本发明专利技术公开了一种高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置及方法，旨在模拟干热岩实际所处温度场以及地应力状态下遭受高压电脉冲作用后的水压致裂效果，以探究干热岩破坏行为和破坏准则及规律。为此，本发明专利技术提供的实验装置，包括用于对干热岩试样施加三维应力的真三轴应力加载机构、用于对干热岩试样进行加热的加热机构、用于对干热岩试样的上表面施加高压电脉冲的高压电脉冲机构以及用于对干热岩试样的上表面施加致裂水压的水压致裂机构。构。构。
【技术实现步骤摘要】
高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置及方法
[0001]本专利技术属于干热岩人工热储建造
，尤其涉及一种高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置及方法。
技术介绍
[0002]干热岩在开发过程中的首要工作是通过水力压裂技术在地下数千米岩石储层形成人工热储，然后将冷流体注入地层中，先后在注入井、人造热储和生产井之间进行循环流动，与干热岩储层进行换热，从而提取干热岩中的热能进行地面供暖、发电等。但是由于水压致裂方法产生的人工裂缝存在方向性和不确定性，使得注入井和生产井之间不能产生满意的水力传导率。为此，通常在水压致裂前，采用高压脉冲放电技术使干热岩热储层表面形成大量的定向裂缝，以控制水压致裂裂隙延伸方向，从而形成连通注入井与生产井的裂隙体系，建立人工热储。但是研究表明随着干热岩所处不同温度场以及应力状态的不同，高压脉冲放电效果以及水压致裂效果也完全不同，因此如何获得最优的致裂参数是目前亟待解决的一个关键技术问题。
[0003]综上有必要开发一种能够模拟干热岩实际所处温度场以及地应力状态下遭受高压电脉冲作用后的水压致裂实验装置，以探究干热岩破坏行为和破坏准则及规律。
技术实现思路
[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置及方法，旨在模拟干热岩实际所处温度场以及地应力状态下遭受高压电脉冲作用后的水压致裂效果，以探究干热岩破坏行为和破坏准则及规律。
[0005]为此，本专利技术一方面提供的高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置，包括：
[0006]真三轴应力加载机构，用于对干热岩试样施加三维应力场；
[0007]加热机构，用于对干热岩试样进行加热，以模拟干热岩试样实际工程中所处的温度环境；
[0008]高压电脉冲机构，用于对干热岩试样的上表面施加高压电脉冲，以使干热岩试样表面产生定向裂隙；
[0009]水压致裂机构，用于对干热岩试样的上表面施加致裂水压，以迫使所述定向裂隙向干热岩试样深部拓展。
[0010]具体的，所述真三轴应力加载机构包括上加载垫块、下加载垫块、前加载垫块、后加载垫块、左加载垫块、右加载垫块以及对各个加载垫块进行加载的加载杆。
[0011]具体的，所述干热岩试样的各个拐角被绝缘导热盒包裹，所述绝缘导热盒与上加载垫块、下加载垫块、前加载垫块、后加载垫块、左加载垫块、右加载垫块共同围成与所述干热岩试样适配的加载室。
[0012]具体的，所述上加载垫块与所述干热岩试样接触的端面上设有镂空凹腔，所述上
加载垫块与所述干热岩试样上表面之间垫有环绕所述镂空凹腔的绝缘密封垫；
[0013]所述高压电脉冲机构的电极设置在所述镂空凹腔中，所述水压致裂机构直接将致裂水注入至所述镂空凹腔中。
[0014]具体的，所述加热机构的加热器包括可独立工作的上部加热器和下部加热器；
[0015]其中，所述上部加热器位于所述干热岩试样的上部四周，所述下部加热器位于所述干热岩试样的下部四周。
[0016]具体的，所述加热机构为一加热炉，各个所述加载垫块均设置在加热炉外且延伸至加热炉内，所述加载垫块与加热炉的炉壁滑动连接。
[0017]具体的，所述水压致裂机构包括水仓、注水管、注水泵和压力传感器，所述上加载垫块上设有与所述镂空凹腔的底部连通的注水通道，所述注水通道的一端与所述镂空凹腔的底部连通，所述注水管的一端与所述注水通道连通，另一端与所述水仓连通，所述注水泵和所述压力传感器设置在所述注水管上。
[0018]具体的，还包括液氮冷却机构，所述液氮冷却机构包括液氮源、液氮输送管和液氮输送泵，所述液氮源通过液氮输送管与所述注水通道连通，所述液氮输送泵设置在所述液氮输送管上.
