[发明专利]一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置

说明书

一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置，包括偏振光组件、压裂裂缝扩展模拟组件、CT机和数据实时处理显示系统。偏振光组件包括电子枪、聚能线圈、光学弹性片、靶环、应力数据采集器；聚能线圈为具有加强偏振光强度的线圈；其中电子枪的中心与聚能线圈的中心位于同一水平线上；聚能线圈靠近电子枪的一端安装有起偏器，另一端安装有聚光镜，电子枪发射的光束依次穿过聚能线圈的起偏器、聚光镜后形成偏振光源并会聚在靶环上，靶环和应力数据采集器分别安装在CT机的内壁上；压裂裂缝扩展模拟组件被所述CT机环绕。该装置能够实现压裂过程中储层内部裂缝起裂扩展和应力动态变化同步监测，对现场压裂施工方案的优化设计具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置及模拟方法，属于石油天然气开采领域。

背景技术

我国的低渗透、特低渗透、非常规油气藏分布广泛，拥有较大的开发潜力。由于其低孔、低渗等特征，通常依赖于压裂增产改造技术以实现经济有效开发。压裂裂缝可有效沟通储层，为油气渗流提供通道，裂缝形态越复杂储层有效改造体积越大，越有利于储层开发与油气生产。

根据裂缝扩展经典理论，裂缝沿最小主应力方向起裂，沿最大主应力方向延伸，所以储层内裂缝的扩展规律与复杂形态主要取决于储层内应力的动态分布，所以准确认识储层应力分布与动态变化规律，对认识裂缝扩展规律与裂缝形态至关重要。

目前，油田现场压裂施工过程中，应用一种地震裂缝监测技术，利用断裂力学中摩尔‐库伦准则，采用适当频段的测震传感器接收和记录井下裂缝边缘发生的微地震，并根据微地震走时进行震源定位，由微地震震源的空间分布分析裂缝轮廓的平面分布与展布方位。但随着水平井分段压裂技术与井工厂技术的快速发展，储层压裂形成的裂缝形态愈加复杂与难以预测，同时由于储层埋藏深，井场环境复杂和噪音大等干扰因素的影响，导致现场裂缝监测得到的反馈信号弱且杂乱，难以得到准确的裂缝形态，致使施工方案的优化设计盲目与难以令人信服，所以亟需从理论分析与物理模拟实验的角度研究压裂过程中储层应力动态变化规律与裂缝扩展规律，对压裂机理认识和施工方案优化具有重要的知道意义。

计算机断层摄影(CT)系统，是一种与高功率锥束CT应用相结合的、对数据进行扫描和采集/处理的系统和方法，可指引X射线以连续的方式穿过物体，经由相继的探测器将探测到的光子聚集成各视图或各帧，并将这些数据重建成被研究区域的2D/3D图像，从而得到物体内部解剖结构的详细图像/图片，利用投影图像中的颜色对比区别和分析材料内部构造。

光学弹性法属于一种非接触式应力测试方法，既可测试表面应力，也可测试内部应力，其原理是将具有双折射效应的透明光弹性贴片粘贴在被测工件上并置于偏振光场中，通过测试工件加上载荷后弹性片上产生的干涉条纹数目与条纹密集程度，确定工件在受载情况下的应力状态，可用于复杂几何形状和载荷条件构件的应力分布状态的研究。

目前，测试应力的实验装置均要求压感元件与物件表面直接接触，并没有一种能够实现物件内部应力实时准确监测与数据处理分析的装置，无法实现压裂过程中储层内部裂缝起裂扩展和应力动态变化的同步监测。

发明内容

为解决现有压裂模拟装置无法实现压裂过程中储层内部裂缝起裂扩展和应力动态变化同步监测的问题，本发明提供一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置。

本发明的技术方案：

一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置，包括偏振光组件、压裂裂缝扩展模拟组件、CT机和数据实时处理显示系统；

所述偏振光组件包括电子枪、聚能线圈、光学弹性片、靶环、应力数据采集器；

所述聚能线圈为金属材料或金属复合材料缠绕而成的具有加强偏振光强度的线圈；

所述电子枪的中心与所述聚能线圈的中心位于同一水平线上；