测试试验,以测试岩体的压裂效果;并通过声发射监测系统全程监测压裂产生的裂缝的起裂、扩展及开闭合特性,观察和分析掌握裂缝的形成及扩展机理,为水力压裂抽采煤层气、页岩气等提供理论基础和实验依据。
5、本系统通过对压裂与渗流管道接入结构的优化设计,使得管路安装和拆卸方便快捷,可实现在试样的各个应力方向进行模拟井筒的布置和反复利用,更加真实地模拟地层情况。
6、本系统通过在胶桶出口设计防砂滤芯,可以在进行压裂渗流试验过程中防止产生的颗粒物阻塞管路,提高系统的使用寿命。
附图说明
图1:真三轴压裂渗流连续测试系统的结构示意图;
图2:三轴模型系统的正视图;
图3:三轴模型系统的俯视图;
图4:加载杆内渗流管路布置示意图;
图5:立方体胶桶的示意图;
图6:不锈钢防砂滤芯的示意图;
图7:不锈钢防砂滤芯的剖视图;
图8:压裂、渗流管道的接入结构示意图。
图中:1—压裂渗流连续测试系统;2—真三轴加载系统;3—围压注入系统;4—声发射监测系统;5—伺服控制系统;6—数据采集及控制系统;7—压裂系统;8—渗流系统;9—回压及计量系统;10—压裂渗流切换控制柜;11—气动换向阀;12—气源;13—轴向加载框架;14—加热电偶;15—不锈钢防砂滤芯;15-1—导流孔;15-2—防砂过滤块;15-3—试件接触面;15-4—不锈钢钢板;16—渗流回路;17—试件;18—自适应滑块;19—立方体胶桶;19-1—回流通路;19-2—通道;19-3—筒体;20—真三轴高压室;20-1—高压室盖板;20-2—测试通道;20-3—高压釜体;21—渗流管路;22—压裂管路;23—加热套;24—侧向加载框架;25—加载机头;26—紧固螺栓;27—加载板导向鞘;28—紧固密封组件;29—支架;30—加载杆;30-1—加载杆内部空腔;31—加载板;32—注压孔;33—模拟井筒,34—第一接头,35—转接管,36—第二接头,37—第一密封圈,38—导向圈,39—活动螺母,40—第二密封圈。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明:
实施例一:
本实施例对真三轴压裂渗流连续测试系统的结构进行说明,参见图1,其包括压裂渗流连续测试系统1、真三轴加载系统2、围压注入系统3、声发射监测系统4、伺服控制系统5和数据采集及控制系统6,可通过对气动换向阀11的控制,实现压裂渗流的连续测试,在温度场、渗流场和应力场的作用下,模拟岩石在的地层中的实际受力、温度及渗流情况,对试件进行压裂渗流连续测试试验,以测试岩体的压裂效果,并通过声发射监测系统4全程监测压裂产生的裂缝的起裂、扩展及开闭合特性,观察和分析掌握裂缝的形成及扩展机理,为水力压裂抽采煤层气、页岩气等提供理论基础和实验依据。
测试系统的结构具体结构如下:
所述真三轴加载系统2由加载系统及三轴模型系统组成。
其中所述加载系统包含轴压加载系统和侧压加载系统,主要由轴压加载框架13、侧压加载框架24和加载机头25组成,能分别提供轴向和侧向压力,而最小主应力由围压注入系统3注入到真三轴高压室20腔内的高压水提供,并通过伺服控制系统5自动精确的实现对应力、应变、位移和速率的控制。
参见图2和图3,所述三轴模型系统由轴/侧向加载压板31、轴/侧向加载杆30、自适应滑块18、立方体胶桶19、三轴高压室20等组成。其中,轴/侧向加载压板31与轴/侧向加载杆30相连,且轴/侧向加载压板之间通过加载板导向鞘27相连,保证加载时应力在同一直线上,轴/侧向加载杆30穿过真三轴高压室20由紧固密封组件28进行密封,防止漏液。真三轴高压室20放置于侧向加载框架24内部,通过压力室高压釜体20-3与侧向加载框架24底座进行螺栓固定。侧向加载框架24通过其底部的滑轮与轴压加载框架13上的导轨进行连接,可以在试验前后拉出或推入方便试件的装填及固定。真三轴高压室20上预留有测试通道20-2供压裂渗流等管道接入。真三轴高压室20内部布置有加热电偶14,外部可套上加热套23,可对试件进行加热,模拟真实地层埋藏条件。
