CN113982552B - 一种表征裂缝向基质深度增能的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种表征裂缝向基质深度增能的实验装置及方法，包括：第一岩心夹持器，具有用于容置基质岩心的第一岩心腔，基质岩心的入口端与第一岩心夹持器之间形成模拟裂缝；能量供应装置，与第一岩心夹持器连接，并能向模拟裂缝供应能量流体；监测系统，包括：压力监测单元，与第一岩心夹持器连接，用于监测基质岩心的多个不同位置处的压力；流量监测单元，连接于第一岩心夹持器和能量供应装置之间，用于计量流入基质岩心的能量流体的流量；成像系统，设于第一岩心夹持器的外部，用于获取基质岩心的内部图像。本发明能实现定量研究基质岩心内部的能量增加范围及幅度，解决了现有技术无法对基质内部的能量增加范围及幅度进行表征的问题。

Description

一种表征裂缝向基质深度增能的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及采油技术领域，尤其是一种表征裂缝向基质深度增能的实验装置及方法。

背景技术

非常规储层采油生产时，往往通过大液量大砂量来压裂储层，提供渗流通道，进行增产。造缝结束后，压裂液通过裂缝进入到基质是动态渗吸和自发渗吸共同作用的结果。裂缝附近压裂液在压差的作用下渗吸进入分支裂缝及基质储层，裂缝远端主要依靠毛细管力自发渗吸到基质微小孔隙中，现有技术往往侧重于表征其中一个过程，研究渗吸对于提高采收率及增加原油产量的影响，忽略了对基质内部的能量增加范围及幅度进行表征。

发明内容

本发明的目的是提供一种表征裂缝向基质深度增能的实验装置及方法，以解决现有技术无法对基质内部的能量增加范围及幅度进行表征的问题。

为达到上述目的，本发明提出一种表征裂缝向基质深度增能的实验装置，包括：第一岩心夹持器，具有用于容置基质岩心的第一岩心腔，所述第一岩心腔具有长度方向，所述基质岩心沿所述长度方向设置，所述基质岩心的入口端与所述第一岩心夹持器之间形成模拟裂缝；能量供应装置，与所述第一岩心夹持器连接，并能向所述模拟裂缝供应能量流体；监测系统，包括：压力监测单元，与所述第一岩心夹持器连接，用于监测所述基质岩心的多个不同位置处的压力；流量监测单元，连接于所述第一岩心夹持器和所述能量供应装置之间，用于计量流入所述基质岩心的能量流体的流量；成像系统，设于所述第一岩心夹持器的外部，用于获取所述基质岩心的内部图像。

如上所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其中，所述模拟裂缝为位于所述基质岩心的入口端端面与所述第一岩心夹持器之间的端面裂缝。

如上所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其中，所述压力监测单元包括多个压力监测元件，多个压力监测元件分别与所述第一岩心夹持器上沿轴向方向间隔排列的多个压力监测点连接，以监测所述基质岩心的多个不同位置处的压力。

如上所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其中，所述实验装置还包括回压装置，所述回压装置通过连通阀与所述第一岩心夹持器连接，用以向所述基质岩心的出口端施加回压。

如上所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其中，所述能量供应装置包括相连接的液压泵和用于容纳压裂液的供液罐，所述供液罐通过开关阀与所述第一岩心夹持器连接。

如上所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其中，所述能量供应装置包括：第二岩心夹持器，其具有用于容置岩心样品的第二岩心腔、分别与所述第二岩心腔的相对两端连通的入口端和出口端、以及设于所述入口端与所述岩心样品之间的密封片，所述密封片上设有连通所述入口端和所述岩心腔的注入孔，所述出口端通过开关阀与所述第一岩心夹持器连接；压裂液注入系统，与所述第二岩心夹持器的入口端连接，用于经由所述注入孔向所述第二岩心腔内的岩心样品中注入压裂液，以对所述岩心样品进行贯穿压裂，压裂后的所述岩心样品包括贯穿主裂缝和基质部分，所述模拟裂缝作为分支裂缝与所述贯穿主裂缝连通；压力监测系统，连接在所述第二岩心夹持器入口端和所述第二岩心夹持器出口端之间，用于监测所述第二岩心夹持器的入口端和出口端之间的压力差。

