一种用于获取粗糙裂缝内流动通道的装置及方法与流程

本发明涉及油气勘探开发领域压裂增产过程中一种用于获取粗糙裂缝内流动通道的装置及方法。

背景技术：

近年来，随着基岩地区的地下水开采、石油开采、地热开发等领域的快速发展，粗糙裂缝渗透率对岩土工程稳定性的影响受到广泛关注。粗糙裂缝内流动通道形状直接影响粗糙裂缝的渗透率（过流能力），是目前研究该领域备受关注的研究重点。分析评价粗糙裂缝内流动通道对研究粗糙裂缝渗透率变化机理至关重要。

目前缺乏对粗糙裂缝缝内流动通道的实验表征手段，物理模拟装置和方法明显存在以下缺点：

（1）使用圆形实验岩样进行实验，仅能加载周向应力，不能加载垂向应力，不能满足对研究垂向应力的需求；

（2）由于多使用应力加载机，不能达到精确控制应力的要求；

（3）夹持器设计不便，容易造成实验岩样的破坏，不能获取准确的通道形状；

（4）夹持器不能旋转，仅能测试一个角度下的流动通道情况；

（5）实验结束后，不能快速取出实验岩样；

（6）多使用人工装填浇注剂，在高温环境下，安全性欠佳；

（7）液压设备体积庞大，操作不便。

针对现有技术的不足，研究及开发一种用于获取粗糙裂缝内流动通道的装置及方法，从而为获取模拟垂向应力加载后粗糙裂缝内流动通道提供条件，已成为当务之急。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于获取粗糙裂缝内流动通道的装置，该装置原理可靠，操作简便，模拟了地下水开采、石油开采、地热开发等领域中，裂缝性岩体在受垂向应力作用后的流动通道变形过程，并通过注入浇注剂准确获取流动通道内形貌。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置获取粗糙裂缝内流动通道的方法，在保持垂向应力加载下，向缝内注入液体金属材料，填充所有粗糙缝内流动通道，系统降温使液体金属材料固化后即可记录加载垂向应力下的粗糙缝内流动通道，该方法为研究粗糙裂缝渗透率变化机理提供条件。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

本发明模拟加载垂向应力后粗糙裂缝内流动通道受力变形的过程，即在保持垂向应力加载下，将整个装置升温，通过向缝内注入液体金属材料，填充所有粗糙缝内流动通道，系统降温使液体金属材料固化后，通过数值表征手段可对加载垂直应力后粗糙裂缝内流动通道进行详细数据分析。

一种用于获取粗糙裂缝内流动通道的装置，主要由夹持器、恒温箱、旋转电机、浇注剂中间容器、恒压泵、恒速泵和计算机组成，所述夹持器连接旋转电机，夹持器包含外腔体、内腔体、实验岩样和活塞，实验岩样位于夹持器内，实验岩样中有天然或人工粗糙裂缝，活塞位于实验岩样上，实验岩样有浇注入口和浇注出口，外腔体、内腔体之间有液压入口；所述液压入口连接恒压泵，所述浇注入口通过浇注剂中间容器连接恒速泵，夹持器和浇注剂中间容器置于恒温箱内，旋转电机、恒压泵、恒速泵均通过数据传输线连接计算机。

所述夹持器设于恒温箱内，该夹持器的液压入口通过一钢制导管与恒速恒压加压机的出液口连接，所述夹持器腔体设有实验岩样以及用于对该实验岩样加载垂向应力的活塞，所述夹持器腔体内实验岩样设有浇注入口，用于向实验岩样粗糙缝内加注浇注剂。