试验时试件17放入立方体胶桶19内,立方体胶桶19放置在真三轴高压室20内的支架29上,使得试件17的中心与四个轴/侧向加载杆30的连线中心重合。参见图5,立方体胶桶19各个侧面预留有可供压裂或渗流管路接入的轴向/侧向通道19-2。轴/侧向加载压板31与胶桶筒体19-3之间设置自适应滑块18,加载时,自适应滑块18可根据试件的变形,在荷载的作用下自动滑动,保证加载时应力在同一直线上,即可实现自适应加载。
在轴/侧向加载压板31上预留有声发射探头布点,安装声发射探头,可利用声发射监测系统4监测试件的声发射变化,并利用三维声发射定位,监测分析试件内部裂纹的起裂和扩展发育情况。
另外,参见图4,对于立方体胶桶19预留的轴向/侧向通道19-2,可通过与在加载杆内部空腔30-1内布置的压裂管道22和渗流管道21连通而实现三个主应力方向皆可进行渗流、充气等试验。
参见图8,所述立方体胶桶预留的轴向/侧向通道19-2接入有压裂管道22和渗流管道21,它们的接入机构基本相同:包括连通的第一接头34、转接管35和第二接头36,所述第一接头34埋设于试件的压裂孔中,插入试件的一端固定连接有一段压裂渗流管线,另一端与转接管35端部可拆卸连接。所述转接管35穿过轴向/侧向通道19-2,另一端与第二接头36可拆卸连接,所述第二接头36端部固定连接压裂管道22或渗流管道21,压裂管道22和渗流管道21另一端与外部的注入泵连通。所述第一接头34一端设有沉台,所述沉台内设有与转接管35端部配合连接的内螺纹;所述转接管35与第一接头34连接的一端设有第一密封圈37和导向圈38。所述第二接头36外套有活动螺母39,该活动螺母设有与转接管35端部配合连接的内螺纹;所述转接管35与第二接头36连接的端部设有第二密封圈40。
所述数字记录及控制系统6与真三轴加载系统2、围压注入系统3、声发射监测系统4、伺服控制系统5、压裂系统7、渗流系统8以及回压及计量系统9通过控制信号线相连,对各个传感器收集到的压力、流量、温度、变形和位移等参数进行记录和控制,并实时显示实验过程中的压力加载过程动态曲线,压裂过程曲线等等,实现实时地的采集、存储、处理、显示试验过程中的多方面监测。
所述压裂渗流连续测试系统1由压裂系统7、渗流系统8、回压及计量系统9以及自动换向控制系统组成。其中压裂系统7和渗流系统8分别于与气动换向阀11入口相连接,而气动转向阀11出口通过注压孔32分别与立方体胶桶19上的压裂管道22、渗流管道21相接,通过压裂渗流切换控制柜10控制气动换向阀11和气源12来实现压裂和渗流的自动切换,根据试验需要进行各种压裂渗流连续测试试验,试验过程中流体通过回流通路19-1和渗流回路16进入回压及计量系统9,通过回压及计量系统9所测得数据,对压裂效果及渗流特性进行研究。
所述自动换向控制系统由气动换向阀11、控制压裂渗流切换控制柜10和气源12组成,气动换向阀11的入口与分别与压裂系统7和渗流系统8相连,出口通过管路分别与压裂管道22和渗流管道21相连,通过压裂渗流切换控制柜10可自动控制压裂与渗流的切换,实现压裂和渗流的连续测试。
