CN116026866A - 一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统及方法，岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统包括：真三轴实验架，用于安装内部固定有模拟井筒的岩样，并对岩样进行加热以及施加围压；注液装置，用于加热熔化压裂合金，并将熔化后的压裂合金作为压裂液注入到岩样内部的模拟井筒中，压裂岩样形成裂缝；扫描装置，对压裂后的岩样进行扫描，获取岩样裂缝形态与裂缝宽度参数信息。本发明的岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，基于真三轴实验架，对岩样进行加热以及施加围压，并利用注液装置加热熔化压裂合金，并将熔化后的压裂合金作为压裂液注入到岩样内部的模拟井筒中，结合扫描装置，能够实现致密岩石压裂三维多尺度裂缝形态以及裂缝宽度的无损检测。

Description

一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统及方法

技术领域

本发明涉及压裂裂缝形态与缝宽监测领域，具体涉及一种岩石裂缝形态与裂缝宽度的监测系统及方法。

背景技术

深部致密储层具有低孔、低渗特征，水力压裂技术通过诱导岩体产生复杂裂缝网络，成为提高致密储层单井产量和采收率的关键技术。水力压裂物理模拟实验作为认识压裂缝网扩展的重要手段，三维裂缝形态以及裂缝宽度监测则是评价缝网复杂程度的前提和基础。

目前，在压裂裂缝监测方面，传统的方法虽然可行，但均存在一定的局限性，特别是裂缝直观观测方法。例如，现有的一种常用观测方法是将岩样压裂后用钢锯、铁针等工具将试样劈开，直观观测裂缝的形状。这种观测方法具有两个缺点：一是在劈裂试样的过程中，原有的压裂裂缝会遭到破坏，或者在原有裂缝的基础上产生新裂缝，从而极大影响实验结果的准确性；二是在多尺度裂缝的观测方面，这种直观观测方法是沿着主裂缝劈开试样，其结果只能对主裂缝面进行观测，其他的微小裂缝均遭到破坏。除此之外，现有实验室对裂缝的观测手段还包括：①利用声发射技术监测裂缝扩展过程和形态。此种技术的优点是可以实时检测裂缝的扩展情况；缺点是误差较大，最终仍需利用计算机对实验结果进行处理，模拟结果不够直观。②用透明材料制作实验样本，对压裂裂缝的扩展进行直观观测。此种技术优点是可以直观观测裂缝扩展情况；其局限性在于材料选择的单一性，且透明材料与岩石性质差异较大，代表性不足。③超声波监测裂缝技术。此种技术的优点是灵敏度高、速度快、成本低；缺点是只能监测裂缝的深度，裂缝的显示不直观，且容易受到主客观因素的影响。类似的技术还有冲击回波法检测技术。④利用红外线热成像等技术对裂缝进行监测。此种技术能够直观观测裂缝的扩展形态；缺点是操作难度大。⑤利用CT扫描仪监测裂缝技术。此种方法能够实现裂缝的无损监测；但难易监测闭合后的裂缝，且岩石越致密，监测难度越大。此外，上述方法均无法实现对压裂真实裂缝宽度的精准监测。鉴于此，为了克服现有裂缝监测技术中存在的缺陷，本发明提出了一种操作简单的三维多尺度裂缝形态与裂缝宽度的监测方法。

发明内容

本发明为了解决现有技术问题的一种或几种，提供了一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，包括：

