[发明专利]模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置和方法

说明书

本发明公开了一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置和方法，其涉及岩石力学和石油地质学领域，实验装置包括：热压反应装置；加热装置，加热装置包括箱体、设置在箱体内的加热件以及热电偶单元，箱体用于装载热压反应装置；加压装置，其用于对下压头、下端盖和围压压头提供相应的压力；流体压力控制与产物收集单元，其包括能与上压头的第二流道连通的流体压力控制器、能与上压头的第二流道连通的真空泵、与下压头的第一流道连通的水泵；声发射检测装置，其包括穿设在反应釜体中的波导杆、与波导杆相连接的声发射检测探头。本申请能够模拟在三轴应力场和岩石孔隙流体压力耦合的地质环境下烃源岩高温热解过程中裂缝的发育。

技术领域

本发明涉及岩石力学和石油地质学领域，特别涉及一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置和方法。

背景技术

自然地质环境下，岩石一般处于三轴受压、孔隙流体负压的稳定状态，而随着埋藏和地层温度的升高，应力场发生改变，并伴随烃源岩有机质发生热解生烃而引起流体压力变化，最终导致在应力场失稳部位岩石破裂形成裂缝。这种裂缝在含油气系统中起着油气运移通道和储集空间的重要作用，能够极大地影响油气的空间分布和储量。通过对裂缝形成的力学机制研究，获得岩石物理力学性质参数，也是油气田开发工程、水利水电工程、采矿工程等领域的研究重点之一，其影响着工程方案决策和工程效果。

从岩石力学实验技术领域看，三轴应力实验与检测技术代表了目前最完备的技术水平。以赵阳升发明的20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机为例，在传统200℃以内的三轴应力实验技术基础上，通过采样固体传递位移、轴向和侧向压力独立控制使实验能力达到如下参数：最大轴向应力318MPa，围压250MPa，最高加热温度600℃，变形量通过光栅尺来测量，分辨率0.005mm，在此基础上能够开展岩体变形特征、强度特征、热流固耦合特征等研究。该仪器实现了高温、三轴应力分控条件，但没有考虑地质条件下有新流体产生并排出的动态孔隙流体压力，由于炉体和样品过大，所述四通道声发射检测系统也没有真正实现高温流体压力裂缝形成与分布的检测。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置和方法，其能够模拟在三轴应力场和岩石孔隙流体压力耦合的地质环境下烃源岩高温热解过程中裂缝的发育。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种模拟烃源岩高温热解过程中裂缝发育的实验装置，其包括：

热压反应装置，其包括反应釜体、设置在所述反应釜体内的管体、对所述反应釜体和所述管体的下端进行密封的下端盖、填充在所述反应釜体和所述管体之间的粉状物质、设置在所述管体中的下压头和上压头、设置在所述反应釜体和所述管体之间并位于所述粉状物质上方的围压压头，所述下端盖上具有开孔，部分所述下压头穿出所述开孔，所述下压头内部具有第一流道，所述上压头内部具有第二流道，所述下压头和所述上压头之间用于装载所述烃源岩；

加热装置，所述加热装置包括箱体、设置在箱体内的加热件以及热电偶单元，所述箱体用于装载所述热压反应装置；

加压装置，其用于对所述下压头、下端盖和所述围压压头提供相应的压力；

流体压力控制与产物收集单元，其包括能与所述上压头的第二流道连通的流体压力控制器、能与所述上压头的第二流道连通的真空泵、与所述下压头的第一流道连通的水泵；

声发射检测装置，其包括穿设在所述反应釜体中的波导杆、与所述波导杆相连接的声发射检测探头。

在一种优选的实施方式中，所述下压头与所述管体之间设置有第一密封环。

在一种优选的实施方式中，所述围压压头与所述上压头之间设置有石墨密封环、第二密封环和楔形密封压环，所述石墨密封环位于所述管体的上方，所述第二密封环位于所述石墨密封环的上方，所述楔形密封压环位于所述第二密封环的上方。