如上所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其中，所述能量供应装置还包括注入泵、与所述第二岩心夹持器的入口端连接的注入管线、以及在所述注入泵与所述注入管线之间并联设置的注油管线和注压裂液管线，所述注油管线上沿液体流向依次设有第一增压阀门、第一容器和第一连通阀门，所述注压裂液管线上沿液体流向依次设有第二增压阀门、第二容器和第二连通阀门，所述注入泵、所述注油管线、所述第一增压阀门、所述第一容器和所述第一连通阀门构成原油注入系统，所述注入泵、所述注压裂液管线、所述第二增压阀门、所述第二容器和所述第二连通阀门构成所述压裂液注入系统。

本发明还提供一种表征裂缝向基质深度增能的实验方法，采用上述的实验装置，所述实验方法包括：将所述能量供应装置的初始压力设定为预设裂缝压力；所述能量供应装置内的能量流体经由所述模拟裂缝向所述基质岩心内流动，以对所述基质岩心增能，同时采用所述监测系统获取所述基质岩心的多个不同位置处的压力、流入所述基质岩心的能量流体的流量和所述基质岩心的内部图像，以基于所述压力、所述流量和所述图像定量表征基质岩心内部的能量增加范围、幅度和能量增加效率。

如上所述的表征裂缝向基质深度增能的实验方法，其中，所述能量供应装置包括相连接的液压泵和用于容纳压裂液的供液罐，所述供液罐通过开关阀与所述第一岩心夹持器连接；所述将所述能量供应装置的初始压力设定为预设裂缝压力，包括：关闭所述开关阀，利用所述液压泵对所述供液罐内的流体进行加压，使所述供液罐内的压力达到预设裂缝压力。

如上所述的表征裂缝向基质深度增能的实验方法，其中，所述能量供应装置包括：第二岩心夹持器，其具有用于容置岩心样品的第二岩心腔、分别与所述第二岩心腔的相对两端连通的入口端和出口端、以及设于所述入口端与所述岩心样品之间的密封片，所述密封片上设有连通所述入口端和所述岩心腔的注入孔，所述出口端通过开关阀与所述第一岩心夹持器连接；压裂液注入系统，与所述入口端连接，用于经由所述注入孔向所述岩心腔内的岩心样品中注入压裂液，以对所述岩心样品进行贯穿压裂，压裂后的所述岩心样品包括贯穿主裂缝和基质部分，所述模拟裂缝作为分支裂缝与所述贯穿主裂缝连通；压力监测系统，与所述入口端和所述出口端连接，用于监测所述入口端和所述出口端之间的压力差；所述将所述能量供应装置的初始压力设定为预设裂缝压力，包括：关闭所述开关阀，采用变化的注入速率以点状注入方式向所述岩心样品内注入压裂液，以对所述岩心样品进行变载荷压裂，直至所述岩心样品内形成贯穿主裂缝，所述贯穿主裂缝内的压力为预设裂缝压力。

本发明的表征裂缝向基质深度增能的实验装置及方法的特点和优点是：

1、本发明通过设置能量供应装置向基质岩心供应能量流体，并采用监测系统获取基质岩心的多个不同位置处的压力、流入基质岩心的能量流体的流量和基质岩心内部图像，能实现对基质岩心的增能范围和幅度进行表征，实现定量研究基质岩心内部的能量增加范围及幅度，解决了现有技术无法对基质内部的能量增加范围及幅度进行表征的问题；

2、本发明通过将能量供应装置设置为包括液压泵和供液罐，利用液压泵对供液罐内的流体进行加压，使其成为能量流体，以供应给基质岩心，装置结构简单，操作方便；

3、本发明通过将能量供应装置设置为实时压裂实验装置，并与基质相连，能连续开展压裂实验、及裂缝向基质增能的表征实验，更真实地模拟实际压裂增能工况，实验结果更准确。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明一实施例的表征裂缝向基质深度增能的实验装置的结构示意图；