所述旋转电机用于调整夹持器角度。

所述浇注剂中间容器用于装载浇注剂，并通过活塞隔离浇注剂与动力液。

所述恒温箱用于为夹持器、浇注剂中间容器以及实验流程管线提供恒定温度保证。

所述恒压泵用于对实验岩样加载垂向应力，恒速泵用于提供泵注浇注剂动力。

所述数据传输线用于链接所有电控设备所需数据，计算机用于控制整体装置状态，控制实验流程。

利用上述装置获取粗糙裂缝内流动通道的方法，依次包括以下步骤：

1、准备实验岩样，要求实验岩样中待浇注裂缝宽度不低于0.1mm；

2、将浇注剂装入浇注剂中间容器中；

3、将实验岩样放置于夹持器中，加载初始应力后，启动旋转电机将夹持器垂直放置；

4、启动恒温烘箱，装置升温至稳定状态；

5、启动恒压泵，对实验岩样施加指定垂向应力，随后启动恒速泵，向实验岩样裂缝中注入浇注剂；

6、恒温箱停止工作，装置降温使浇注剂凝固；

7、取出实验岩样并分离浇注体。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：实验装置操作简便，模拟了地下水开采、石油开采、地热开发等领域中，裂缝性岩体在受垂向应力作用后的流动通道变形过程，并通过注入浇注剂准确获取流动通道内形貌，为研究粗糙裂缝渗透率变化机理提供条件。

附图说明

图1是一种用于获取粗糙裂缝内流动通道的装置的结构示意图。

图2是图1中夹持器的侧视图。

图3是图1中夹持器的俯视图。

图中：1、实验岩样；2、夹持器；3、恒温箱；4、旋转电机；5、浇注剂中间容器；6、恒压泵；7、恒速泵；8、数据传输线；9、计算机；10、外腔体；11、内腔体；12、活塞；13、液压入口；14、浇注入口；15、浇注出口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

如图1、图2、图3所示。

一种用于获取粗糙裂缝内流动通道的装置，主要由夹持器2、恒温箱3、旋转电机4、浇注剂中间容器5、恒压泵6、恒速泵7和计算机9组成，所述夹持器2连接旋转电机4，夹持器2包含外腔体10、内腔体11、实验岩样1和活塞12，实验岩样1位于夹持器2内，活塞12位于实验岩样1上，实验岩样有浇注入口14和浇注出口15，外腔体10、内腔体11之间有液压入口13；所述液压入口13连接恒压泵6，所述浇注入口14通过浇注剂中间容器5连接恒速泵7，夹持器2和浇注剂中间容器5置于恒温箱3内，旋转电机4、恒压泵6、恒速泵7均通过数据传输线8连接计算机9。

利用上述装置获取粗糙裂缝内流动通道的方法，步骤如下：

1、制作与夹持器内腔体11尺寸相匹配的实验岩样，在此选用夹持器内腔体11尺寸为长100mm、宽40mm、高40mm，实验岩样制作尺寸为长100mm、宽38mm、高38mm；

2、选用内径50mm、壁厚1mm热缩管包裹实验岩样1，并使其热缩紧密包裹实验岩样1；

3、启动夹持器旋转电机4，旋转夹持器2到水平位置；

4、将制作完成的实验岩样1放入夹持器2中部；

5、启动恒压泵6，加载实验岩样1垂向应力，应力值设定为0.2MPa；

6、选用伍德合金作为浇注剂，放入浇注剂中间容器5中；

7、启动夹持器旋转电机4，旋转夹持器2到垂直位置；

8、开启恒温烘箱3，调整烘箱温度为95℃；

9、当恒温烘箱3温度达到设定值95℃后，稳定1小时；

10、启动恒压泵6，加载实验岩样垂向应力至实验指定值，例如30MPa；

11、待恒压泵6应力系统达到实验制定值后，稳定30分钟并保持；

12、启动恒速泵7，流速设定10ml/min，通过浇注剂浇注入口14向夹持器2内实验岩样1泵注浇注剂（伍德合金）；

13、通过观察浇注剂浇注出口15流量，待出口流量稳定后停止恒速泵7；

14、关闭恒温烘箱3，使其自然降温至30℃以下；

15、启动恒压泵6，卸载实验岩样垂向应力至0.2MPa；

16、启动夹持器旋转电机4，将夹持器2旋转至水平位置，并启动恒压泵6，卸载实验岩样垂向应力至实验岩样1与活塞12脱离；

17、取出实验岩样1，去除热缩膜包裹层；

18、取出浇注体；

19、清洗流程。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过以上描述或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。