[0019]具体的，所述注水通道上设有使其与所述液氮输送管和所述注水管择一连通的控制阀。
[0020]一种高压电脉冲复合水压致裂干热岩方法，包括：
[0021]利用取样设备获取待开发干热岩的岩样，并获取岩样实际温度以及实际地应力状态；
[0022]将上述岩样制成若干干热岩试样，并利用上述高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置进行实验；其中，
[0023]实验过程中，通过调节真三轴应力加载机构的加载力，使干热岩试样所受三维应力场与获取的岩样实际地应力状态相符合，同时通过加热机构使得干热岩试样的温度与获取的岩样实际温度相符合；
[0024]通过改变脉冲放电参数以及水压致裂参数，获得不同参数状态下对应的干热岩试样的水压致裂深度，并将所有参数和与之对应的水压致裂深度数据作为样本数据，利用机器学习算法进行训练，构建水压致裂裂缝深度预测模型；
[0025]实际生产过程中，根据干热岩热储层的深度和范围确定井组布置方案，水力压裂由注水井和生产井相向作业，在水力压裂前通过高压脉冲装置对注水井和生产井的井壁施加高压电脉冲，使得注水井和生产井表面产生定向裂隙；
[0026]根据实际生产过程中确定的脉冲放电参数，利用构建的水压致裂裂缝深度预测模型，获得当水压致裂深度为注水井和生产井之间距离的二分之一时的水压致裂参数，进而利用获得的水压致裂参数指导实际生产。
[0027]具体的，所述脉冲放电参数包括放电频率、放电电压和放电次数，所述水压致裂参数包括注水压力和注水速率。
[0028]与现有技术相比，本专利技术至少一个实施例具有如下有益效果：可以模拟干热岩实际所处温度场以及地应力状态下遭受高压电脉冲作用后的水压致裂效果，以探究干热岩破坏行为和破坏准则及规律，进而指导实际生产。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1是本专利技术实施例提供的高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置主视图；
[0031]图2是本专利技术实施例提供的高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置俯视图；
[0032]其中：1、真三轴应力加载机构；101、上加载垫块；102、下加载垫块；103、前加载垫块；104、后加载垫块；105、左加载垫块；106、右加载垫块；107、加载杆；2、加热机构；3、高压电脉冲机构；301、电极；302、高压电脉冲发生设备；4、水压致裂机构；401、水仓；402、注水管；403、注水泵；404、压力传感器；5、干热岩试样；6、镂空凹腔；7、绝缘密封垫；8、上部加热器；9、下部加热器；10、温度传感器；11、温度显示表盘；12、隔热密封组件；13、绝缘导热盒；14、注水通道；15、液氮冷却机构；151、液氮源；152、液氮输送管；153、液氮输送泵；16、控制阀。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置，包括：真三轴应力加载机构(1)，用于对干热岩试样(5)施加三维应力场；加热机构(2)，用于对干热岩试样(5)进行加热；其特征在于，还包括：高压电脉冲机构(3)，用于对干热岩试样(5)的上表面施加高压电脉冲，以使干热岩试样(5)表面产生定向裂隙；水压致裂机构(4)，用于对干热岩试样(5)的上表面施加致裂水压，以迫使所述定向裂隙向干热岩试样(5)深部拓展。2.根据权利要求1所述的高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置，其特征在于：所述真三轴应力加载机构(1)包括上加载垫块(101)、下加载垫块(102)、前加载垫块(103)、后加载垫块(104)、左加载垫块(105)、右加载垫块(106)以及对各个加载垫块进行加载的加载杆(107)；所述上加载垫块(101)与所述干热岩试样(5)接触的端面上设有镂空凹腔(6)，所述上加载垫块(101)与所述干热岩试样(5)上表面之间垫有环绕所述镂空凹腔(6)的绝缘密封垫(7)；所述高压电脉冲机构(3)的电极(301)设置在所述镂空凹腔(6)中，所述水压致裂机构(4)直接将致裂水注入至所述镂空凹腔(6)中。3.根据权利要求2所述的高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置，其特征在于：所述加热机构(2)的加热器包括可独立工作的上部加热器(8)和下部加热器(9)；其中，所述上部加热器(8)位于所述干热岩试样(5)的上部四周，所述下部加热器(9)位于所述干热岩试样(5)的下部四周。4.根据权利要求3所述的高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置，其特征在于：所述干热岩试样(5)的各个拐角被绝缘导热盒(13)包裹，所述绝缘导热盒(13)与上加载垫块(101)、下加载垫块(102)、前加载垫块(103)、后加载垫块(104)、左加载垫块(105)、右加载垫块(106)共同围成与所述干热岩试样(5)适配的加载室。5.根据权利要求2
‑
4任一项所述的高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置，其特征在于：所述加热机构(2)为一加热炉，各个所述加载垫块均设置在加热炉外且延伸至加热炉内，所述加载垫块与加热炉的炉壁滑动连接。6.根据权利要求2
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4任一项所述的高压电脉冲复合水压致裂干热岩真三轴实验装置，其特征在于：所述水压致裂机构(4)包括水仓(401)、注水管(402)、注水泵(403)和压力传感器(404)，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹土兵，刘程辉，庄登登，代豪，苏巨振，王集颢，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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