另外,在立方胶桶的出口处设置防砂滤芯15,参见图6和图7,所述防砂滤芯15由烧结而成的不锈钢钢板15-4、导流孔15-1、防砂过滤块15-2组成,所述导流孔15-1均匀分布在不锈钢钢板15-4上,防砂过滤块15-2位于导流孔15-1中,填充导流孔的一段。该防砂滤芯15的设置,可在进行压裂渗流试验过程中可防止产生的颗粒物阻塞管路。防砂滤芯15具有试件接触面15-3,是在实验室与试件接触的一边,防止装反。
本发明中,试件尺寸可以根据试验需要设置为100×100×100至300×300×300之间的任意尺寸。
本发明中,立方体胶桶可以根据试验需要制作不同尺寸,在上部设有压裂管道,并且根据试验需要在六个面布置渗流管道,实现原位渗流、面充式渗流等多种压裂渗流连续测试。
实施例二:
本实施示例中以100×100×100mm页岩试件为例说明利用上述系统进行测试的方法,压裂方式为水力压裂,渗流介质为二氧化碳,模拟800m深地层,温度为100℃。
步骤一:试验前,根据实验要求对100×100×100mm的立方体页岩试件17钻取φ10mm、深度为50mm的中心孔,插入压裂钢管模拟井筒33,并封孔。
步骤二:将加工好的试件17装入相应尺寸的立方体胶桶19中,并进行胶封。待密封胶晾干之后,装入真三轴高压室20内。
步骤三:连接好试验所需的压裂管道22和渗流管道21,并向真三轴高压室高压釜体20-3内注入纯水,拧紧真三轴高压室盖板20-1,预加载相应的轴向和径向压力,注入围压,并加热至试验所需温度100℃,恒温保持30分钟。
步骤四:连接好监测装置,开启声发射监测系统4,进行真三轴伺服加载。
步骤五:设置好相应参数,打开控制压裂渗流切换控制柜10,并调至压裂档位,开始进行压裂试验。
步骤六:根据数据采集及控制系统6所显示压裂曲线判断压裂完成后,将压裂渗流切换控制柜10切换至最小主应力方向的面充式渗流档位,开始渗流试验。
步骤七:完成实验,取出试件,导出试验数据,分析压裂效果。
实施例3:
本实施例中以300×300×300mm煤岩试件为例,压裂方式为水力压裂,吸附介质为甲烷,模拟100m深地层,温度为150℃。
步骤一:试验前,根据实验要求对300×300×300mm的立方体试件17钻取φ10mm、深度为150mm的中心孔,插入压裂钢管模拟井筒33,并封孔;
步骤二:将加工好的试件17装入相应尺寸的立方体胶桶19中,并进行胶封。待密封胶晾干之后,装入真三轴高压室20内。
步骤三:连接好试验所需的压裂管道22和渗流管道21,并向真三轴高压室高压釜体20-3内注入纯水,拧紧真三轴高压室盖板20-1,预加载相应的轴向和径向压力,注入围压,并加热至试验所需温度150℃,恒温保持30分钟。
步骤四:连接好监测装置,开启声发射监测系统4,进行真三轴伺服加载。
步骤五:设置好相应参数,打开控制压裂渗流切换控制柜10,并调至渗流档位,开始向试件内充入高压甲烷气体,至试验设定值。
步骤六:将压裂渗流切换控制柜10切换至压裂档位,开始进行压裂试验。
步骤七:根据数据采集及控制系统6所显示压裂曲线判断压裂完成后,将压裂渗流切换控制柜10切换至闭合档位,打开计量系统9,收集瓦斯参数。
步骤八:完成实验,取出试件,导出试验数据。模拟分析研究页岩气抽采。
最后需要说明的是,以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过参照本发明的实施方式已经对本发明进行了描述,但本领域的科研技术人员应当明白,可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变,而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种真三轴压裂渗流连续测试系统,其特征在于:包括压裂渗流连续测试系统(1)、真三轴加载系统(2)、围压注入系统(3)、声发射监测系统(4)、伺服控制系统(5)和数据采集及控制系统(6);