图2是本发明另一实施例的表征裂缝向基质深度增能的实验装置的结构示意图；

图3是图2中能量供应装置的结构示意图；

图4是本发明表征裂缝向基质深度增能的实验方法的流程图。

主要元件标号说明：

100、第一岩心夹持器；101、第一岩心腔；

200、能量供应装置；201、液压泵；202、供液罐；203、开关阀；

300、能量供应装置；

301、第二岩心夹持器；302、第二岩心腔；303、入口端；304、第一堵头；

305、垫块；306、第一开孔；307、出口端；308、端盖；309、第二堵头；

310、第二开孔；311、围压腔；312、轴压腔；313、外壳；314、密封片；

315、橡胶套；316、压力监测系统；317、第一压力传感器；

318、第二压力传感器；319、压差传感器；320、注液系统；321、原油注入系统；

322、压裂液注入系统；323、注入泵；324、注入管线；325、注油管线；

326、注压裂液管线；327、第一增压阀门；328、第一容器；329、第一连通阀门；

330、第二增压阀门；331、第二容器；332、第二连通阀门；333、压力加载系统；

334、围压泵；335、轴压泵；336、第一阀门；337、第二阀门；

338、第二成像系统；339、加热装置；340、岩心样品；

400、压力监测装置；401、压力监测点；402、压力监测单元；

500、基质岩心；501、端面裂缝；

600、流量监测单元；700、回压系统；800、连通阀；

900、902、开关阀；901、饱和原油管线；903、原油注入装置。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，可以是可拆卸连接，可以是直接连接，可以是通过中间媒介间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

实施方式一

如图1所示，本发明提供一种表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其包括第一岩心夹持器100、能量供应装置200和压力监测装置400，第一岩心夹持器100具有用于容置基质岩心500的第一岩心腔101，第一岩心腔101具有长度方向(即轴向方向)，基质岩心500沿第一岩心腔101的长度方向设置，即基质岩心500在该长度方向上具有相对的两端，基质岩心500的入口端与第一岩心夹持器100之间形成模拟裂缝，该模拟裂缝用于模拟压裂后的地层裂缝，例如该基质岩心500是长度为10cm的圆柱形岩心，例如能量供应装置为图1中的能量供应装置200或图2中的能量供应装置300，能量供应装置与第一岩心夹持器100连接，并能向模拟裂缝供应能量流体，使模拟裂缝内充满能量流体，该能量流体相当于地层裂缝中的压裂液，能量流体从模拟裂缝向基质岩心500中流动，以对基质岩心增压，随着能量流体在基质岩心内扩散传压，基质岩心500内的压力会发生变化；监测系统包括压力监测单元402、流量监测单元600和第一成像系统(图未示出)，压力监测单元402与第一岩心夹持器100连接，用于监测基质岩心的多个不同位置处的压力，流量监测单元600连接于第一岩心夹持器100和能量供应装置之间，用于计量流入基质岩心的能量流体的流量，第一成像系统设于第一岩心夹持器100的外部，用于获取基质岩心的内部图像，根据基质岩心的多个不同位置处的压力、流入基质岩心的能量流体的流量和基质岩心内部图像，能对基质岩心的增能范围和幅度进行表征，实现定量研究基质岩心内部的能量增加范围及幅度，解决了现有技术无法对基质内部的能量增加范围及幅度进行表征的问题。

如图4所示，采用本发明的实验装置来表征裂缝向基质深度增能，实验方法包括：

首先，将能量供应装置的初始压力设定为预设裂缝压力，该预设裂缝压力也就是压裂刚结束时裂缝内的初始压力；由于该压力的存在，能量供应装置内的能量流体经由模拟裂缝向基质岩心内流动，向基质岩心传质传压，以对基质岩心增能，此过程中采用监测系统获取基质岩心的多个不同位置处的压力、流入基质岩心的能量流体的流量和基质岩心内部图像，以定量研究基质岩心内部的能量增加范围及幅度，根据单位体积内能量增加幅度随时间的变化计算能量增加效率。

在一实施例中，如图1所示，模拟裂缝为位于基质岩心的入口端端面与第一岩心夹持器100之间的端面裂缝501，因此本实施例无需对基质岩心本身造缝，而是以基质岩心的端面与第一岩心夹持器100之间的缝作为模拟裂缝，实验更简单方便。

在一实施例中，如图1所示，压力监测单元包括多个压力监测元件(图中仅示出一个)，用于分别监测基质岩心的多个不同位置处的压力，具体是，在第一岩心夹持器100上设置多个压力监测点401，多个压力监测点401在第一岩心夹持器100上沿其长度方向间隔设置，多个压力监测元件用于与多个压力监测点401连接，以实现对基质岩心的多个不同位置处压力的监测。例如压力监测元件为压力传感器，当然也可以采用压差传感器，将压差传感器连接在两个压力监测点401之间，以得到基质岩心的两个不同位置之间的压差。

