应力变化与裂缝扩展方向测试装置及方法制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种应力变化与裂缝扩展方向测试装置及方法。该装置包括：围压室、围压加载单元、压裂单元、应力测量单元和裂缝测量单元，其中，围压室用于容纳待测岩心；围压加载单元与所述围压室相连通，用于向待测岩心施加围压；压裂单元与短接头位于待测岩心外部的一端相连接，用于压裂待测岩心；应力测量单元与待测岩心内部的应变花相连接，用于测量待测岩心压裂过程中应力的变化；裂缝测量单元与所述围压室相连通，用于测量待测岩心压裂过程中裂缝的扩展方向。本申请实施例的应力变化与裂缝扩展方向测试装置及方法可以测试岩心压裂过程中的应力变化与裂缝的扩展方向。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及石油开采
，特别涉及一种应力变化与裂缝扩展方向测试装置及方法。
技术介绍
低渗透油藏进入中、高含水期的开发阶段期后，重复压裂是该类油藏综合治理、控水稳油的重要组成部分。因此，准确的描述压裂井筒周围岩心的应力场变化与裂缝延伸方向对重复压裂研究有着重要意义。现有技术中没有合适的测试压裂井筒周围岩心的应力场变化与裂缝延伸方向的装置和方法，从而制约了重复压裂技术的推广使用。
技术实现思路
本申请实施例的目的是提供一种应力变化与裂缝扩展方向测试装置及方法，以测试岩心在压裂过程中的应力变化与裂缝的扩展方向。为解决上述技术问题，本申请实施例提供的一种应力变化与裂缝扩展方向测试装置及方法是这样实现的：一种应力变化与裂缝扩展方向测试装置，包括：围压室、围压加载单元、压裂单元、应力测量单元和裂缝测量单元，其中，所述围压室用于容纳待测岩心；所述围压加载单元与所述围压室相连通，用于向待测岩心施加围压；所述压裂单元与短接头位于待测岩心外部的一端相连接，用于压裂待测岩心；所述应力测量单元与待测岩心内部的应变花相连接，用于测量待测岩心压裂过程中应力的变化；所述裂缝测量单元与所述围压室相连通，用于测量待测岩心压裂过程中裂缝的扩展方向。一种应力变化与裂缝扩展方向测试方法，包括：制备待测岩心，并将制备好的待测岩心置于围压室内，所述待测岩心为长方体形状；将应变花与所述信号转换器相连接，将短接头位于所述待测岩心外部的一端与所述压力测定仪相连接，所述应变花位于所述待测岩心内部，所述短接头的另一端位于所述待测岩心的中心附近；使用围压加载单元向所述待测岩心施加围压，该围压的数值等于所述待测岩心初始地应力状态下的围压值；使用压裂单元对所述待测岩心进行压裂；在对所述待测岩心进行压裂的过程中，通过应变花接收所述待测岩心的应力变化并将其转化为模拟形变信号，使用应力测量单元将所述模拟形变信号转化为所述待测岩心的应力变化；在对所述待测岩心进行压裂的过程中，使用裂缝测量单元测量所述待测岩心的裂缝扩展方向。由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例通过压裂单元对所述待测岩心进行压裂，使所述待测岩心产生裂缝。在对所述待测岩心进行压裂的过程中，通过围压加载单元向所述待测岩心施加3个不同方向的围压，模拟地层应力。通过应力测量单元测量所述待测岩心压裂过程中的应力变化，通过裂缝测量单元测量所述待测岩心压裂过程中的裂缝扩展方向。本申请实施例提供的装置和方法能够用于实验室条件下岩心多次压裂过程中应力变化与裂缝扩展规律的测试。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例一种应力变化与裂缝扩展方向测试装置主视图的剖面图；图2为本申请实施例一种声波传感器在待测岩心表面位置的主视图的剖面图；图3为本申请实施例一种应变花在待测岩心内部位置的主视图的剖面图；图4为本申请实施例图1中位于待测岩心内部的短接头部分的局部放大图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。如图1所示，该图为本申请实施例一种应力变化与裂缝扩展方向测试装置主视图的剖面图。该装置包括围压室、围压加载单元、压裂单元、应力测量单元和裂缝测量单元。围压室1为透明密封装置，用于容纳待测岩心2。一般地，待测岩心2为长方体形状。围压加载单元与围压室1相连通。围压加载单元包括增压器、压力表和活塞。其中，活塞的数量为3个，均位于围压室内部，并且均与待测岩心2的表面相接触。活塞5为竖直方向上的活塞，用于向待测岩心2施加竖直方向上的围压。活塞8为横向水平方向上的活塞，用于向待测岩心2施加横向水平方向上的围压。另一活塞(未在图1中示出，以下称为第三活塞)为纵向水平方向上的活塞，用于向待测岩心2施加纵向水平方向上的围压。所述围压一般指岩心在地壳中的静地压力。围压加载单元还包括3个增压器和3个压力表，分别与3个活塞相连接。其中，增压器3与压力表4相连接，压力表4与活塞5相连接。增压器6与压力表7相连接，压力表7与活塞8相连接。另外一个增压器(未在图中示出)与另外一个压力表(未在图中示出)相连接，第三压力表与第三活塞相连接。所述增压器用于推动活塞从而向待测岩心施加压力，所述压力表用于测量增压器所施加压力的大小。压裂单元包括依次相连的压力泵15、中间容器14、杂质过滤器13和压力测定仪12。其中，压力泵15与中间容器14相连接，用于向待测岩心2中注入水等液体。中间容器14与杂质过滤器13相连接，用于压力缓冲，防止压力突然增大破坏待测岩心2。杂质过滤器13与压力测定仪12相连接，用于过滤加压水的杂质，防止污染待测岩心2。压力测定仪12与短接头位于待测岩心外部的一端相连接，用于测量注入待测岩心2中水的压力。应力测量单元包括信号监测仪11和信号转换器10。其中，信号监测仪11与信号转换器10相连接，用于描述待测岩心2的应力变化，其输出的是应力与时间的关系曲线，通过岩石力学参数反演，可以进一步计算出裂缝周围的应力分布。