真三轴实验架，用于安装内部固定有模拟井筒的岩样，并对岩样进行加热以及施加围压；

注液装置，用于加热熔化压裂合金，并将熔化后的压裂合金作为压裂液注入到岩样内部的模拟井筒中，压裂岩样形成裂缝；

扫描装置，对压裂后的岩样进行扫描，获取岩样裂缝形态与裂缝宽度参数信息。

本发明的有益效果是：本发明的岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，基于真三轴实验架，对岩样进行加热以及施加围压，并利用注液装置加热熔化压裂合金，并将熔化后的压裂合金作为压裂液注入到岩样内部的模拟井筒中，结合扫描装置，能够实现致密岩石压裂三维多尺度裂缝形态以及裂缝宽度的无损检测。能够有效避免压裂后裂缝形态遭到破坏、闭合裂缝识别难度大、裂缝宽度表征困难等缺陷，为研究深部致密性储层压裂多尺度缝网特征以及优选支撑剂规格、施工排量与黏度等泵注参数提供方法，操作方法简单。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述压裂合金的熔点为30～60℃，所述压裂合金的密度大于5g/cm³。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用低熔点的压裂合金，利用熔化后的压裂合金形成的压裂液，当对岩样停止加热并冷却后，裂缝内的压裂液会凝固，固化后的压裂液可以锁定岩样压裂过程中三维多尺度裂缝的宽度，保持裂缝张开，克服了传统监测方法导致压裂后裂缝闭合、缝宽监测不准确的缺点。而且能够将固化后的压裂液取出，更加直观的观察裂缝的形态。压裂合金的熔点为30～60℃，密度大于5g/cm³，过高的温度容易造成岩石样品损伤，影响实验结果的精度，而合金密度越高，压裂后采用扫描装置进行扫描时，越容易识别，获得的裂缝图像清晰度越高。

进一步，所述真三轴实验架对岩样加热的设定温度高于所述压裂合金的熔点，且所述设定温度与所述压裂合金的熔点差值的绝对值不高于10℃。

采用上述进一步方案的有益效果是：确保压裂过程中液态合金在岩样内部的流动性，同时也为防止岩样出现热损伤。

进一步，所述真三轴实验架包括基座、加热板、绝热板、扁千斤、弧形铁板以及套筒，所述岩样放置在基座的中心，所述岩样的外侧四周分别设有加热板，所述加热板的外侧设有绝热板，所述绝热板的外侧设有扁千斤，所述扁千斤的外侧设有弧形铁板，所述套筒围设在弧形铁板的外侧并将弧形铁板、扁千斤、绝热板、加热板以及岩样包覆住。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用加热板可以实现对岩样进行加热，利用绝热板可以防止温度向外传递，避免真三轴实验架外部升温，造成安全隐患。

进一步，所述加热板上设有温度传感器，所述岩样为立方块，所述立方块三个侧面上的扁千斤分别连接有围压泵，所述立方块四个侧面上的加热板、所述加热板上的温度传感器以及所述围压泵分别与控制装置连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：加热板上的温度传感器可以实时监测加热板上的温度大小，温度传感器与控制装置连接，可以通过控制装置内的温度控制系统调节温度；而且为了确保压裂过程中液态合金在岩样内部的流动性，同时防止岩石样品热损伤，可通过控制装置内的温度控制系统控制加热板的设定温度，使设定温度所述压裂合金的熔点差值的绝对值不高于10℃。利用围压泵可以对立方块的三个侧面施加三向围压，三个围压泵分别独立控制，满足同步等加压速率或非同步非等加压速率加载功能。

进一步，所述岩样内设有压裂孔眼，所述模拟井筒固定在所述压裂孔眼内，所述模拟井筒底部与所述压裂孔眼底部之间预留有裸眼段；所述模拟井筒的长度为175～180mm，所述模拟井筒的内径为6～8mm，所述模拟井筒的外径为10～12mm，所述裸眼段的长度为40～50mm。

采用上述进一步方案的有益效果是：裸眼段的设定可用于裂缝的起裂与扩展。

进一步，所述注液装置通过注液管线与模拟井筒连通，所述注液管线采用外部设有绝热层的钢管。

采用上述进一步方案的有益效果是：减少沿程的热损失。

一种采用上述系统监测岩石裂缝形态与裂缝宽度的方法，包括以下步骤：

S1，将内部固定有模拟井筒的岩样置于真三轴实验架中心；

S2，加热熔化压裂合金；

S3，通过真三轴实验架上对岩样进行加热并对岩样施加围压；

S4，利用注液装置将所述压裂液注入到岩样内部的模拟井筒中，压裂岩样形成裂缝；

S5，在裂缝稳定扩展阶段，注液装置停止注液，真三轴实验架停止对岩样进行加热，并冷却岩样至裂缝内的所述压裂液固化后，卸载真三轴实验架对岩样施加的围压；其中，裂缝稳定扩展阶段可根据压裂曲线来判断，即裂缝压力平稳扩展阶段。