进一步，如图1所示，多个压力监测点401沿第一岩心腔101的长度方向依次以不同的间距排列，例如从第一岩心夹持器100入口端到出口端，相邻压力监测点401之间的间距递增，即距离第一岩心夹持器100入口端最近的两个压力监测点401的间距最小，距离出口端最近的两个压力监测点401的间距最大。但本发明并不以此为限，在其它实施例中，多个压力监测点401也可以等间距排列。

进一步，如图1所示，多个压力监测点401分布于基质岩心的整个长度范围内，尤其是在基质岩心的两端处最好分别设置一个压力监测点401。

在一实施例中，如图1所示，流量监测单元600可以为质量流量计，以计量进入基质岩心的流体质量。

在一实施例中，如图1所示，实验装置还包括回压系统700，回压系统700通过连通阀800与第一岩心夹持器100连接，用以向基质岩心的出口端施加回压，以模拟储层原始地层压力。

在一实施例中，第一成像系统可以为电子计算机断层扫描系统(CT设备)或核磁共振成像系统，由于CT装置及核磁共振系统对于扫描材料具有特殊要求，所有管线系统和岩心夹持器需要满足成像系统对材料的要求，而且压力监测单元402位于成像系统之外。根据第一成像系统获取的基质岩心内部图像，分析岩心不同剖面处的油水分布变化情况。

本发明中的能量供应装置至少具有以下两种实施例。

如图1所示，在第一种实施例中，能量供应装置200包括相连接的液压泵201和用于容纳压裂液的供液罐202，供液罐202通过开关阀900与第一岩心夹持器100连接，利用液压泵201对供液罐202内的流体进行加压，使其成为能量流体。

进一步，实验装置还包括通过饱和原油管线901与开关阀900和第一岩心夹持器100之间的管线连接的原油注入装置903，以通过原油注入装置903对第一岩心夹持器100内的基质岩心饱和原油，饱和原油管线901上设有开关阀902。

采用本实施例的实验装置表征裂缝向基质深度增能的范围、幅度和效率时，实验方法包括：

首先，如图1所示，关闭开关阀900，打开开关阀902，利用原油注入装置903向第一岩心夹持器100内的基质岩心饱和原油；

然后，如图1所示，关闭开关阀902，关闭开关阀900，打开开关阀203，利用液压泵201对供液罐202内的流体进行加压，使供液罐202内的压力达到预设裂缝压力，该压力可以是依据相似准则，采用实验岩心对应的现场压裂井施工停泵时的缝内净压力计算得到的室内实验压力；

之后，关闭开关阀203，打开开关阀900，能量供应装置200内的能量流体经由模拟裂缝向基质岩心内流动，向基质岩心传质传压，以对基质岩心增能，此过程中采用监测系统监测基质岩心的多个不同位置处的压力、流入基质岩心的能量流体的流量和基质岩心内部图像，以定量表征基质岩心内部的能量增加范围及幅度。

如图2、图3所示，在第二种实施例中，能量供应装置300为压裂实验装置，其包括第二岩心夹持器301、压裂液注入系统322和压力监测系统316，第二岩心夹持器301具有用于容置岩心样品340的第二岩心腔302、以及分别与第二岩心腔302的相对两端连通的入口端303和出口端307、以及设于入口端303与岩心样品之间的密封片314，密封片314上设有连通入口端303和第二岩心腔302的注入孔，压裂液注入系统322与入口端303连接，用于以变化的注入速率经由注入孔向第二岩心腔302内的岩心样品中注入压裂液，以对岩心样品进行贯穿压裂，压裂后的岩心样品包括贯穿主裂缝和基质部分，模拟裂缝作为分支裂缝与贯穿主裂缝连通，例如分支裂缝与贯穿主裂缝垂直，出口端307通过开关阀900与第一岩心夹持器100连接，因此本实施例中的裂缝包括轴向主裂缝(即贯穿主裂缝)和模拟分支裂缝(比如端面裂缝501)串联的裂缝；压力监测系统316与入口端303和出口端307连接，用于监测岩心样品两端的压力差，判断是否形成贯穿主裂缝。在该实施例中，预设裂缝压力即为第二岩心夹持器301中岩心形成贯穿主裂缝之后的压力，形成贯穿主裂缝之后，关闭压裂液注入系统，由贯穿主裂缝中的压裂液向分支裂缝和基质增能。

