利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置，其涉及水力压裂大型物理模拟实验领域，该方法包括：制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，岩块中设置有热电偶单元；在岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结模拟井筒；将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化；待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至声发射探头安装孔中，并将声发射探头以及声发射探头与导线的连接处密封；在声发射探头处放置吸液件，同时在水管上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至吸液件上；等。本申请能够在高温高压环境下进行缝洞型岩石水力压裂物理模拟试验，探究高温高压环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理。

Test method and device for monitoring fractured hole rock fracturing process by acoustic emission

The invention discloses an experimental method and a device for using acoustic emission to monitor the fracture process of a fractured rock, which involves the field of large physical simulation experiments in hydraulic fracturing, which includes the production of rock blocks with simulated natural cracks and simulated seam holes, and a thermocouple unit in the rock block; an analog well is drilled on a rock block. The tube and acoustic emission probe are installed, and the wellbore is simulated with a cementation of rebar glue; the rock mass is heated to monitor the temperature change of the rock block through the thermocouple unit. The acoustic emission probe is installed in the installation hole of the acoustic emission probe after the internal temperature of the rock is reached, and the acoustic emission probe and the acoustic emission probe are used. The connecting place of the wire is sealed; a suction piece is placed at the acoustic emission probe, and a hole is opened on the pipe so that the coolant can flow through the hole to the suction part; This application can carry out the physical simulation test of fractured rock hydraulic fracturing in high temperature and high pressure environment, and explore the expansion mechanism of hydraulic cracks in the rock under high temperature and high pressure.

【技术实现步骤摘要】
利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置
本专利技术涉及水力压裂大型物理模拟实验领域，特别涉及一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置。
技术介绍
水力压裂技术是油气生产及地热开采过程中一种有效的增产措施。随着石油、天然气资源逐渐趋于枯竭以及地热资源的需求量越来越大，深层油气资源和地热资源开采逐年增加，然而深层石油储层及地热资源长期处于高温高压、富含天然裂缝及缝洞的地质环境中，常温常压下水力裂缝在岩石中的扩展机理不足以解释裂缝在深层岩石中的扩展特征。因此迫切需要进行高温高压环境下缝洞型岩石水力压裂物理模拟试验，从而探究高温高压环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术实施例所要解决的技术问题是提供了一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置，其能够在高温高压环境下进行缝洞型岩石水力压裂物理模拟试验，从而探究高温高压环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理。本专利技术实施例的具体技术方案是：一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，包括：制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，所述岩块中设置有热电偶单元；在所述岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结所述模拟井筒；将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化；待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，并将所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处密封；在所述声发射探头处放置吸液件，同时在水管上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至所述吸液件上；将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，待三向围压达到预定压力值后，对所述岩块进行水力压裂，在此期间，向所述水管中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件上对所述声发射探头进行冷却，通过所述声发射探头对岩块进行检测；待水力压裂结束后，通过声发射探头检测得到的数据通过声发射定位程序得到岩块内裂缝产生及扩展位置。在一种优选的实施方式中，在所述制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，所述岩块中设置有热电偶单元的步骤中，通过在岩块中设置无纺布包裹的水泥球，并在无纺布外部绕设带孔的胶带从而来制作模拟缝洞体，通过在岩块中设置长方体磨具来制作模拟天然裂缝，所述热电偶单元包括多个热电偶，多个所述热电偶设置在所述岩块的不同高度处。在一种优选的实施方式中，在所述在所述岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结所述模拟井筒的步骤中，在所述岩块的表面钻取多个声发射探头安装孔，根据所述声发射探头安装孔的位置在所述岩块的壁面上开设导线槽，同时在所述岩块中的所述模拟井筒的底部侧壁开设环形槽。在一种优选的实施方式中，在所述将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化的步骤中，将所述岩块以预设温度梯度进行加热，在加热过程中，每达到一个温度目标温度后按照预设时间进行保温。在一种优选的实施方式中，在所述待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，并将所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处密封的步骤中，用生胶带将声发射探头及声发射探头与导线连接处缠好以达到密封目的，并在所述声发射探头表面涂抹耦合剂。在一种优选的实施方式中，在所述在所述声发射探头处放置吸液件，同时在水管上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至所述吸液件上的步骤中，所述吸液件为海绵或棉花。在一种优选的实施方式中，所述利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法还包括：在将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室时，将包裹在隔离袋中的声发射前置放大器放置到所述水力压裂设备压力室内，在所述隔离袋上放置有吸液件，水管中的冷却液通过孔洞能流至吸液件上。在一种优选的实施方式中，在所述将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，待三向围压达到预定压力值后，对所述岩块进行水力压裂，在此期间，向所述水管中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件上对所述声发射探头进行冷却，通过所述声发射探头对岩块进行检测的步骤中，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，在三个方向以相同的增压速率同步加压，待三个方向的围压均达到预设压力后，保持围压恒定至实验结束。在一种优选的实施方式中，所述第一预设温度与所述第一预设温度的差值小于等于10度。一种如上述任一所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法中使用的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验装置，所述利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验装置包括：岩块制作模具，所述岩块制作模具中能够设置无纺布包裹的水泥球和长方体磨具，所述无纺布外绕设有带孔的胶带，所述岩块制作模具用于制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块；热电偶单元，所述热电偶单元包括多个热电偶，多个所述热电偶用于设置在所述岩块的不同高度处；加热箱，所述加热箱用于对所述岩块进行加热至第一预设温度；水力压裂设备压力室，所述水力压裂设备压力室用于对所述岩块施加三向围压，并进行水力压裂；声发射探头，所述声发射探头安装孔能够设置在所述岩块的声发射探头安装孔中，所述声发射探头用于所述岩块在进行水力压裂时对岩块进行检测，从而得到岩块内裂缝产生及扩展位置；冷却单元，所述冷却单元包括吸液件、开设有孔洞的水管、与所述水管相连接的水泵，所述冷却单元用于对所述声发射探头进行冷却。本专利技术的技术方案具有以下显著有益效果：1、本申请中提供的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置可在实验室条件下，应用声发射探头监测高温条件下具有模拟缝洞体及模拟天然裂缝的岩石水力压裂物理模拟的试验过程，从而能够得到高温条件对水力裂缝在具有缝洞体及天然裂缝的岩石中扩展的影响。在试验过程中采用循环冷却液冷却声发射探头及声发射前置放大器，从而保护了声发射系统部件不受高温损坏；在对岩块进行加热时，通过采用梯度加热的方式保证了岩块的均匀受热，避免了不均匀加热可能造成钻孔内的植筋胶胀破岩石的情况以及岩石自身内外受热不均膨胀不同而导致的破裂，从而保持了岩石的完整性。本申请能够充分模拟深层缝洞型岩石水力压裂过程中的高温条件、缝洞及天然裂缝对水力裂缝的影响，使得水力压裂物理模拟过程更加符合现场实际情况，同时，试验过程中采用了声发射系统对水力裂缝扩展行为进行监测，从而在试验后能够得到岩石内水力裂缝产生及扩展的空间位置。2、本专利技术中的试验方法流程简单、操作方便，可为高温水力压裂裂缝起裂及扩展的研究提供参考，并对油田高温深层缝洞型储层的水力压裂施工提供指导。参照后文的说明和附图，详细公开了本专利技术的特定实施方式，指明了本专利技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本专利技术的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本专利技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。附图说明在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本专利技术公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本专利技术的理解，并不是具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，包括：制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，所述岩块中设置有热电偶单元；在所述岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结所述模拟井筒；将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化；待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，并将所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处密封；在所述声发射探头处放置吸液件，同时在水管上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至所述吸液件上；将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，待三向围压达到预定压力值后，对所述岩块进行水力压裂，在此期间，向所述水管中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件上对所述声发射探头进行冷却，通过所述声发射探头对岩块进行检测；待水力压裂结束后，通过声发射探头检测得到的数据通过声发射定位程序得到岩块内裂缝产生及扩展位置。

