一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置，包括岩芯夹持器和计算机控制系统；岩芯夹持器底部设有位移传感器，内部设有固定岩芯试样的围压筒，围压筒两端分别用上端盖和轴压压头封堵，与岩芯夹持器之间形成围压室，用于与围压伺服加载系统连接提供围压，上端盖和轴压压头内设置有与声波监测系统连接的波速测量装置，上端盖分别与流体注入系统和氮气气瓶相连接，用于注入高压流体或氮气，轴压压头与轴压伺服加载系统相连接，用于为岩芯试样提供轴压。本发明专利技术还公开了一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价方法，通过监测流体注入过程中岩石的声波波速，实现了对流体注入全过程动态耦合岩石力学参数以准确评价渗透率的变化。评价渗透率的变化。评价渗透率的变化。

【技术实现步骤摘要】
一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置与方法


[0001]本专利技术涉及岩石力学
，具体涉及一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置与方法。

技术介绍

[0002]岩石的流体注入过程研究作为许多工程学科的前沿课题，在石油开采、地应力测量、岩石断裂韧度分析、水库诱发地震、水坝及边坡失稳控制等领域具有广泛的应用前景，特别是在能源领域。深部地层高压流体注入技术是一项非常重要的技术，其广泛应用于页岩储层改造、地热储层增渗、煤层气开采等方面，工程中高压流体注入的效果直接影响了油气井的产量和油气田的经济效益。
[0003]深部地层高压流体注入技术主要是为了增强储层原有的渗流性能，通过向深部高温地层中注入高压流体产生微裂缝改变岩石力学结构，从而改变地层的渗透能力，而渗透率作为储层渗流能力的重要表征参数，与岩石力学参数存在耦合关系，其在注入阶段的动态变化能够直观地反映深部地层高压流体注入技术的地层改造效果。
[0004]但是，现阶段鲜有涉及深部地层高温环境下高压流体注入的岩石力学参数与渗透率动态耦合变化的评价方法，特别是渗透率测量具有一定的时间延迟效应，上游流体载荷变化后下游流体荷载无法及时相对应的发生变化，需要等上游流体压力及出口流速稳定后才能测得精确值，所以导致了现有的岩石力学实验装置大多是在稳态条件下对渗透率进行测试，且仅能测试试验前和测试试验末的渗透率值，如专利CN215640530U公开了一种拟三轴压裂系统，能够对压裂最终效果进行评价，但是该系统无法有效衡量包括渗透率增幅、增速以及特征时间突变等在内的一系列动态行为。
[0005]专利CN112683748A公开了一种压裂物理模拟过程中煤岩动态渗透率测量装置及方法，通过实时监测出口高压流体流量，实现了对压裂过程中渗透率的动态监测，但是该测量装置并未解决渗透率测试所存在的时间延迟效应，使得采用该装置监测渗透率实时动态演化时存在一定的误差，特别是在使用液氮、液态二氧化碳等室温下易发生相变的高压流体时，气化会导致流体体积的成倍增长，此时采用该测试装置无法有效监测出口处流量变化，使得该测试装置失效。
[0006]因此，亟需建立一种不受高压流体介质及时间延迟效应影响的高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置与方法，能够反映深部地层高温渗流环境下岩石力学参数对渗透性能的作用效果，为地层流体注入试验效果评价及施工提供依据。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置与方法,解决了高压流体注入前岩芯试样初始渗透率的测量，结合高压流体注入过程中岩芯试样损伤时的声波特征，基于岩石力学参数与渗透率的耦合关系建立岩芯试样渗透率的动态评价模型，实现了对深部高温地层流体注入全过程岩石渗透率伴随岩石力学参数
变化的准确评价，为流体注入施工提供了依据。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置，用于深部地层高压流体注入过程岩石力学参数与渗透率耦合的动态评价，包括岩芯夹持器和计算机控制系统；