S6，对压裂后的岩样采用扫描装置进行扫描，获取岩样裂缝形态与裂缝宽度参数信息。

本发明的有益效果是：本发明的岩石裂缝形态与裂缝宽度监测方法，采用液化后的压裂合金作为压裂液，并结合扫描技术，实现了三维多尺度裂缝的无损监测，克服了传统监测方法导致裂缝形态破坏的缺点。

本发明采用熔化为液态的压裂合金，当液态的压裂合金冷却固化后，可以锁定压裂过程中多尺度裂缝的宽度，保持裂缝张开，克服了传统监测方法导致压后裂缝闭合、缝宽监测不准确的缺点。如果采用不固化的液态压裂合金，液态压裂合金会在缝内流动，影响缝宽测量的精度；而且需要在固化裂缝后再关闭伺服控制系统、并卸载三向围压，这样获得的是在当前围压条件下的裂缝宽度。如果不按这个顺序，先卸载围压后，会应力释放作用下，如果是液态压裂合金，裂缝宽度和形态也会发生改变，会偏离真实值。

本发明实现了致密岩石压裂三维多尺度裂缝形态以及裂缝宽度的无损检测，克服了现有裂缝监测技术导致裂缝形态破坏、闭合裂缝识别难度大、裂缝宽度表征困难等缺陷，为研究深部致密性储层压裂多尺度缝网特征以及优选支撑剂规格、施工排量与黏度等泵注参数提供方法。

本发明方法所得的裂缝包括主水力裂缝、层理缝、天然裂缝以及微裂隙，不同尺度裂缝宽度的分布范围为20um～1000um。

进一步，S3中，通过真三轴实验架上的加热板对岩样进行加热，待所述加热板达到设定温度，并保持4～5h后，采用真三轴实验架上的扁千斤对岩样施加围压；采用真三轴实验架上的扁千斤对立方块形态的岩样施加三向围压。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用加热板对岩样加热时，由于岩石的热传导效率较低，待加热板的温度达到设定值后，稳定4～5h，保证岩石充分受热后，再施加三向围压。三向围压分别由三个独立系统控制，满足同步等加压速率加载或非同步非等加压速率加载功能。

进一步，S4中，所述注液装置向岩样内部的模拟井筒中注入压裂液的方式包括恒定排量注入压裂液和变排量注入压裂液。

采用上述进一步方案的有益效果是：注液装置向岩样内部的模拟井筒中注入液态合金时，可以根据具体实验目的，调整注入速率的大小以及注入方式，获得不同注液条件下裂缝形态以及裂缝宽度。

附图说明

图1为本发明一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统的连接结构示意图；

图2为本发明真三轴实验架的俯视结构示意图；

图3为本发明真三轴实验架的剖视结构示意图；

图4为本发明一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测方法的连接框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、真三轴实验架；2、恒温注液容器；3、伺服增压机；4、计算机；5、控制装置；6、第一围压泵；7、第二围压泵；8、第三围压泵；9、空气压缩机；10、蒸馏水容器；11、注液管线；12、模拟井筒；13、加热板；14、绝热板；15、扁千斤；16、弧形铁板；17、套筒；18、岩样；19、基座；20、上部盖板；21、裸眼段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1～图3所示，本实施例的一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，包括：

真三轴实验架1，用于安装内部固定有模拟井筒12的岩样18，并对岩样18进行加热以及施加围压；

注液装置，用于加热熔化压裂合金，并将熔化后的压裂合金作为压裂液注入到岩样18内部的模拟井筒12中，压裂岩样18形成裂缝；

扫描装置，对压裂后的岩样18进行扫描，获取岩样18裂缝形态与裂缝宽度参数信息。

其中，本实施例中的所述压裂合金的熔点为30～60℃，所述压裂合金的密度大于5g/cm³。采用低熔点的压裂合金，利用熔化后的压裂合金形成的压裂液，当对岩样停止加热并冷却后，裂缝内的压裂液会凝固，固化后的压裂液可以锁定岩样压裂过程中三维多尺度裂缝的宽度，保持裂缝张开，克服了传统监测方法导致压裂后裂缝闭合、缝宽监测不准确的缺点。而且能够将固化后的压裂液取出，更加直观的观察裂缝的形态。压裂合金的熔点为30℃～60℃，密度大于5g/cm³，过高的温度容易造成岩石样品损伤，影响实验结果的精度，而合金密度越高，压裂后采用扫描装置进行扫描时，越容易识别，获得的裂缝图像清晰度越高。