所述真三轴加载系统(2)包括加载系统及三轴模型系统,其中所述加载系统包括加载机头(25)和轴压加载框架(13)、侧压加载框架(24),分别提供轴向和侧向压力;最小主应力由围压注入系统(3)注入到真三轴高压室(20)腔内的高压水提供,并通过伺服控制系统(5)实现对应力、应变、位移和速率的控制;
所述三轴模型系统包括轴/侧向加载压板(31)、轴/侧向加载杆(30)、立方体胶桶(19)和真三轴高压室(20);所述真三轴高压室(20)位于轴压加载框架(13)和侧压加载框架(24)内,真三轴高压室(20)预留有测试通道(20-2)供压裂或渗流管道接入,内部布置有加热电偶(14);所述立方体胶桶(19)位于真三轴高压室(20)内,供放置试验试件(17)用,其各个侧面预留有可供压裂或渗流管道接入的轴向/侧向通道(19-2);轴/侧向加载压板(31)作用在立方体胶桶(19)的各面上,上布置有声发射探头,利用声发射监测系统(4)监测试件的声发射变化,并利用三维声发射定位,监测分析试件内部裂纹的起裂和扩展发育情况;所述数字记录及控制系统(6)对各个传感器收集到的压力、流量、温度、变形和位移等参数进行记录和控制,并实时显示实验过程中的压力加载过程动态曲线,压裂过程曲线等,实现实时地的采集、存储、处理、显示试验过程中的多方面监测;
所述压裂渗流连续测试系统(1)包括压裂系统(7)、渗流系统(8)、回压及计量系统(9)以及自动换向控制系统;所述自动换向控制系统包括气动换向阀(11)、压裂渗流切换控制柜(10)和气源(12),压裂系统(7)和渗流系统(8)分别与气动换向阀(11)入口相连接,气动换向阀(11)出口分别与压裂管道(22)和渗流管道(21)连接,压裂管道(22)和渗流管道(21)通过轴向/侧向通道(19-2)进入立方体胶桶(19)内,通过压裂渗流切换控制柜(10)控制气动换向阀(11)和气源(12)来实现压裂和渗流的自动切换,根据试验需要进行各种压裂渗流连续测试试验,回压和计量系统(9)通过渗流回路(16)与真三轴加载系统(2)连接,所测得的数据用于对压裂效果及渗流特性进行研究。
2.根据权利要求1所述的真三轴压裂渗流连续测试系统,其特征在于:所述立方体胶桶可以根据试验需要制作不同尺寸,在最小主应力方向设压裂管道,并且可根据试验需要在六个面布置渗流管道,实现原位渗流、面充式渗流等多种压裂渗流连续测试;所述试件尺寸可以根据试验需要设置为100×100×100mm至300×300×300mm之间的任意尺寸或50×100mm的圆柱。
3.根据权利要求1或2所述的真三轴压裂渗流连续测试系统,其特征在于:所述轴/侧向加载压板(31)与立方体胶桶(19)的胶桶筒体(19-3)之间有自适应滑块(18),实现自适应加载。
4.根据权利要求1或2所述的真三轴压裂渗流连续测试系统,其特征在于:在立方胶桶的出口处设置防砂滤芯(15),所述防砂滤芯(15)由烧结而成的不锈钢钢板(15-4)、导流孔(15-1)、防砂过滤块(15-2)组成,所述导流孔(15-1)均匀分布在不锈钢钢板(15-4)上,防砂过滤块(15-2)位于导流孔(15-1)中,填充导流孔的一段,在进行压裂渗流试验过程中防止产生的颗粒物阻塞管路。
5.根据权利要求1或2所述的真三轴压裂渗流连续测试系统,其特征在于:所述压裂管道(22)和渗流管道(21)布置在所述加载杆(19)的内部空腔(30-1)内,与所述立方体胶桶(19)预留的轴向/侧向通道(19-2)连通,实现三个主应力方向皆可进行渗流、充气等试验。
