[发明专利]一种多功能致裂模拟测试系统及方法

摘要

本发明公开了一种多功能致裂模拟测试系统及方法，能够根据需要选择支路分别进行水力压裂、纯CO2压裂、改进的CO2压裂(添加有化学试剂)模拟测试；为了防止化学试剂及压裂液对泵造成腐蚀，分别通过小型活塞容器、大型活塞容器对化学试剂、压裂液进行间接输送，并设计有搅拌容器以使CO2与化学试剂能有效混合而使其充分溶解；同时为了便于测试压裂液在不同温度条件下的特性，设计有可对压裂液进行加温的加热器；该系统具有判别起裂压力、评价致裂效果的功能，可通过压力表读数变化与声发射监测装置监测的信号变化来判断起裂压力，并通过天平、刻度尺分别用来测量压裂后的破碎岩样的质量、尺寸，进而获得相应的分形维数，而对致裂效果进行评价。

主权项

1.基于多功能致裂模拟系统的测试方法，所述模拟系统包括一号气瓶（1）、二号气瓶（2）、小型盛水容器（13）和大型盛水容器（25），其中一号气瓶（1）的出口通过一号阀（3）与过滤器（5）的入口连接，二号气瓶（2）的出口通过二号阀（4）与过滤器（5）的入口连接，过滤器（5）与低温浴槽（7）的入口连接且连接管路上有流量计（6），低温浴槽（7）的出口与搅拌容器（19）的进气口连接且连接管路上依次设置有一号温度传感器（8）、一号泵（9）、一号安全阀（10）和一号单向阀（11）；小型盛水容器（13）设置在一号天平（12）上，小型盛水容器（13）通过管道与小型活塞容器（16）连接且连接管道上依次设置有三号阀（14）和二号泵（15），小型活塞容器（16）与搅拌容器（19）的进水口连接且连接管道上依次设置有二号安全阀（17）和二号单向阀（18）；搅拌容器（19）中部的采样口通过管道与岩样室（36）连接且连接管道上依次设置有一号加热器（20）、二号温度传感器（21）、一号压力表（22）和四号阀（23）；大型盛水容器（25）设置在二号天平（24）上，大型盛水容器（25）通过管道与大型活塞容器（28）连接且连接管道上依次设置有五号阀（26）和三号泵（27），大型活塞容器（28）与岩样室（36）连接且连接管道上依次设置有三号安全阀（29）、三号单向阀（30）、二号加热器（31）、三号温度传感器（32）、二号压力表（33）和六号阀（34），岩样室（36）位于三轴加载装置（37）上，三轴加载装置（37）上布置有声发射监测装置（38），所述声发射监测装置（38）为美国物理声学公司生产的声发射监测装置，是为了对三轴压缩过程中岩样室的岩样的声发射信号进行实时采集，并配合一号压力表（22）、二号压力表（33）的读数变化以判别起裂压力，且兼具有对致裂效果初步评价的功能；其特征在于：使一号阀（3）、二号阀（4）、一号泵（9）、三号阀（14）、二号泵（15）、四号阀（23）处于打开状态，一号气瓶（1）、二号气瓶（2）中的CO2分别通过一号阀（3）、二号阀（4）进入过滤器（5），经过滤器（5）过滤后依次流经流量计（6）、低温浴槽（7）、一号温度传感器（8）、一号泵（9）、一号安全阀（10）和一号单向阀（11）；同时一号天平（12）测量小型盛水容器（13）中水的质量，小型盛水容器（13）中的水通过管道流经三号阀（14）、二号泵（15），而后进入小型活塞容器（16）的下部，通过小型活塞容器（16）中的活塞运动而使容器上部的化学试剂流经二号安全阀（17）、二号单向阀（18），而后在搅拌容器（19）与流经一号单向阀（11）的CO2相混合，待混合搅拌均匀后进入一号加热器（20）进行加热处理，然后通过管道依次流经二号温度传感器（21）、一号压力表（22）、四号阀（23）、四号温度传感器（35）而进入岩样室（36），由三轴加载装置（37）对岩样室（36）中的岩石试件进行加载，声发射监测装置（38）监测实验过程中的声发射信号，并配合一号压力表（22）的读数变化以判别起裂压力，初步评价致裂效果；过程中实时读取一号温度传感器（8）、二号温度传感器（21）、四号温度传感器（35）、一号压力表（22）中的监测数据，并通过压力表变化判断起裂压力；待压裂完成后，分别测量压裂后的破碎岩样的质量、尺寸，进而获得相应的分形维数，并借助分形岩石力学方法通过分形维对致裂效果进行评价，从而完成CO2压裂模拟测试；将五号阀（26）、三号泵（27）、六号阀（34）处于打开状态，同时用二号天平（24）测量大型盛水容器（25）中水的质量，大型盛水容器（25）中的水通过管道流经五号阀（26）、三号泵（27）而后进入大型活塞容器（28）的下部，通过大型活塞容器（28）中的活塞运动而使容器上部的水力压裂液流经三号安全阀（29）、三号单向阀（30），然后进入二号加热器（31）进行加热处理，然后通过管道依次流经三号温度传感器（32）、二号压力表（33）、六号阀（34）、四号温度传感器（35）而进入岩样室（36），由三轴加载装置（37）对岩样室（36）中的岩石试件进行加载，声发射监测装置（38）监测实验过程中的声发射信号，并配合二号压力表（33）的读数变化以判别起裂压力，初步评价致裂效果；过程中实时读取三号温度传感器（32）、二号压力表（33）、四号温度传感器（35）中的监测数据，并通过压力表变化判断起裂压力；待压裂完成后，分别测量压裂后的破碎岩样的质量、尺寸，进而获得相应的分形维数，并借助分形岩石力学方法通过分形维对致裂效果进行评价，从而完成水力压裂模拟测试。