本实施例关于压裂合金的一个可选方案为，所述压裂合金的成分包括Bi、Sn、Pb、In这些组分的一种或几种的组合，例如可以采用50％Bi和50％Sn，也可以采用25％Bi、25％Sn、25％Pb、25％In，当所述压裂合金的成分包括25％Bi、25％Sn、25％Pb、25％In这四种组分时，这些成分组成的压裂合金熔点为52℃，密度为5.8g/cm³。加热熔化该压裂合金，将熔化后的压裂合金作为压裂液，倒入注液装置中；

具体的，本实施例的所述真三轴实验架1对岩样18加热的设定温度高于所述压裂合金的熔点，且所述设定温度与所述压裂合金的熔点差值的绝对值不高于10℃。确保压裂过程中液态合金在岩样内部的流动性，同时也为防止岩样出现热损伤。例如，当压裂合金的熔点为52℃时，可对岩样加热至60℃。

如图1所示，本实施例的注液装置的一个具体方案为，所述注液装置包括恒温注液容器2、伺服增压机3、蒸馏水容器10以及空气压缩机9，所述恒温注液容器2的顶部通过注液管线11与模拟井筒12连接，所述恒温注液容器2的底部通过管线与伺服增压机3连接，所述伺服增压机3分别与蒸馏水容器10和空气压缩机9连接，伺服增压机3与计算机4连接，利用计算机4控制驱动伺服增压机3运行。恒温注液容器2为活塞式注液机构，可将压裂液注入到恒温注液容器2中，并利用活塞式机构进行推送。伺服增压机3为恒温注液容器2提供注液压力，空气压缩机9和蒸馏水容器10中的蒸馏水分别为伺服增压机3提供动力等。

如图1～图3所示，所述真三轴实验架1包括基座19、加热板13、绝热板14、扁千斤15、弧形铁板16以及套筒17，所述岩样18放置在基座19的中心，所述岩样18的外侧四周分别设有加热板13，所述加热板13的外侧设有绝热板14，所述绝热板14的外侧设有扁千斤15，所述扁千斤15的外侧设有弧形铁板16，所述套筒17围设在弧形铁板16的外侧并将弧形铁板16、扁千斤15、绝热板14、加热板13以及岩样18包覆住。利用加热板13可以实现对岩样18进行加热，利用绝热板14可以防止温度向外传递，避免真三轴实验架1外部升温，造成安全隐患。所述真三轴实验架1上的各个部件的摆放顺序具体为，将岩样18放置在基座19中心，向外依次为加热板13、绝热板14、扁千斤15、弧形铁板16以及套筒17，套筒17可以采用圆形套筒，将各个部件围设在套筒17内部。弧形铁板16相当于垫片功能，弧形铁板16的内侧面为平面结构，外侧面为弧面结构，弧形铁板16利用内侧的平面结构与扁千斤15压接，弧形铁板16利用外侧的弧面结构与套筒17内侧面适配压接，设置在四个扁千斤15外侧面上的四个弧形铁板16合围成一圆柱形结构，套筒17呈圆筒形结构并适配套设在圆柱形结构外侧，为弧形铁板16、扁千斤、绝热板14以及加热板13等部件提供结构支撑，保证了围压的顺利实施。真三轴实验架1可通过上部盖板20对岩样18、加热板13、绝热板14、扁千斤15、弧形铁板16以及套筒17进行压紧定位。

