重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统及方法，包括试验工作台，试验工作台上设有立柱，立柱上设有重力加压装置，试验工作台上设有腐蚀模拟装置，腐蚀模拟装置包括试验箱和加压容器，试验箱安装在试验工作台上，试验箱内设有岩样，加压容器内设有化学溶液，岩样上部与加压容器相连通，加压容器上部通过压力传输机构与重力加压装置相连接；所述岩样上设有电极，电极与电化学工作站相连接，电化学工作站与计算机相连接。本发明专利技术能够实现泥页岩在重压和酸压条件下微观结构变化的实时监测，用于室内研究岩石在应力和酸腐蚀共同作用下微观结构变化的室内试验及其监测，具有设备结构简单、组合操作方便、步骤明晰、易于操作的优点。易于操作的优点。易于操作的优点。

【技术实现步骤摘要】
重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及页岩气开采的
，尤其涉及一种重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统及方法，实验室模拟页岩气开采过程中岩石在水力压裂和化学溶液腐蚀共同作用下，其内部缝网形成演化的过程，并且进行实时监测。

技术介绍

[0002]页岩气是从页岩层中开采出来的天然气，主要是指储藏在暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态储藏的气体，是一种重要的非常规天然气资源。其成分中甲烷最多，其次是乙烷和丙烷。页岩气的开发利用不仅有效增加了全球能源供给总量，而且正在改变全球能源供给结构。
[0003]一方面，随着页岩气开发热潮的兴起，开采技术也正在大力发展，“水力压裂”这个原本专业性很强的术语也变得耳熟能详。水力压裂技术是油气增产中最常用、最传统的处理技术。在很多非常规能源储层的开发中，该技术已经成为商业化规模生产的关键。目前常用的水力压裂技术有清水压裂、多级压裂、混合压裂、同步压裂、水力啧射压裂和重复压裂。虽然，水力压裂技术已广泛应用于常规油气开采，但如何将该技术应用于吸附气比重极大的页岩气、提高单井产量，仍是挡在页岩气“美好前景”面前的一道门槛。
[0004]另一方面，首先，在深部地下环境中，深部岩石长期处于含有SO
42
‑
、Cl
‑
、HCO
‑
，CO
32
‑
等酸性离子的地下化学溶液环境中﹐而常见岩石中主要为大理岩﹑砂岩、花岗岩、页岩等，其成分含有Ca
2+
、Al
2+
、Si
2+
等离子，深部岩石长期与地下化学溶液浸泡后，会与岩体部分活性矿物发生溶解，从而影响岩石的物理力学性能。其次﹐酸雨作为全球工业化的产物已经对包括岩土工程在内的各类工程造成了严重的破坏，有统计显示在长江流域近十年酸雨的pH值平均达到4.5，部分污染严重地区的pH值平均达到3。再次，生活废水、工业污水的乱排乱放等重金属污染物沿着土壤渗流至地下深部，直接与岩体表面接触，造就了深部地下岩体周围复杂的化学环境。页岩也会遭受到如此复杂的地下水化学环境，导致其破坏，是对页岩气的一种浪费和对地下水环境的一种污染。所以，当了解一些化学溶液可以使页岩产生裂纹，甚至破坏时，需要分析页岩化学成分，对其精准致裂以保证页岩气的开采。在一般情况下，页岩的成分含有Ca
2+
、Si
2+
、Al
2+
等离子，不同页岩的化学成分指标是不一样的，自然界存在的页岩，化学成分含量变化也是比较大的。
[0005]不但如此，水压致裂往往需要酸压配合使用。基于此，以当今世界页岩气大发展为背景，在以往的水力压裂基础上，结合页岩所处的环境以及酸压致裂技术，为了解决其中存在的难题，进行深一步的研究和分析，本专利技术提出了一种重力加压条件下岩石酸压耦合缝网实时监测试验系统及方法。

