[发明专利]储层渗透介质热流固耦合多相流体压裂-渗流组合式压头

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验系统，特别是涉及一种用于研究非常规气体压裂-抽采联合作用机理的实验系统。

背景技术

随着经济的快速发展和人类社会的不断进步，目前规模生产并大量利用的常规能源供应日益不能满足市场需求，在这种严峻的能源形势下，非常规天然气表现出了巨大的资源潜力，而且我国非常规天然气资源十分丰富，发展前景广阔，非常规天然气必然会成为未来能源供应的重要来源。非常规天然气储层渗透率是反映储层内流体渗流难易程度的物性参数，其与储层裂隙发育特征、地质构造、地应力状态、流体压力、地温、渗透介质基质的收缩作用、储层埋深、渗透介质结构及地电场等密切相关，而储层渗透率的大小对天然气的储存于排采、流体压力的分布起着重要的作用。因此，对非常规天然气储层及瓦斯储层进行开采条件下力学变形特性和渗流特性的实验研究是非常有必要的。

一般来说，非常规天然气包括致密砂岩气、煤层气、页岩气和天然气水合物等。我国非常规天然气储量非常丰富，开发潜力巨大，然而地质条件复杂，埋藏深，开采成本高。在开发非常规天然气的过程中，水力压裂是一项提高效率、降低成本的关键技术。目前，国内外学者已经开始对储层的水力压裂破坏机理、裂缝扩展几何形态和裂缝延伸规律进行了一些研究。然而，由于缺乏较为系统的科学研究，相关水力压裂机理匮乏，未能将影响压裂效果的相关主要参数进行量化，所以该项技术在非常规天然气储层增渗领域的应用与发展受到了一定程度的限制。

现有的实验装置主要存在以下不足：1)所考虑的渗透率影响因素相对比较单一，不能进行考虑应力场、渗流场、温度场等的多物理场耦合实验；2)如需测定渗透率，需取出岩心在另外的实验设备上进行，而此时岩心因压裂而产生的裂隙会重新闭合，不能定量精确测得原位岩心压裂前后渗透率的变化；3)所进行的渗流实验大多为单一的水相或气相渗流实验，不能精确测量水气各自流量；4)不能测得试件内部的真空度，对于存在气体吸附的实验来说不够精确；5)安装过程基本上靠手工搬运，不方便且过程不够稳定，对试件有一定的影响。

因此，建立一种科学的非常规气体压裂-渗流实验测试系统，探索水力压裂作用下储层渗透介质的断裂损伤及增渗机理，对水力压裂的应用与推广有重要意义。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能精确测量试件在多场耦合条件下压裂前后渗透率变化的压裂-渗流实验系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种储层渗透介质热流固耦合多相流体压裂-渗流组合式压头，包括彼此螺纹连接的压杆和上压头；所述压杆内沿轴向平行设置有第一水孔和第一气孔；所述第一水孔位于所述压杆的中心；

所述上压头的中心设置有与所述第一水孔连通的第二水孔；所述上压头上设置有若干个与所述第一气孔连通的第二气孔；

所述第二水孔的下端螺纹配合有压裂头。

为便于加工，所述第二水孔设置于上压头上部；所述第二气孔设置于上压头下部；所述上压头上部和上压头下部焊接为一体结构。

作为压裂-渗流实验系统的核心部件，将压头应用于压裂-渗流实验系统，可使实验系统达到以下效果：

(1)能对不同储层渗透介质进行考虑应力场、渗流场、温度场等的多物理场耦合实验，包括三轴压缩渗流实验、水力压裂实验以及多相流体流固耦合实验。

(2)可对储层渗透介质在外部应力作用下进行水力压裂前后的渗透率进行原位精确测定。

(3)可使水、气流量的分别精确测量成为可能。

(4)可更为方便的对试件进行抽真空处理，并且对试件内部的真空度进行了可视化处理，使实验条件更加精确。

(5)可以在试件前后端分别设计了流体压力监测传感器，从而使实验条件更加精确。

(6)可改变压杆的尺寸以适应不同的试件尺寸。

总之，本发明可进行的实验方式更多，实验精度更高。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式所应用的实验系统的结构示意图。

图2是图1中压力室的结构示意图。

图3是图2中I处的局部放大结构示意图。

图4是图2中II处的局部放大结构示意图。

图5是本发明一具体实施方式所应用的实验系统的出口管路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图2和图3所示，一种储层渗透介质热流固耦合多相流体压裂-渗流组合式压头，包括彼此螺纹连接的压杆14和上压头15。压杆14内沿轴向平行设置有第一水孔14a和第一气孔14b，第一水孔14a位于压杆14的中心。