其中，压裂液注入系统322向岩心样品中注入压裂液时，可以以点状注入的方式注入压裂液，以实现在岩心夹持器内对岩心样品进行压裂；可以以变化的注入速率注入压裂液，以实现对所述岩心样品的变载荷压裂，变载荷压裂使岩石疲劳加快，加快岩石损伤，加快产生裂缝，提高压裂效率。

采用本实施例的实验装置表征裂缝向基质深度增能的范围、幅度和效率时，实验方法包括：

(1)首先进行压裂实验，包括以下步骤：

步骤S110：压裂过程：关闭开关阀900，采用压裂液注入系统322向第二岩心夹持器301内的岩心样品注入压裂液，比如采用变化的注入速率以点状注入方式压裂岩心样品，直至岩心样品内形成贯穿裂缝，压裂后的岩心样品包括贯穿裂缝和基质部分，即，岩心样品内的所有裂缝构成贯穿裂缝(可称为轴向裂缝)，除裂缝之外的岩心本体部分为基质部分；停止向岩心样品内注入压裂液，贯穿裂缝内压力也就是后续增能实验所需的预设裂缝压力；

(2)然后进行裂缝向基质深度增能的表征实验，包括以下步骤：

步骤S120：打开开关阀900，从第二岩心夹持器301内岩心样品流出的压裂液，作为能量流体经由第一岩心夹持器100内的模拟裂缝向基质岩心内流动，向基质岩心传质传压，以对基质岩心增能，此过程中采用监测单元系统实时监测基质岩心的多个不同位置处的压力、流入基质岩心的流量和基质岩心内部图像，以定量表征基质岩心内部的能量增加范围、幅度以及增能效率。

本实施例通过压裂液注入系统进行贯穿压裂，使岩心样品内形成贯穿主裂缝，贯穿主裂缝的压力也就是后续增能实验所需的预设裂缝压力，进而得以连续开展压裂实验和裂缝向基质增能的表征实验。

因此本实施例的实验装置能连续开展压裂实验、及裂缝向基质增能的定量表征实验，更真实地模拟实际压裂及向基质蓄能工况，实验结果更准确。

如图3所示，进一步，压力监测系统316包括与入口端303连接的第一压力传感器317和与出口端307连接的第二压力传感器318，两个压力传感器分部显示入口端303的压力和出口端307的压力；和/或，压力监测系统316包括连接在入口端303和出口端307之间的压差传感器319，压差传感器319能够实时显示入口端303和出口端307之间的压力差，压差传感器319的精度较高，能提高实验精确度。实验时，可以通过两个压力传感器的示数之差，或直接通过压差传感器319的示数，来判断压裂是否形成贯穿裂缝。

如图3所示，进一步，实验装置包括注液系统320，注液系统320包括注入泵323、与入口端303连接的注入管线324、以及在注入泵323与注入管线324之间并联设置的注油管线325和注压裂液管线326；注油管线325上沿液体流向依次设有第一增压阀门327、第一容器328和第一连通阀门329，第一容器328用于容纳原油，注压裂液管线326上沿液体流向依次设有第二增压阀门330、第二容器331和第二连通阀门332，第二容器331用于容纳压裂液，注入泵323、注油管线325、第一增压阀门327、第一容器328和第一连通阀门329构成原油注入系统321，用于向岩心样品内注入原油，注入泵323、注压裂液管线326、第二增压阀门330、第二容器331和第二连通阀门332构成压裂液注入系统322，用于向岩心样品内注入压裂液，其中注入泵323能够控制注入压力和注入速率，例如注入泵323为柱塞泵，优选ISCO柱塞泵，通常最大注入压力不超过10MPa。

当需要对岩心样品饱和原油时，如图3所示，关闭第一连通阀门329和第二连通阀门332，以及第二增压阀门330，打开第一增压阀门327，利用注入泵323使第一容器328中压力达到预设初始压力，该预设初始压力相当于初始地层压力，然后打开第一连通阀门329，在注入泵323的驱动下恒压驱替原油进入岩心样品，直至岩心样品内的压力达到所述预设初始压力。

当需要向岩心样品注入压裂液时，如图3所示，关闭第一连通阀门329和第二连通阀门332，以及第一增压阀门327，打开第二增压阀门330，利用注入泵323使第二容器331中压力达到预设压裂注入压力，然后打开第二连通阀门332，以变化的注入速率向岩心样品内以点状注入的方式注入压裂液，压裂岩心样品直至得到贯穿主裂缝。