如图1～图3所示，本实施例的所述加热板13上设有温度传感器，所述岩样18为立方块，虽然立方块的四个侧面上都设有扁千斤15，但是所述立方块三个侧面上的扁千斤15分别连接有围压泵，所述立方块四个侧面上的加热板13、所述加热板13上的温度传感器以及所述围压泵分别与控制装置5连接。具体的，可将立方块的三个侧面上的扁千斤15分别与第一围压泵6、第二围压泵7以及第三围压泵8连接。加热板13上的温度传感器可以实时监测加热板13上的温度大小，温度传感器与控制装置5连接，控制装置5可与计算机4连接，可以通过控制装置5内的温度控制系统调节温度；而且为了确保压裂过程中液态合金在岩样18内部的流动性，同时防止岩石样品热损伤，可通过控制装置5内的温度控制系统控制加热板13的设定温度，使设定温度所述压裂合金的熔点差值的绝对值不高于10℃。利用围压泵可以对立方块的三个侧面施加三向围压，三个围压泵分别独立控制，满足同步等加压速率或非同步非等加压速率加载功能。

如图1～图3所示，本实施例的所述岩样18内设有压裂孔眼，所述模拟井筒12固定在所述压裂孔眼内，所述模拟井筒12底部与所述压裂孔眼底部之间预留有裸眼段21；所述模拟井筒12的长度为175～180mm，所述模拟井筒12的内径为6～8mm，所述模拟井筒12的外径为10～12mm，所述裸眼段21的长度为40～50mm。裸眼段的设定可用于裂缝的起裂与扩展。

如图1～图3所示，本实施例的所述注液装置通过注液管线11与模拟井筒12连通，所述注液管线11采用外部设有绝热层的钢管，注液管线11的长度尽可能短，小于5m，减少沿程的热损失。

本实施例的岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，可用于致密岩石三维多尺度裂缝形态与裂缝宽度的监测，致密岩石一般指密度大、低孔隙度、低渗透率的岩石，比如碳酸岩、页岩、致密砂岩等。该监测系统基于真三轴实验架，对岩样进行加热以及施加围压，并利用注液装置加热熔化压裂合金，并将熔化后的压裂合金作为压裂液注入到岩样内部的模拟井筒中，结合扫描装置，能够实现致密岩石压裂三维多尺度裂缝形态以及裂缝宽度的无损检测。能够有效避免压裂后裂缝形态遭到破坏、闭合裂缝识别难度大、裂缝宽度表征困难等缺陷，为研究深部致密性储层压裂多尺度缝网特征以及优选支撑剂规格、施工排量与黏度等泵注参数提供方法，操作方法简单。

实施例2

如图4所示，本实施例的一种采用上述实施例1系统监测岩石裂缝形态与裂缝宽度的方法，包括以下步骤：

S1，将内部固定有模拟井筒12的岩样18置于真三轴实验架1中心，组装设备与管线。组装时，真三轴实验架1上岩样18与其他部件的摆放次序为，致密砂岩作为岩样18放置于基座19中心，向外依次为加热板13、绝热板14、扁千斤15、弧形铁板16以及套筒17。岩样18的尺寸为400mm×400mm×400mm，模拟井筒12的长度为180mm，内径为8mm，外径为12mm，模拟井筒12底部裸眼段21为40mm，用于裂缝的起裂与扩展。连接模拟井筒与注液装置的注液管线11为特质钢管，外部套有一层绝热材料，管线长度为3m；

S2，选择Bi、Sn、Pb、In组成的合金，熔点为52℃，密度为5.8g/cm3。加热熔化合金，将熔化后的液态合金作为压裂液，倒入恒温注液容器2中；具体可以通过其他设备加热熔化压裂合金后倒入注液装置的恒温注液容器中，也可以直接在恒温注液容器中加热压裂合金；

S3，通过所述真三轴实验架1上的加热板13对岩样18加温，温度升高至60℃，稳定4h后，采用所述真三轴实验架1上的扁千斤15对岩样18施加三向围压，大小分别为20Mpa、23Mpa、30MPa；

S4，采用伺服增压机3将液态合金以20ml/min的恒定速率泵入岩样18内部，压裂岩样18形成裂缝；

S5，裂缝扩展15min后稳定，停止注液，将所述加热板13降至室温，冷却岩样18确保裂缝内部液态合金固化后，关闭伺服增压机3，并卸载三向围压，压裂实验结束；

S6，实验结束后，对压裂后的岩样18进行三维CT扫描，采用图像处理技术处理CT图像数据，提取多尺度裂缝参数信息，得到缝网形态及缝宽分布规律，不同尺度裂缝宽度的分布范围为40um～500um。