技术实现思路

[0006]针对现有页岩化学成分变化大，传统的水压致裂和酸压缝网扩展规律难以预测的技术问题，本专利技术提出一种重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统及方法，实现了泥
页岩在劈裂荷载和酸腐蚀下裂缝网络发展特征及演化规律的实时监测，为页岩气开采服务提供技术支撑。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统，包括试验工作台，试验工作台上设有立柱，所述立柱上设有重力加压装置，试验工作台上设有腐蚀模拟装置，腐蚀模拟装置包括试验箱和加压容器，试验箱安装在试验工作台上，试验箱内设有岩样，加压容器内设有化学溶液，岩样上部与加压容器相连通，加压容器上部通过压力传输机构与重力加压装置相连接；所述岩样上设有电极，电极与电化学工作站相连接，电化学工作站与计算机相连接。
[0008]优选地，所述试验箱和加压容器之间设有隔板，加压容器通过隔板与试验箱扣接。
[0009]优选地，所述岩样上部设有岩洞，隔板中部设有与岩洞相对应的空洞；所述隔板的下部涂抹有凡士林；所述隔板的中部为软板，软板的外圆周固定有硬板，硬板设置在试验箱和加压容器之间。
[0010]优选地，所述重力加压装置包括直杆和延长杆，直杆的一端和延长杆固定连接，直杆上设有压力传输机构，直杆的另一端与立柱活动连接，直杆的一端限位在立柱的上部；所述延长杆上设有承载砝码的托盘。
[0011]优选地，所述直杆内设有水平气泡，直杆的另一端设有水平调节机构。
[0012]优选地，所述水平调节机构包括水平调节杆，水平调节杆固定在直杆的另一端，水平调节杆上设有平衡锤；所述立柱上设有凹槽，凹槽的上部和下部均设有限位器，直杆的一端设置在两个限位器之间；所述直杆的另一端设置在立柱的凹槽内，凹槽内设有固定支座，固定支座上设有轴承座，轴承座与直杆的另一端转动连接。
[0013]优选地，所述压力传输机构包括可调节压杆和活塞，所述可调节压杆的上部与重力加压装置的直杆相连接，可调节压杆的下部固定有活塞，活塞与压力容器的上部相匹配。
[0014]优选地，所述岩样的下部设有定位孔，定位孔通过螺栓与可调节承台相连接，可调节承台设置在试验箱的底部；所述试验箱两侧设有通线孔，通线孔内设有导线，导线分别与电极和电化学工作站相连接。
[0015]所述电化学工作站与计算机均设置在检测工作台上；所述电极为导电胶粘结电极；所述托盘的位置的数量至少有两个，两个托盘分别位于杠杆比1：10或1：15的位置。
[0016]一种重力加压下岩石酸压耦合缝网实时试验方法的步骤为：步骤一、系统安装：制作岩样并在其上部的中心钻取岩洞，将带有岩洞的岩样放在化学溶液中进行腐蚀；将岩样设置在试验箱的底部，并利用可调节承台调节试验箱到合适的高度；将加压容器和隔板与试样箱相扣接，在加压容器内注入化学溶液；将重力加压装置的直杆安装在立柱上；步骤二、调试：通过水平调节机构的平衡锤调节直杆为水平，调节压力传输机构的可调节压杆并将可调节压杆固定在直杆上，在托盘上挂载砝码进行重力加载；导线将采集的电极的信号传送至电化学工作站；步骤三、试验：根据岩样的抗压强度，选择不同的托盘的位置，逐步增加砝码，施加荷载；通过电化学工作站读取记录荷载施加过程中的电化学数据，根据电化学数据分析裂缝网络发展特征及演化规律。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：能够实现泥页岩在重压和酸压条件下微观
结构变化的实时监测，用于室内研究岩石在应力和酸腐蚀共同作用下微观结构变化的室内试验及其监测，具有设备结构简单、组合操作方便、步骤明晰、易于操作的优点。本专利技术根据页岩气开采工程实际，室内模拟工程现场实际环境，利用室内实验操作，并且结合电化学的理论，实现了对泥页岩水压酸压致裂的微观结构变化的实时检测。本专利技术通过室内应力腐蚀环境模拟页岩气开采实际，可以解决页岩气开采微观结构特征和演化不明的问题。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统，包括试验工作台（1），试验工作台（1）上设有立柱（2），其特征在于，所述立柱（2）上设有重力加压装置（27），试验工作台（1）上设有腐蚀模拟装置，腐蚀模拟装置包括试验箱（14）和加压容器（13），试验箱（14）安装在试验工作台（1）上，试验箱（14）内设有岩样（16），加压容器（13）内设有化学溶液（19），岩样（16）上部与加压容器（13）相连通，加压容器（13）上部通过压力传输机构与重力加压装置（27）相连接；所述岩样（16）上设有电极（20），电极（20）与电化学工作站（24）相连接，电化学工作站（24）与计算机（25）相连接。2.根据权利要求1所述的重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统，其特征在于，所述试验箱（14）和加压容器（13）之间设有隔板（17），加压容器（13）通过隔板（17）与试验箱（14）扣接。3.根据权利要求2所述的重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统，其特征在于，所述岩样（16）上部设有岩洞（18），隔板（17）中部设有与岩洞（18）相对应的空洞；所述隔板（17）的下部涂抹有凡士林；所述隔板（17）的中部为软板，软板的外圆周固定有硬板，硬板设置在试验箱（14）和加压容器（13）之间。4.根据权利要求1或3所述的重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统，其特征在于，所述重力加压装置（27）包括直杆（5）和延长杆（9），直杆（5）的一端和延长杆（9）固定连接，直杆（5）上设有压力传输机构，直杆（5）的另一端与立柱（2）活动连接，直杆（5）的一端限位在立柱（2）的上部；所述延长杆（9）上设有承载砝码的托盘（10）。5.根据权利要求4所述的重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统，其特征在于，所述直杆（5）内设有水平气泡（8），直杆（5）的另一端设有水平调节机构。6.根据权利要求4所述的重力加压下岩石酸压耦合缝网实时监测系统，其特征在于，所述水平调节机构包括水平调节杆（4），水平调节杆（4）固定在直杆（5）的另一端，水平调节杆（4）上设有平衡锤；所述立柱（2）上设有凹槽，凹槽的上部和下部均设有限位器（11），直杆（5）的一端设置在两个限位器（11）之间；所述直杆（5）的另一端设置在立柱（2）的凹槽内，凹槽内设有固定支座（3），固...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红芳，胡江春，冯贺，孙光林，秦宝华，张志增，孙路革，郝育喜，刘志鹏，王钦，黄学伟，安路阳，王晨旭，
申请(专利权)人：河南医学高等专科学校，
类型：发明
国别省市：