一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置制造方法及图纸

一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置，包括偏振光组件、压裂裂缝扩展模拟组件、CT机和数据实时处理显示系统。偏振光组件包括电子枪、聚能线圈、光学弹性片、靶环、应力数据采集器；聚能线圈为具有加强偏振光强度的线圈；其中电子枪的中心与聚能线圈的中心位于同一水平线上；聚能线圈靠近电子枪的一端安装有起偏器，另一端安装有聚光镜，电子枪发射的光束依次穿过聚能线圈的起偏器、聚光镜后形成偏振光源并会聚在靶环上，靶环和应力数据采集器分别安装在CT机的内壁上；压裂裂缝扩展模拟组件被所述CT机环绕。该装置能够实现压裂过程中储层内部裂缝起裂扩展和应力动态变化同步监测，对现场压裂施工方案的优化设计具有重要的指导意义。

A fracturing device for simultaneous monitoring of fracture propagation and stress changes

A fracturing device for simultaneous monitoring of fracture propagation and stress variation includes a polarized light module, a fracturing fracture propagation simulation module, a CT machine and a data real-time processing and displaying system. The polarized light module includes an electron gun, a concentrating coil, an optical elastic sheet, a target ring and a stress data collector; the concentrating coil is a coil with enhanced polarized light intensity; the center of the electron gun and the concentrating coil are located on the same horizontal line; the concentrating coil is installed near one end of the electron gun with a polarizer, and the other end is secure. Equipped with a concentrator, the beam emitted by the electron gun passes through the polarizer and the concentrator in turn to form a polarized light source and converges on the target ring. The target ring and the stress data acquisition device are respectively installed on the inner wall of the CT machine. The fracture propagation simulation module is surrounded by the CT machine. The device can realize the simultaneous monitoring of fracture initiation and propagation and stress dynamic change in reservoir during fracturing process, and has important guiding significance for the optimization design of field fracturing operation scheme.