实施例3

如图4所示，本实施例的一种采用上述实施例1系统监测岩石裂缝形态与裂缝宽度的方法，包括以下步骤：

S1，将内部固定有模拟井筒12的岩样18置于真三轴实验架1中心，组装设备与管线。组装时，真三轴实验架1上岩样18与其他部件的摆放次序为，致密砂岩作为岩样18放置于基座19中心，向外依次为加热板13、绝热板14、扁千斤15、弧形铁板16以及套筒17。岩样18的尺寸为400mm×400mm×400mm，模拟井筒12的长度为175mm，内径为6mm，外径为10mm，模拟井筒12底部裸眼段21为50mm，用于裂缝的起裂与扩展。连接模拟井筒12与注液装置的注液管线11为特质钢管，外部套有一层绝热材料，管线长度为4m；

S2，选择Bi、Sn、Pb、In组成的合金，熔点为52℃，密度为5.8g/cm³。加热熔化合金，将熔化后的液态合金作为压裂液，倒入恒温注液容器2中；具体可以通过其他设备加热熔化压裂合金后倒入注液装置的恒温注液容器中，也可以直接在恒温注液容器中加热压裂合金；

S3，通过所述真三轴实验架1上的加热板12对岩样18加温，温度升高至58℃，稳定5h后，采用所述真三轴实验架1上的扁千斤15对岩样18施加三向围压，大小分别为21Mpa、22Mpa、29MPa；

S4，采用伺服增压机3将液态合金以1ml/min为起始速率，并以0.5ml/min的增加速率实现变排量泵入岩样18内部，压裂岩样18形成裂缝；

S5，裂缝扩展20min后稳定，停止注液，将所述加热板13降至室温，冷却岩样18确保裂缝内部液态合金固化后，关闭伺服增压机3，并卸载三向围压，压裂实验结束；

S6，实验结束后，对压裂后的岩样18进行三维CT扫描，采用图像处理技术处理CT图像数据，提取多尺度裂缝参数信息，得到缝网形态及缝宽分布规律，不同尺度裂缝宽度的分布范围为50um～800um。

实施例4

如图4所示，本实施例的一种采用上述实施例1系统监测岩石裂缝形态与裂缝宽度的方法，包括以下步骤：

S1，将内部固定有模拟井筒12的岩样18置于真三轴实验架1中心，组装设备与管线。组装时，真三轴实验架1上岩样18与其他部件的摆放次序为，致密砂岩作为岩样18放置于基座19中心，向外依次为加热板13、绝热板14、扁千斤15、弧形铁板16以及套筒17。岩样18的尺寸为400mm×400mm×400mm，模拟井筒12的长度为178mm，内径为7mm，外径为11mm，模拟井筒12底部裸眼段21为45mm，用于裂缝的起裂与扩展。连接模拟井筒与注液装置的注液管线11为特质钢管，外部套有一层绝热材料，管线长度为4m；

S2，选择Bi、Sn、Pb、In组成的合金，熔点为52℃，密度为5.8g/cm3。加热熔化合金，将熔化后的液态合金作为压裂液，倒入恒温注液容器中；具体可以通过其他设备加热熔化压裂合金后倒入注液装置的恒温注液容器中，也可以直接在恒温注液容器中加热压裂合金；

S3，通过所述真三轴实验架1上的加热板13对岩样18加温，温度升高至58℃，稳定4.5h后，采用所述真三轴实验架1上的扁千斤15对岩样18施加三向围压，大小分别为15Mpa、18Mpa、27MPa；

S4，采用伺服增压机3将液态合金以1ml/min为起始速率，并以0.5ml/min的增加速率实现变排量泵入岩样18内部，压裂岩样18形成裂缝；

S5，裂缝扩展25min后稳定，停止注液，将所述加热板13降至室温，冷却岩样18确保裂缝内部液态合金固化后，关闭伺服增压机3，并卸载三向围压，压裂实验结束；

S6，实验结束后，对压裂后的岩样18进行三维CT扫描，采用图像处理技术处理CT图像数据，提取多尺度裂缝参数信息，得到缝网形态及缝宽分布规律，不同尺度裂缝宽度的分布范围为20um～400um。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，其特征在于，包括：