信号转换器10与应变花9中的12个应变片相连接，用于将待测岩心2的模拟形变信号转换为数字形变信号。裂缝测量单元包括声发射信号检测仪18、放大器17以及声波传感器。其中，声发射信号检测仪18与放大器17相连接。裂缝测量单元共有6个声波传感器，分别位于待测岩心2表面的不同方向。放大器17与6个声波传感器相连接。6个声波传感器在待测岩心表面的具体摆放方式如图2所示。图2为6个传感器在待测岩心表面位置的主视图的剖面图。在图2中，横向的虚线表示待测岩心的横向水平中心线，纵向的虚线表示待测岩心竖直方向的中心线，6个同心圆分别代表6个不同方向上的声波传感器。图2上部的2个声波传感器在图1中分别为声波传感器16和19，其中，声波传感器16和声波传感器19关于待测岩心竖直方向的中心线对称。图2中部的2个声波传感器(未在图1中示出)位于待测岩心左右两端的端面，并且关于待测岩心竖直方向的中心线对称。图2下部的2个声波传感器(未在图1中示出)位于待测岩心的下表面，该2个声波传感器关于待测岩心竖直方向的中心线对称，同时分别与图2上部的2个声波传感器关于待测岩心的横向水平中心线对
称。裂缝测量单元的工作原理是：在对待测岩心进行压裂的过程中，待测岩心内部产生裂缝并产生声波。该声波被位于待测岩心表面6个不同方向的声波传感器接收。每个声波传感器将其接收的声波转换为电信号，并传送至放大器17。放大器17对每个声波传感器产生的电信号进行放大处理，并将放大处理后的电信号传送至声发射信号检测仪18。声发射信号检测仪18判断6个声波传感器之间接收到声波的时差，并将各个时差(例如15个时差)处理转换为地下波速场的描述。最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应力变化与裂缝扩展方向测试装置，其特征在于，包括：围压室、围压加载单元、压裂单元、应力测量单元和裂缝测量单元，其中，所述围压室用于容纳待测岩心；所述围压加载单元与所述围压室相连通，用于向待测岩心施加围压；所述压裂单元与短接头位于待测岩心外部的一端相连接，用于压裂待测岩心；所述应力测量单元与待测岩心内部的应变花相连接，用于测量待测岩心压裂过程中应力的变化；所述裂缝测量单元与所述围压室相连通，用于测量待测岩心压裂过程中裂缝的扩展方向。

【技术特征摘要】
1.一种应力变化与裂缝扩展方向测试装置，其特征在于，包括：围压室、围压加载单元、压裂单元、应力测量单元和裂缝测量单元，其中，所述围压室用于容纳待测岩心；所述围压加载单元与所述围压室相连通，用于向待测岩心施加围压；所述压裂单元与短接头位于待测岩心外部的一端相连接，用于压裂待测岩心；所述应力测量单元与待测岩心内部的应变花相连接，用于测量待测岩心压裂过程中应力的变化；所述裂缝测量单元与所述围压室相连通，用于测量待测岩心压裂过程中裂缝的扩展方向。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述围压加载单元包括第一活塞、第二活塞和第三活塞，其中，第一活塞位于所述围压室内部，用于向待测岩心施加横向水平方向的围压；第二活塞位于所述围压室内部，用于向待测岩心施加竖直方向的围压；第三活塞位于所述围压室内部，用于向待测岩心施加纵向水平方向的围压。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述围压加载单元还包括第一增压器、第一压力表、第二增压器、第二压力表、第三增压器和第三压力表，其中，第一增压器经第一压力表与所述第一活塞相连接，用于推动所述第一活塞；第二增压器经第二压力表与所述第二活塞相连接，用于推动所述第二活塞；第三增压器经第三压力表与所述第三活塞相连接，用于推动所述第三活塞。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压裂单元包括依次相连接的压力泵、中间容器、杂质过滤器和压力测定仪，其中，所述压力测定仪与所述短接头位于待测岩心外部的一端相连接。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述应力测量单元包括依次相连接的信号监测仪和信号转换器，其中，所述信号转换器与待测岩心内部的应变花相连接。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述裂缝测量单元包括依次相连接的声发射信号检测仪、放大器和声波传感器，其中，所述声波传感器位于待测岩心的表面。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述声波传感器的数量为6个，所述放大器与6个声波传感器相连接。8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述6个声波传感器包括第一声波传感器、
\t第二声波传感器、第三声波传感器、第四声波传感器、第五声波传感器和第六声波传感器，所述待测岩心为长方体形状，其中，所述第一声波传感器和所述第二声波传感器位于所述待测岩心的上表面；所述第三声波传感器和所述第四声波传感器分别位于所述待测岩心的左右两端端面；所述第五声波传感器和所述第六声波传感器位于所述待测岩心的下表面。9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一声波传感器和所述第二声波传感器关于待测岩心的竖直方向的中心线对称；所述第三声波传感器和所述第四声波传感器关于待测岩心的竖直方向的中心线对称；所述第五声波传感器和所述第六声波传感器关于待测岩心...

【专利技术属性】
技术研发人员：衣治安，李士斌，王昶皓，张立刚，张晓辉，马德成，陈德军，董大秋，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11