【技术实现步骤摘要】
一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置
本专利技术涉及一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置及模拟方法，属于石油天然气开采领域。
技术介绍
我国的低渗透、特低渗透、非常规油气藏分布广泛，拥有较大的开发潜力。由于其低孔、低渗等特征，通常依赖于压裂增产改造技术以实现经济有效开发。压裂裂缝可有效沟通储层，为油气渗流提供通道，裂缝形态越复杂储层有效改造体积越大，越有利于储层开发与油气生产。根据裂缝扩展经典理论，裂缝沿最小主应力方向起裂，沿最大主应力方向延伸，所以储层内裂缝的扩展规律与复杂形态主要取决于储层内应力的动态分布，所以准确认识储层应力分布与动态变化规律，对认识裂缝扩展规律与裂缝形态至关重要。目前，油田现场压裂施工过程中，应用一种地震裂缝监测技术，利用断裂力学中摩尔‐库伦准则，采用适当频段的测震传感器接收和记录井下裂缝边缘发生的微地震，并根据微地震走时进行震源定位，由微地震震源的空间分布分析裂缝轮廓的平面分布与展布方位。但随着水平井分段压裂技术与井工厂技术的快速发展，储层压裂形成的裂缝形态愈加复杂与难以预测，同时由于储层埋藏深，井场环境复杂和噪音大等干扰因素的影响，导致现场裂缝监测得到的反馈信号弱且杂乱，难以得到准确的裂缝形态，致使施工方案的优化设计盲目与难以令人信服，所以亟需从理论分析与物理模拟实验的角度研究压裂过程中储层应力动态变化规律与裂缝扩展规律，对压裂机理认识和施工方案优化具有重要的知道意义。计算机断层摄影(CT)系统，是一种与高功率锥束CT应用相结合的、对数据进行扫描和采集/处理的系统和方法，可指引X射线以连续的方式穿过物体，经由相继的探测器将探测到的光子聚集成各视图或各帧，并将这些数据重建成被研究区域的2D/3D图像，从而得到物体内部解剖结构的详细图像/图片，利用投影图像中的颜色对比区别和分析材料内部构造。光学弹性法属于一种非接触式应力测试方法，既可测试表面应力，也可测试内部应力，其原理是将具有双折射效应的透明光弹性贴片粘贴在被测工件上并置于偏振光场中，通过测试工件加上载荷后弹性片上产生的干涉条纹数目与条纹密集程度，确定工件在受载情况下的应力状态，可用于复杂几何形状和载荷条件构件的应力分布状态的研究。目前，测试应力的实验装置均要求压感元件与物件表面直接接触，并没有一种能够实现物件内部应力实时准确监测与数据处理分析的装置，无法实现压裂过程中储层内部裂缝起裂扩展和应力动态变化的同步监测。
技术实现思路
为解决现有压裂模拟装置无法实现压裂过程中储层内部裂缝起裂扩展和应力动态变化同步监测的问题，本专利技术提供一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置。本专利技术的技术方案：一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置，包括偏振光组件、压裂裂缝扩展模拟组件、CT机和数据实时处理显示系统；所述偏振光组件包括电子枪、聚能线圈、光学弹性片、靶环、应力数据采集器；所述聚能线圈为金属材料或金属复合材料缠绕而成的具有加强偏振光强度的线圈；所述电子枪的中心与所述聚能线圈的中心位于同一水平线上；所述聚能线圈靠近电子枪的一端安装有起偏器，另一端安装有聚光镜；所述电子枪发射的光束依次穿过聚能线圈的起偏器、聚光镜后形成偏振光并会聚在靶环上；所述靶环和应力数据采集器分别安装在CT机的内壁上；所述压裂裂缝扩展模拟组件包括内部具有压裂模拟岩样的压裂模拟容器，被所述CT机环绕。所述偏振光组件还包括用于承载电子枪和聚能线圈的滑轨工作台，所述滑轨工作台通过底部带有万向轮的梯形支架和伸缩杆支撑；所述滑轨工作台上安装有自由滑动的滑块，所述滑块通过伸缩杆分别与电子枪和聚能线圈连接。所述压裂裂缝扩展模拟组件还包括用于承载压裂模拟容器的移动工作台；所述压裂模拟容器为无盖的长方体容器，其长度为30-300cm、宽度为30-300cm、高度为30-300cm；所述压裂模拟容器的前后左右内壁面上安装有千斤顶；所述移动工作台通过底部带有万向轮的梯形支架和伸缩杆支撑；所述压裂裂缝扩展模拟组件还包括泵和用于盛放压裂液体和支撑剂材料的容器；所述泵通过管道与盛放压裂液体和支撑剂材料的容器连接。所述压裂模拟岩样为由混凝土、硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、砂砾、砂岩、煤岩材料中的一种或多种制成的长方体结构；所述模拟岩样的长度为5-100cm、宽度为5-100cm、高度为5-100cm；所述压裂模拟岩样内部安装有井筒。所述压裂模拟岩样内部的井筒包括垂直井筒或水平井筒；所述井筒的长度为5-400cm、直径为1-150mm；所述井筒表面均匀或分簇分布有射孔；所述射孔直径为1-20mm，射孔密度为8-96个/m，射孔相位角度为0～180°。所述压裂模拟岩样内部布置有若干个具有应力敏感性的光学弹性片；所述光学弹性片表面的干涉条纹随应力的变化而变化。所述CT机为环形CT机；所述CT机与数据处理系统通讯连接。所述靶环和所述应力数据采集器可滑动的安装在CT扫描机的内侧壁上；通过移动所述靶环的位置调节偏振光源入射光线的强度与入射角度；所述应力数据采集器与数据处理系统通讯连接。所述数据处理系统实时接收应力变化数据与裂缝扩展数据并实时显示；所述应力变化数据包括围压加载数据、弹性片条纹图像、应力变化曲线；所述裂缝扩展数据包括裂缝起裂扩展实时变化图像。一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置的使用方法包括：制成长方体压裂模拟岩样，压裂模拟岩样内部安装带有射孔的井筒，在压裂模拟岩样内部布置若干个具有应力敏感性的光学弹性片；将压裂模拟岩样放置在压裂模拟容器内部，调节压裂模拟容器前后左右内壁面上的千斤顶，使前后左右内壁面上的千斤顶分别与压裂模拟岩样的壁面接触；调节压裂裂缝扩展模拟组件与CT机的位置，使压裂裂缝扩展模拟组件被CT机环绕；调节偏振光组件，使偏振光组件中的电子枪的中心与聚能线圈的中心位于同一水平线上，使电子枪发射的光束依次穿过聚能线圈的起偏器、聚光镜后形成偏振光源并会聚在安装在CT机内壁的靶环上；调节CT机内壁上的应力数据采集器的位置，使其位于压裂模拟岩样的正上方；将实验环境光线调暗，开启电子枪，开启CT机，开启数据实时处理显示系统；连接各部分线缆、检查通讯状态；同步调节压裂模拟容器内壁面上的千斤顶的压力，使千斤顶对压力模拟岩样施加一固定的围压，之后用泵将压裂液与支撑剂材料注入井筒内，直至压裂模拟岩样内部因高压致裂；调节CT机内壁上靶环和应力数据采集器的位置，直至在数据实时处理显示系统中显示出一个清晰的裂缝破裂扩展显示图像；数据实时处理显示系统将记录压裂模拟岩样裂缝破裂扩展显示图像及裂缝破裂扩展过程中应力的变化数据；重复调节CT机内壁上靶环和应力数据采集器的位置，通过数据实时处理显示系统记录压裂模拟岩样中不同位置裂缝破裂扩展显示图像及裂缝破裂扩展过程中应力的变化数据；存储数据后，分别关闭电子枪、CT机、数据实时处理显示系统，卸载千斤顶的压力，从压裂模拟容器中取出压裂模拟岩样。本专利技术的技术效果：本专利技术的一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置，电子枪发出的光束经过起偏器形成了偏振光，偏振光在聚能线圈中进一步强化，强化后的偏振光在聚光镜的作用下汇聚在位于CT机内壁的靶环上，靶环将偏振光反射到位于压裂模拟容器内部的压裂模拟岩样中，在压裂模拟岩样内部形成偏振光场，当压裂模拟岩样因外力产生压裂时，暴露本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置，其特征在于：包括偏振光组件、压裂裂缝扩展模拟组件、CT机和数据实时处理显示系统；所述偏振光组件包括电子枪、聚能线圈、光学弹性片、靶环、应力数据采集器；所述聚能线圈为金属材料或金属复合材料缠绕而成的具有加强偏振光强度的线圈；所述电子枪的中心与所述聚能线圈的中心位于同一水平线上；所述聚能线圈靠近电子枪的一端安装有起偏器，另一端安装有聚光镜；所述电子枪发射的光束依次穿过聚能线圈的起偏器、聚光镜后形成偏振光并会聚在靶环上；所述靶环和应力数据采集器分别安装在CT机的内壁上；所述压裂裂缝扩展模拟组件包括内部具有压裂模拟岩样的压裂模拟容器，被所述CT机环绕。