本方案中的注液系统320既能实现原油注入，又能实现压裂液注入，结构简单，操作方便。

进一步，如图2所示，实验装置还包括连接注入管线324和第一岩心夹持器100的饱和原油管线901，饱和原油管线上设有开关阀902，因此原油注入系统321还可以通过饱和原油管线901对第一岩心夹持器100内的基质岩心饱和原油。

如图3所示，进一步，第二岩心夹持器301内设有围压腔311和轴压腔312，围压腔311围绕第二岩心腔302设置，轴压腔312对应第二岩心腔302的端部设置，围压腔311和轴压腔312用于对岩心样品施加预设三轴应力，以模拟地层应力条件，优选地，轴压腔312位于第二岩心夹持器301的出口端307而非入口端303；实验装置还包括设于第二岩心夹持器301外部的压力加载系统333，压力加载系统333包括围压泵334和轴压泵335，围压泵334与围压腔311连通，用于向围压腔311内注入液体，以通过液体向岩心样品施加围压，轴压泵335与轴压腔312连通，用于向轴压腔312内注入液体，以通过液体向岩心样品施加轴压。例如围压泵334和轴压泵335为柱塞泵，优选ISCO柱塞泵，围压泵334与围压腔311之间设有第一阀门336，轴压泵335与轴压腔312之间设有第二阀门337，以便于控制。

如图3所示，进一步，第二岩心夹持器301包括外壳313、固定于外壳313一端的第一堵头304、固定于外壳313另一端的端盖308、以及设于外壳313内的垫块305和第二堵头309，优选地第一堵头304与外壳313可拆卸地固定连接，垫块305顶抵第一堵头304，垫块305与第二堵头309之间形成第二岩心腔302，第二堵头309能轴向移动地设于外壳313内，第二堵头309与端盖308之间形成轴压腔312，外壳313与第二岩心腔302内用于包裹岩心样品的橡胶套315之间形成围压腔311，垫块305通过密封片314与第二岩心腔302内的岩心样品密封接合，密封片314上设有注入孔，例如注入孔的直径为3mm，注入孔连通入口端303和第二岩心腔302，以通过注入孔实现压裂液的点状注入，而非面注入，密封片314将垫块305和岩心样品的端部密封，防止压裂液从垫块305和岩心样品之间流失。

其中，如图3所示，具体是，第一开孔306依次穿过第一堵头304和垫块305，第一开孔306与密封片314上注入孔连接并连通，该第一开孔306与第一堵头304和垫块305共同构成第二岩心夹持器301的入口端303，第二开孔310依次穿过端盖308和第二堵头309，该第二开孔310与端盖308和第二堵头309共同构成第二岩心夹持器301的出口端307。

如图3所示，进一步，实验装置还包括用于获取岩心样品内部图像的第二成像系统338，第二成像系统338设于第二岩心夹持器301外部，例如第二成像系统338为CT扫描仪，能够通过扫描第二岩心夹持器301，获取岩心样品内的裂缝扩展图像，但本发明并不以此为限，在其它实施例中，还可以采用其它现有的成像系统，比如核磁共振成像系统。

当采用CT扫描仪作为第二成像系统338时，第二岩心夹持器301的材质应选用铝合金或碳纤维，管线可以选择PEEK材料，以允许X射线穿过第二岩心夹持器301，CT扫描仪能够实时扫描获取岩心样品不同切面处的结构图像，以在压裂实验中监测岩心内部破裂裂缝形态及裂缝延伸情况。

本实施例通过设置第二成像系统338，在压裂过程中，采用第二成像系统338实时获取岩心样品内的裂缝扩展图像，以通过裂缝扩展图像判断压裂长度是否达到贯穿主裂缝。

如图3所示，进一步，实验装置还包括加热装置339，加热装置339用于对岩心样品施加所述预设地层温度，以模拟地层温度条件，加热装置339包括盘绕于第二岩心夹持器301外周的加热管、用于测量第二岩心腔302内岩心样品温度的温度传感器、以及分别与加热管和温度传感器电连接的温度控制模块，通过温度控制模块设定加热温度，通过温度传感器实时监测实际温度，温度控制模块接收温度传感器发出的温度信号，并根据该温度信号控制加热管的加热温度，以使岩心样品的实际温度达到设定温度，因此本实施例的加热装置339不仅具有加热功能，还具有温度控制功能。例如温度传感器设于加热管与岩心夹持器外壁之间，当第二岩心夹持器301的实际温度达到设定温度后，再稳定3～5小时，则认为岩心样品的温度达到设定温度。其中加热管可以是水浴加热管。但本发明并不以此为限，在其它实施例中，还可以采用其它现有的加热装置。

