[发明专利]一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统与方法

说明书

本发明公开了一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统与方法，该系统和方法利用活塞对岩石试件液压加载，并借助中子照相系统所具备的实时成像功能动态监测压裂缝的延伸和扩展行为。本发明通过在压裂物理模拟过程中引入中子照相系统，克服了传统声发射技术和荧光示踪剂方法在压裂缝扩展研究时无法实时监测的弊端，解决了压裂缝延伸扩展动态实时监测的难题，实现了岩石真三轴与中子成像技术的实时配合，对研究真三轴应力状态下压裂缝的形成与延伸扩展规律具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统与方法，属于岩石力学与油气开发领域。

背景技术

随着油气勘探开发的深入进行，常规油气资源日趋紧张，而美国页岩气革命的成功，使页岩油气、致密油气等非常规油气资源在现有技术下显示出强大的生命力。我国非常规油气资源丰富，但一般而言，非常规油气储层均具有低孔低渗的特点，常规条件下油气开采困难，需借助人工压裂等技术手段。掌握油气储层压裂缝延伸扩展规律是控制形成复杂缝网的关键，对非常规油气开发具重要意义。

压裂物理模拟是一种可靠且有效地认识压裂缝几何形态和延伸扩展过程的重要手段。该方法可实现定量分析岩石内天然裂缝系统、地应力条件等因素对压裂缝延伸扩展行为与形态的影响。

声发射技术和荧光示踪剂是目前压裂缝监测的常用方法，但其存在局限性：一者，声发射技术定位的准确性在很大程度上受探头布置位置及精度的影响，并且声发射技术不能准确展示压裂缝的裂缝面，进而难以准确地呈现裂缝面的扭转、分叉等复杂的延伸扩展现象；二者，荧光示踪剂的作用只有在实验结束后沿压裂缝劈开才得以体现，不能记录压裂过程中压裂缝动态扩展路径。

中国实用新型专利（专利号201320462332.2）公开的带CT扫描成像系统的微机控制电液伺服多场耦合岩石三轴试验机，主要包括试验机主机、电液伺服加载系统、围压孔压伺服加载系统、闭环测控系统、计算机控制和处理系统、CT扫描系统、温控系统以及转动平台。该设备结构简单，测量数据精确且方便，可有效反映岩石在轴向与围压作用下的物理学性能。该专利涉及的主要常规三轴实验装置，只能分析轴对称应力状态下的岩石破裂过程，不能呈现真实应力状态。

中国发明专利文献（201510577392.2）公开的一种带CT实时扫描系统的岩石真三轴试验系统及方法，包括真三轴压力盒、真三轴主机框架、加载装置以及CT扫描装置。该发明对CT扫描区采用特殊设计的横向加载系统、碳纤维传力板和立柱，解决了X射线无法穿透传统真三维试验机的难题。

上述专利虽可用于实时监测压裂缝扩展的实验，但其仍存在局限性，岩石突破其强度极限形成裂缝的瞬间，压裂缝扩展速率可能会超过CT捕获成像的能力范畴，致使一些关键裂缝扩展细节无法知晓；另外，特殊碳纤维材料的制备亦存在造价高和适用性等问题。

中子照相技术是一种用于分析样品结构的非破坏性技术，其基本原理与X射线照相术相似，但具有比X射线能量更高、穿透力更强的优点，可以解决一些X射线成像难以解决的问题。中子与X射线与物质相互作用的明显差别反映在各种元素的质量吸收系数上，氢的热中子质量系数很大，而一些重元素的中子质量吸收系数却很小，于是，对于检测含有氢物质和重金属所组成的物体，中子照相技术特别有效，可穿透高密度材料成像。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统与方法，基于中子照相系统动态监测压裂缝扩展，在压裂物理模拟过程中实现实时地监测压裂缝的形成与延伸扩展。

本发明一种油气储层压裂缝扩展模拟动态监测系统，包括真三轴压力室、流体注入系统、压力加载系统、中子照相系统和数据采集处理系统。