真三轴实验架(1)，用于安装内部固定有模拟井筒(12)的岩样(18)，并对岩样(18)进行加热以及施加围压；

注液装置，用于加热熔化压裂合金，并将熔化后的压裂合金作为压裂液注入到岩样内部的模拟井筒(12)中，压裂岩样形成裂缝；

扫描装置，对压裂后的岩样进行扫描，获取岩样裂缝形态与裂缝宽度参数信息。

2.根据权利要求1所述一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，其特征在于，所述压裂合金的熔点为30～60℃，所述压裂合金的密度大于5g/cm³。

3.根据权利要求1所述一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，其特征在于，所述真三轴实验架(1)对岩样(18)加热的设定温度高于所述压裂合金的熔点，且所述设定温度与所述压裂合金的熔点差值的绝对值不高于10℃。

4.根据权利要求1所述一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，其特征在于，所述真三轴实验架(1)包括基座(19)、加热板(13)、绝热板(14)、扁千斤(15)、弧形铁板(16)以及套筒(17)，所述岩样(18)放置在基座(19)的中心，所述岩样(18)的外侧四周分别设有加热板(13)，所述加热板(13)的外侧设有绝热板(14)，所述绝热板(14)的外侧设有扁千斤(15)，所述扁千斤(15)的外侧设有弧形铁板(16)，所述套筒(17)围设在弧形铁板(16)的外侧并将弧形铁板(16)、扁千斤(15)、绝热板(14)、加热板(13)以及岩样(18)包覆住。

5.根据权利要求4所述一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，其特征在于，所述加热板(13)上设有温度传感器，所述岩样(18)为立方块，所述立方块三个侧面上的扁千斤(15)分别连接有围压泵，所述立方块四个侧面上的加热板(13)、所述加热板(13)上的温度传感器以及所述围压泵分别与控制装置(5)连接。

6.根据权利要求1所述一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，其特征在于，所述岩样(18)内设有压裂孔眼，所述模拟井筒(12)固定在所述压裂孔眼内，所述模拟井筒(12)底部与所述压裂孔眼底部之间预留有裸眼段(21)；所述模拟井筒(12)的长度为175～180mm，所述模拟井筒(12)的内径为6～8mm，所述模拟井筒(12)的外径为10～12mm，所述裸眼段(21)的长度为40～50mm。

7.根据权利要求1所述一种岩石裂缝形态与裂缝宽度监测系统，其特征在于，所述注液装置通过注液管线(11)与模拟井筒(12)连通，所述注液管线(11)采用外部设有绝热层的钢管。

8.一种采用权利要求1至7任一项系统监测岩石裂缝形态与裂缝宽度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将内部固定有模拟井筒(12)的岩样(18)置于真三轴实验架(1)中心；

S2，加热熔化压裂合金；

S3，通过真三轴实验架(1)上对岩样(18)进行加热并对岩样施加围压；

S4，利用注液装置将所述压裂液注入到岩样(18)内部的模拟井筒(12)中，压裂岩样形成裂缝；

S5，在裂缝稳定扩展阶段，注液装置停止注液，真三轴实验架(1)停止对岩样(18)进行加热，并冷却岩样(18)至裂缝内的所述压裂液固化后，卸载真三轴实验架(1)对岩样(18)施加的围压；

S6，对压裂后的岩样(18)采用扫描装置进行扫描，获取岩样(18)裂缝形态与裂缝宽度参数信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，S3中，通过真三轴实验架(1)上的加热板(13)对岩样(18)进行加热，待所述加热板(13)达到设定温度，并保持4～5h后，采用真三轴实验架(1)上的扁千斤(15)对岩样(18)施加围压；采用真三轴实验架(1)上的扁千斤(15)对立方块形态的岩样(18)施加三向围压。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，S4中，所述注液装置向岩样(18)内部的模拟井筒(12)中注入压裂液的方式包括恒定排量注入压裂液和变排量注入压裂液。

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