[0010]所述岩芯夹持器底端设置有位移传感器，岩芯夹持器内设置有两端开口的围压筒，围压筒顶部采用上端盖进行封堵，底部采用轴压压头进行封堵，围压筒内设置有岩芯试样，岩芯试样侧壁与围压筒内壁相紧贴，围压筒外壁与岩芯夹持器之间形成围压室，围压室内设置有与加热保温系统相连接的加热电阻，围压室顶部设置有围压介质入口，底部设置有围压介质出口，围压介质入口和围压介质出口均通过管路与围压伺服加载系统连接形成循环回路，循环管路靠近围压介质入口一侧设置有围压传感器，靠近围压介质出口一侧设置有温度传感器；
[0011]所述上端盖的底部设置有纵波发射器和横波发射器，上端盖内设置有注入管，注入管底端插入岩芯试样中，顶端设置有三通阀，三通阀的第一连接端通过第一管路与流体注入系统相连接，第一管路上设置有流体压力传感器和第一减压阀，三通阀的第二连接端通过第二管路与氮气气瓶相连接，第二管路上设置有氮气压力传感器和第二减压阀；
[0012]所述轴压压头的加压端设置有纵波接收器和横波接收器，纵波接收器设置于与纵波发射器相对位置处，横波接收器设置于与横波发射器相对位置处，轴压压头内设置有轴压室和流出管，轴压室通过第三管路与轴压伺服加载系统相连接，第三管路上设置有轴压传感器，流出管一端与岩芯试样底面相紧贴，另一端与废液回收装置相连接，流出管上依次设置有背压阀、流体出口压力传感器和流量计；
[0013]所述纵波发射器、横波发射器、纵波接收器和横波接收器均与声波监测系统相连接；
[0014]所述计算机控制系统分别与加热保温系统、围压伺服加载系统、流体注入系统、轴压伺服加载系统、声波监测系统和位移传感器相连接。
[0015]优选地，所述岩芯试样顶面中心处设置有注入孔，注入管底端插入岩芯试样的注入孔内。
[0016]优选地，所述上端盖与岩芯夹持器为螺纹连接，轴压压头侧壁通过密封胶圈与岩芯夹持器密封连接。
[0017]优选地，所述流体注入系统设置有注液泵和高压流体储罐。
[0018]优选地，所述围压筒内壁设置有保温层。
[0019]一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价方法，采用如上所述的高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置，具体包括如下步骤：
[0020]步骤1，选取待测岩样制成岩芯试样，测量岩芯试样的初始长度l、截面积A和密度ρ，将岩芯试样置于岩芯夹持器的围压筒内，利用上端盖和轴压压头密封围压筒；
[0021]步骤2，根据地层温度设置岩芯试样的实验温度，利用加热保温系统控制加热电阻将岩芯试样加热至实验温度，结合温度传感器，使得岩芯试样的温度维持恒定，再根据模拟地层的地质资料设置轴压加压值σ1和围压加压值σ3，开启轴压伺服加载系统，利用轴压伺服加载系统控制轴压压头向岩芯试样施加轴压，结合轴压传感器的示数，当岩芯试样所受的轴压稳定为σ1时，开启围压伺服加载系统，利用围压伺服加载系统控制围压室向岩芯试样
施加围压，结合围压传感器的示数，使得岩芯试样所受的围压稳定为σ3；
[0022]步骤3，开启第二减压阀，将氮气气瓶内的氮气经注入管注入岩芯试样内，调节背压阀，结合流体出口压力传感器的示数，将流出管的出口压力调整为与模拟地层的孔隙压力p
out
相同，利用位移传感器测量岩芯试样的位移量Δl，开启声波监测系统，利用声波监测系统同时控制纵波发射器和横波发射器，使得纵波接收器接收纵波发射器发出的纵波信号，横波接收器接收横波发射器发出的横波信号，得到高压流体注入前岩芯试样的纵波速度v
p0
和横波速度v
s0
；
[0023]结合氮气压力传感器的示数，待氮气的注入压力p
i
′
nj