进一步，实验装置还包括用于对第一岩心夹持器100内的基质岩心进行加热的加热装置(图未示出)，以使两个岩心夹持器内的温度一致。

本实施例通过设置围压腔、轴压腔和加热装置，在对岩心样品施加预设三轴应力和预设地层温度的条件下，向岩心样品注入压裂液，以模拟地层应力条件和地层温度条件，从而进一步提高实验的真实性和准确性。

采用第二种实施例的实验装置表征裂缝向基质深度增能的范围、幅度和效率时，具体操作步骤如下：

(1)首先进行压裂实验，包括以下具体操作步骤：

a、制备全直径井下岩心；

b、对岩心样品进行洗油、烘干；

c、对岩心样品饱和地层水；

d、采用离心机法在地层温度条件下使岩心样品达到束缚水状态，同时测量束缚水饱和度；

e、关闭开关阀900；

f、将岩心样品放入第二岩心夹持器301的第二岩心腔302内，开启加热装置339，以对岩心样品施加预设地层温度，以模拟地层温度；再打开第一阀门336和第二阀门337，通过围压泵334和轴压泵335对岩心样品施加预设三轴应力，以模拟三轴条件下的三向应力；

g、饱和原油：关闭第一连通阀门329和第二连通阀门332，打开第一增压阀门327，利用注入泵323使第一容器328中压力达到所述预设初始压力，然后打开第一连通阀门329和开关阀902，在注入泵323的驱动下恒压驱替原油进入第二岩心夹持器内岩心样品和第一岩心夹持器内的基质岩心，直至岩心样品和基质岩心内的压力均达到所述预设初始压力，以模拟初始地层压力，稳定24小时以上，同时采用第一压力传感器317和第二压力传感器318监测压力，然后关闭第一连通阀门329和开关阀902；

h、贯穿压裂：继续保持对岩心样品施加所述预设三轴应力和所述预设地层温度，关闭第一连通阀门329和第二连通阀门332，打开第二增压阀门330，利用注入泵323使第二容器331中压裂液的压力达到预设压裂注入压力，该预设压裂注入压力小于岩心夹持器的最大承压；然后打开第二连通阀门332，向岩心样品内注入压裂液，同时监测入口端303和出口端307压力变化并采用CT扫描仪实时对岩心样品进行扫描，直至岩心样品内形成贯穿裂缝，停止注入压裂液，此时岩心样品包括贯穿裂缝和不含裂缝的基质部分，该贯穿裂缝内的压力也就是后续增能实验所需的预设裂缝压力；

(2)关闭第二连通阀门332，打开开关阀900，进行裂缝向基质增能的表征实验，具体操作步骤与前文的步骤S120相同，在此不再赘述。

实施方式二

如图4所示，本发明还提供一种表征裂缝向基质深度增能的实验方法，其采用实施方式一的实验装置，实验方法包括：

将能量供应装置的初始压力设定为预设裂缝压力；

能量供应装置内的能量流体经由模拟裂缝向基质岩心内流动，以对基质岩心增能，同时采用所述监测系统获取所述基质岩心的多个不同位置处的压力、流入所述基质岩心的能量流体的流量和所述基质岩心的内部图像，以基于所述压力、所述流量和所述图像定量表征基质岩心内部的能量增加范围、幅度和能量增加效率。

本实验方法的具体实施例的步骤，请参见实施方式一中所述的步骤，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (9)

1.一种表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：

第一岩心夹持器，具有用于容置基质岩心的第一岩心腔，所述第一岩心腔具有长度方向，所述基质岩心沿所述长度方向设置，所述基质岩心的入口端与所述第一岩心夹持器之间形成模拟裂缝；

能量供应装置，与所述第一岩心夹持器连接，并能向所述模拟裂缝供应能量流体，所述能量流体的压力等于预设裂缝压力，所述能量流体依靠所述预设裂缝压力向所述基质岩心内流动，以对所述基质岩心增能；