【技术特征摘要】
1.一种同步监测裂缝扩展与应力变化的压裂装置，其特征在于：包括偏振光组件、压裂裂缝扩展模拟组件、CT机和数据实时处理显示系统；所述偏振光组件包括电子枪、聚能线圈、光学弹性片、靶环、应力数据采集器；所述聚能线圈为金属材料或金属复合材料缠绕而成的具有加强偏振光强度的线圈；所述电子枪的中心与所述聚能线圈的中心位于同一水平线上；所述聚能线圈靠近电子枪的一端安装有起偏器，另一端安装有聚光镜；所述电子枪发射的光束依次穿过聚能线圈的起偏器、聚光镜后形成偏振光并会聚在靶环上；所述靶环和应力数据采集器分别安装在CT机的内壁上；所述压裂裂缝扩展模拟组件包括内部具有压裂模拟岩样的压裂模拟容器，被所述CT机环绕。2.根据权利要求1所述的压裂装置，其特征在于：所述偏振光组件还包括用于承载电子枪和聚能线圈的滑轨工作台，所述滑轨工作台通过底部带有万向轮的梯形支架和伸缩杆支撑；所述滑轨工作台上安装有自由滑动的滑块，所述滑块通过伸缩杆分别与电子枪和聚能线圈连接。3.根据权利要求1所述的压裂装置，其特征在于：所述压裂裂缝扩展模拟组件还包括用于承载压裂模拟容器的移动工作台；所述压裂模拟容器为无盖的长方体容器，其长度为30‐300cm、宽度为30‐300cm、高度为30‐300cm；所述压裂模拟容器的前后左右内壁面上安装有千斤顶；所述移动工作台通过底部带有万向轮的梯形支架和伸缩杆支撑；所述压裂裂缝扩展模拟组件还包括泵和用于盛放压裂液体和支撑剂材料的容器；所述泵通过管道与盛放压裂液体和支撑剂材料的容器连接。4.根据权利要求1所述的压裂装置，其特征在于：所述压裂模拟岩样为由混凝土、硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、砂砾、砂岩、煤岩材料中的一种或多种制成的长方体结构；所述模拟岩样的长度为5‐100cm、宽度为5‐100cm、高度为5‐100cm；所述压裂模拟岩样内部安装有井筒。5.根据权利要求4所述的压裂装置，其特征在于：所述压裂模拟岩样内部的井筒包括垂直井筒或水平井筒；所述井筒的长度为5‐400cm、直径为1‐150mm；所述井筒表面均匀或分簇分布有射孔；所述射孔直径为1‐20mm，射孔密度为8‐96个/m，射孔相位角度为0～180°。6.根据权利要求4或5所述的压裂装置，其特征在于：所述压裂模拟岩样内部布置有若干个具有应力敏感性的光学弹性片；所述光学弹性片表面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣佳，袁玉，卢晨刚，张遂安，薛丹，
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