和排量稳定后，利用流量计测量流出管内的气体排量，结合氮气压力传感器和流体出口压力传感器的示数，计算岩芯试样的初始渗透率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置，其特征在于，用于深部地层高压流体注入过程岩石力学参数与渗透率耦合的动态评价，包括岩芯夹持器和计算机控制系统；所述岩芯夹持器底端设置有位移传感器，岩芯夹持器内设置有两端开口的围压筒，围压筒顶部采用上端盖进行封堵，底部采用轴压压头进行封堵，围压筒内设置有岩芯试样，岩芯试样侧壁与围压筒内壁相紧贴，围压筒外壁与岩芯夹持器之间形成围压室，围压室内设置有与加热保温系统相连接的加热电阻，围压室顶部设置有围压介质入口，底部设置有围压介质出口，围压介质入口和围压介质出口均通过管路与围压伺服加载系统连接形成循环回路，循环管路靠近围压介质入口一侧设置有围压传感器，靠近围压介质出口一侧设置有温度传感器；所述上端盖的底部设置有纵波发射器和横波发射器，上端盖内设置有注入管，注入管底端插入岩芯试样中，顶端设置有三通阀，三通阀的第一连接端通过第一管路与流体注入系统相连接，第一管路上设置有流体压力传感器和第一减压阀，三通阀的第二连接端通过第二管路与氮气气瓶相连接，第二管路上设置有氮气压力传感器和第二减压阀；所述轴压压头的加压端设置有纵波接收器和横波接收器，纵波接收器设置于与纵波发射器相对位置处，横波接收器设置于与横波发射器相对位置处，轴压压头内设置有轴压室和流出管，轴压室通过第三管路与轴压伺服加载系统相连接，第三管路上设置有轴压传感器，流出管一端与岩芯试样底面相紧贴，另一端与废液回收装置相连接，流出管上依次设置有背压阀、流体出口压力传感器和流量计；所述纵波发射器、横波发射器、纵波接收器和横波接收器均与声波监测系统相连接；所述计算机控制系统分别与加热保温系统、围压伺服加载系统、流体注入系统、轴压伺服加载系统、声波监测系统和位移传感器相连接。2.根据权利要求1所述的一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置，其特征在于，所述岩芯试样顶面中心处设置有注入孔，注入管底端插入岩芯试样的注入孔内。3.根据权利要求1所述的一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置，其特征在于，所述上端盖与岩芯夹持器为螺纹连接，轴压压头侧壁通过密封胶圈与岩芯夹持器密封连接。4.根据权利要求1所述的一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置，其特征在于，所述流体注入系统设置有注液泵和高压流体储罐。5.根据权利要求1所述的一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置，其特征在于，所述围压筒内壁设置有保温层。6.一种高压流体注入过程岩石力学参数动态评价方法，其特征在于，采用如权利要求1～5中任一所述的高压流体注入过程岩石力学参数动态评价装置，具体包括如下步骤：步骤1，选取待测岩样制成岩芯试样，测量岩芯试样的初始长度l、截面积A和密度ρ，将岩芯试样置于岩芯夹持器的围压筒内，利用上端盖和轴压压头密封围压筒；步骤2，根据地层温度设置岩芯试样的实验温度，利用加热保温系统控制加热电阻将岩芯试样加热至实验温度，结合温度传感器，使得岩芯试样的温度维持恒定，再根据模拟地层的地质资料设置轴压加压值σ1和围压加压值σ3，开启轴压伺服加载系统，利用轴压伺服加载系统控制轴压压头向岩芯试样施加轴压，结合轴压传感器的示数，当岩芯试样所受的轴压
稳定为σ1时，开启围压伺服加载系统，利用围压伺服加载系统控制围压室向岩芯试样施加围压，结合围压传感器的示数，使得岩芯试样所受的围压稳定为σ3；步骤3，开启第二减压阀，将氮气气瓶内的氮气经注入管注入岩芯试样内，调节背压阀，结合流体出口压力传感器的示数，将流出管的出口压力调整为与模拟地层的孔隙压力p
out
相同，利用位移传感器测量岩芯试样的位移量Δl，开启声波监测系统，利用声波监测系统同时控制纵波发射器和横波发射器，使得纵波接收器接收纵波发射器发出的纵波信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙峰，张旭东，薛世峰，贾朋，黄朝琴，侯丙昌，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：