6.根据权利要求1或2所述的真三轴压裂渗流连续测试系统,其特征在于:其特征在于:所述压裂管道(22)和渗流管道(21)在立方体胶桶的轴向/侧向通道上的接入结构相同,均包括连通的第一接头(34)、转接管(35)和第二接头(36),所述第一接头(34)埋设于试件的压裂孔中,插入试件的一端固定连接有一段压裂/渗流管,另一端与转接管(35)端部可拆卸连接,所述转接管(35)穿过轴向/侧向通道,另一端与第二接头(36)可拆卸连接,所述第二接头(36)端部固定连接所述压裂管道(22)或渗流管道(21)。
7.根据权利要求6所述的真三轴压裂试验装置,其特征在于:所述第一接头(34)一端设有沉台,所述沉台内设有与转接管(35)端部配合连接的内螺纹;所述转接管(35)与第一接头(34)连接的一端设有第一密封圈(37)和导向圈(38);
所述第二接头(36)外套有活动螺母(39),该活动螺母(39)设有与转接管(35)端部配合连接的内螺纹;所述转接管(35)与第二接头(36)连接的端部设有第二密封圈(40)。
8.根据权利要求1所述的真三轴压裂渗流连续测试系统,其特征在于:所述侧向加载框架(24)通过其底部的滑轮与轴压加载框架(13)上的导轨进行连接,可以在试验前后拉出或推入方便试件的装填及固定;所述真三轴高压室(20)的压力室高压釜体(20-3)与侧向加载框架(24)底座进行螺栓固定,真三轴高压室(20)外部可套上加热套(23),对试件进行加热,模拟真实地层埋藏条件。
9.一种真三轴压裂渗流连续测试方法,其特征在于,使用权利要求1-8所述的压裂渗流连续测试系统,测试步骤如下:
步骤一:试验前,根据实验要求加工所需尺寸的试件(17),并在试件上钻取所需尺寸的中心孔,插入压裂钢管模拟井筒(33),并封孔;
步骤二:将试件(17)装入相应尺寸的立方体胶桶(19)中,胶封,待密封胶晾干之后,装入真三轴高压室(20)内;
步骤三:连接好试验所需的压裂管路(22)、渗流管路(21),并向真三轴高压室注入纯水,通过围压注入系统(3)预加载相应的轴向和径向压力,注入围压,并加热至试验所需温度;
步骤四:开启声发射监测系统(4)、伺服加载系统(5),进行真三轴伺服加载;
步骤五:设置好相应参数,控制压裂渗流切换控制柜(10),调至压裂档位,开始进行压裂试验;
步骤六:根据数据采集及控制系统(6)所显示压裂曲线判断压裂完成后,根据试验需要,将控制压裂渗流切换控制柜(10)切换至相应的渗流档位,开始渗流试验;
步骤七:完成实验,取出试验,记录试验数据。
10.根据权利要求9所述的真三轴压裂渗流连续测试方法,其特征在于,所述测试方法可以完成以下试验:
A、压力场和温度场作用下,对试件进行不同方式的压裂试验,如不同压裂液,脉冲压裂等,压裂完成后,自动切换至渗流试验,验证压裂效果;
B、压力场和温度场作用下,进行压裂试验,压裂完成后,利用压裂井筒直接进行渗流试验,模拟研究真实开采条件中的渗流;
C、压力场和温度场作用下,进行压裂试验,压裂完成后,可对三个主应力方向的任意一个面进行渗流试验,验证压裂效果;
D、压力场和温度场作用下,对三个面进行充气,然后进行压裂,模拟真实开采过程中开采效果;
E、压力场和温度场作用下,进行压裂试验,分别相隔不同的时间再进行渗流试验,研究压裂效果的时间效应;
F、完成不同介质的吸附/驱替试验;
G、其他可利用本装置及方法完成的试验。
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