【技术特征摘要】
1.一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，包括：制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，所述岩块中设置有热电偶单元；在所述岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结所述模拟井筒；将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化；待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，并将所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处密封；在所述声发射探头处放置吸液件，同时在水管上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至所述吸液件上；将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，待三向围压达到预定压力值后，对所述岩块进行水力压裂，在此期间，向所述水管中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件上对所述声发射探头进行冷却，通过所述声发射探头对岩块进行检测；待水力压裂结束后，通过声发射探头检测得到的数据通过声发射定位程序得到岩块内裂缝产生及扩展位置。2.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，所述岩块中设置有热电偶单元的步骤中，通过在岩块中设置无纺布包裹的水泥球，并在无纺布外部绕设带孔的胶带从而来制作模拟缝洞体，通过在岩块中设置长方体磨具来制作模拟天然裂缝，所述热电偶单元包括多个热电偶，多个所述热电偶设置在所述岩块的不同高度处。3.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述在所述岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结所述模拟井筒的步骤中，在所述岩块的表面钻取多个声发射探头安装孔，根据所述声发射探头安装孔的位置在所述岩块的壁面上开设导线槽，同时在所述岩块中的所述模拟井筒的底部侧壁开设环形槽。4.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化的步骤中，将所述岩块以预设温度梯度进行加热，在加热过程中，每达到一个温度目标温度后按照预设时间进行保温。5.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，并将所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处密封的步骤中，用生胶带将声发射探头及声发射探头与导线连接处缠好以达到密封目的，并在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广清，蒋永旺，邢岳堃，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11