监测系统，包括：

压力监测单元，与所述第一岩心夹持器连接，用于在所述基质岩心增能过程中监测所述基质岩心的多个不同位置处的压力；

流量监测单元，连接于所述第一岩心夹持器和所述能量供应装置之间，用于计量流入所述基质岩心的能量流体的流量；

成像系统，设于所述第一岩心夹持器的外部，用于获取所述基质岩心的内部图像；

其中，所述能量供应装置包括第二岩心夹持器和压裂液注入系统，所述第二岩心夹持器具有用于容置岩心样品的第二岩心腔、分别与所述第二岩心腔的相对两端连通的入口端和出口端；所述压裂液注入系统与所述第二岩心夹持器的入口端连接，用于向所述第二岩心腔内的岩心样品中注入压裂液，以对所述岩心样品进行贯穿压裂，压裂后的所述岩心样品包括贯穿主裂缝和基质部分，所述模拟裂缝作为分支裂缝与所述贯穿主裂缝连通。

2.如权利要求1所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其特征在于，所述模拟裂缝为位于所述基质岩心的入口端端面与所述第一岩心夹持器之间的端面裂缝。

3.如权利要求1所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其特征在于，所述压力监测单元包括多个压力监测元件，多个压力监测元件分别与所述第一岩心夹持器上沿轴向方向间隔排列的多个压力监测点连接，以监测所述基质岩心的多个不同位置处的压力。

4.如权利要求1所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括回压装置，所述回压装置通过连通阀与所述第一岩心夹持器连接，用以向所述基质岩心的出口端施加回压。

5.如权利要求1至4任一项所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其特征在于，所述能量供应装置还包括：

设于所述第二岩心夹持器的入口端与所述岩心样品之间的密封片，所述密封片上设有连通所述第二岩心夹持器的入口端和所述岩心腔的注入孔，所述第二岩心夹持器的出口端通过开关阀与所述第一岩心夹持器连接；所述压裂液注入系统用于经由所述注入孔向所述第二岩心腔内的岩心样品中注入压裂液；

压力监测系统，连接在所述第二岩心夹持器的入口端和所述第二岩心夹持器的出口端之间，用于监测所述第二岩心夹持器的入口端和出口端之间的压力差。

6.如权利要求5所述的表征裂缝向基质深度增能的实验装置，其特征在于，所述能量供应装置还包括注入泵、与所述第二岩心夹持器的入口端连接的注入管线、以及在所述注入泵与所述注入管线之间并联设置的注油管线和注压裂液管线，所述注油管线上沿液体流向依次设有第一增压阀门、第一容器和第一连通阀门，所述注压裂液管线上沿液体流向依次设有第二增压阀门、第二容器和第二连通阀门，所述注入泵、所述注油管线、所述第一增压阀门、所述第一容器和所述第一连通阀门构成原油注入系统，所述注入泵、所述注压裂液管线、所述第二增压阀门、所述第二容器和所述第二连通阀门构成所述压裂液注入系统。

7.一种表征裂缝向基质深度增能的实验方法，其特征在于，所述实验方法采用权利要求1至4任一项所述的实验装置，所述实验方法包括：

将所述能量供应装置的初始压力设定为预设裂缝压力；

所述能量供应装置内的能量流体经由所述模拟裂缝向所述基质岩心内流动，以对所述基质岩心增能，同时采用所述监测系统获取所述基质岩心的多个不同位置处的压力、流入所述基质岩心的能量流体的流量和所述基质岩心的内部图像，以基于所述压力、所述流量和所述图像定量表征基质岩心内部的能量增加范围、幅度和能量增加效率。

8.一种表征裂缝向基质深度增能的实验方法，其特征在于，所述实验方法采用权利要求5或6所述的实验装置，所述实验方法包括：

将所述能量供应装置的初始压力设定为预设裂缝压力；

所述能量供应装置内的能量流体经由所述模拟裂缝向所述基质岩心内流动，以对所述基质岩心增能，同时采用所述监测系统获取所述基质岩心的多个不同位置处的压力、流入所述基质岩心的能量流体的流量和所述基质岩心的内部图像，以基于所述压力、所述流量和所述图像定量表征基质岩心内部的能量增加范围、幅度和能量增加效率。

9.如权利要求8所述的表征裂缝向基质深度增能的实验方法，其特征在于，

所述将所述能量供应装置的初始压力设定为预设裂缝压力，包括：

关闭所述开关阀，采用变化的注入速率以点状注入方式向所述岩心样品内注入压裂液，以对所述岩心样品进行变载荷压裂，直至所述岩心样品内形成贯穿主裂缝，所述贯穿主裂缝内的压力为预设裂缝压力。

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