【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩体热损伤-渗流耦合，尤其涉及模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置及方法。
技术介绍
1、目前，我国油气资源勘探开发已向致密油气藏领域不断迈进，油气藏开发面临更多复杂油气储层，油气流动性差、水溶性盐类和沉积物对储层损害是制约致密油气资源高效勘探开发的主要技术瓶颈之一。其关键问题在于，致密油气藏在钻完井及改造过程中极易受到水锁损害，严重制约单井产能。这与其具有低孔、低渗、孔隙喉道细小等特征关系密切。研究高温热处理致密岩体技术，有利于解除水锁、提高近井区域渗流能力，因此，提供一种模拟井筒加热环境的围岩热损伤-渗流耦合实验装置及方法，准确探究井筒加热下近井岩体损伤后地层流体的渗流规律，可为井筒加热条件下致密气藏生产能力动态评价提供重要理论依据。
2、现有技术方案中提出了一种模拟巷道围岩热损伤的加热装置及方法，通过加热炉体使使岩石试样在非真空、完全真空以及不同真空度状态下加热，并基于岩石试样的升温曲线模拟煤矿井火灾发生后，巷道围岩的真实热损伤，但该装置未考虑地层流体环境，忽视了井筒加热环境下的热损伤-渗流耦合问题，而在致密油气藏钻采开发中，井筒加热环境下围岩热损伤-渗流耦合问题已成为各类科学问题和工程问题中不可忽视的因素。还提出了用于地下工程的高温条件下围岩热稳定性声发射评价方法，利用岩石受热损伤力学参数进行反演，结合热破裂产生的声发射信号评价围岩损伤破坏程度和位置，但该装置无法考虑实际井下的压力变化环境，不适合用于深部岩石钻井工程中的围岩热损伤-渗流耦合研究。此外，上述两种装置也未完全考虑近井岩体损伤后
技术实现思路
1、本专利技术提出了模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置及方法，考虑了地层流体环境，通过声波测试以及压力衰减测试岩体热损伤后各类裂缝发育情况，较为真实地模拟井筒加热下近井岩体损伤后地层流体的渗透规律，同时，为研究深部地层热-流耦合数值模拟仿真提供理论依据，具体技术方案如下。
2、第一方面，模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，包括相互连通的岩样夹持与加载系统、声波-声发射测试系统、压力衰减测试单元、加热控制系统和计算机控制与数据采集系统；所述岩样夹持与加载系统包括中间腔体和外壳，腔体内部填充全尺寸岩心并在外围依次设置曲面滤网内层和曲面滤网外层，全尺寸岩心上下两侧分别设置保温密封材料和传动链条；所述传动链条通过传动螺栓与曲面滤网连接并设置滤网开关和保温垫；腔体外部设置密封外壳，所述密封外壳顶部和左侧分别设置井口密封器。
3、进一步，所述岩样夹持与加载系统还包括放置于所述全尺寸岩心中央的电加热棒，所述电加热棒与腔体外部外壳顶部井口密封器连接，连接处还依次连接液压闸板和井口防喷器外壳，顶部还设置有泄压阀。
4、进一步，所述声波-声发射测试系统：包括设置于所述全尺寸岩心内的声波-声发射测试发射端和声波-声发射测试接收端，所述全尺寸岩心内的声波-声发射测试发射端和声波-声发射测试接收端分别通过传感线路连接声波-声发射器和示波器；
5、进一步，所述压力衰减测试单元包括连接所述井口密封器的氮气瓶和设置于连接线路上的管线开关和压力传感器，还包括通过管线连接至顶部井口密封器的流量计和气体回收处理装置。
6、进一步，所述加热控制系统包括通过管线连接电加热棒末端的控温系统、等距均匀贴合所述全尺寸岩心外表点位的温度传感器和通过传感线路连接温度传感器的温度记录仪。
7、进一步，所述计算机控制与数据采集系统包括通过控制线路连接所述控温系统的气体回收处理装置的控制箱和计算机。
8、另一方面，模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验方法，基于所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置实现，包括以下步骤：
9、步骤s1：电加热棒末端通过传感线路连接控温系统，在全尺寸岩心内部放置等高电加热棒；将传动螺栓与滤网开关焊接连接，同时与传动链条通过螺纹连接形成传动装置；
10、步骤s2：通过控温系统设置加热温度并启动电加热棒向全尺寸岩心提供高温环境，通过温度记录仪实时监测温度变化，传感线路将温度数据记录于计算机控制与数据采集系统中；
11、步骤s3：通过氮气瓶模拟生产并设置合理渗流速度；检测密封外壳气密性，待岩样夹持与加载系统中气体不再泄漏时，连通曲面滤网内层和曲面滤网外层，打开顶端井口密封装置，压力衰减单元实时将压力变化数据反馈至计算机控制与数据采集系统；
12、步骤s4：利用声波-声发射器、声波-声发射测试发射端、声波-声发射测试接收端和示波器组成回路，实时采集声波信号，并反馈至计算机控制与数据采集系统；
13、步骤s5：将采集数据传至计算机控制与数据采集系统，计算机与控制箱对声波、温度和渗流参数的变化趋势进行统计和比较，评估围岩的热损伤和渗流耦合特性，并分析围岩中的热损伤程度和渗流影响。
14、进一步，所述步骤s1还包括：岩样与曲面滤网内层匹配结合后，在岩样表面等距均匀布置声波传感器发射端、声波传感器接收端和温度传感器，岩样夹持与加载系统左端通过管线与氮气瓶相连，顶部通过井口防喷器组合与压力衰减单元相连，关闭滤网开关，使滤网内外层孔眼不连通，保持岩样夹持与加载系统封闭状态。
15、进一步，还包括：试验完毕，取消加热并卸压，实时观测泄压阀112数据，待全尺寸岩心冷却后取出。
16、本专利技术的有益效果：本专利技术提出了模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置及方法，考虑了地层流体环境，通过声波测试以及压力衰减测试岩体热损伤后各类裂缝发育情况，较为真实地模拟井筒加热下近井岩体损伤后地层流体的渗透规律，同时，为研究深部地层热-流耦合数值模拟仿真提供理论依据, 利用上述装置实现模拟井筒加热条件下气藏生产能力动态评价，该动态评价基于多种传感装置、控制系统以及数据集成与处理系统，为不同井筒加热条件下气藏生产能力动态评价提供有效的技术手段，具有以下有益效果：
17、（1）本专利技术通过岩样和氮气瓶的组合，考虑地层流体环境，并与多种传感器联用以获取声波数据、压力衰减数据、温度变化数据，实现模拟井筒加热环境的围岩热损伤-渗流耦合，为准确地理解井筒加热下近井岩体损伤后地层流体的渗流规律提供理论依据；
18、（2）本专利技术将数据集成与处理系统与多组传感器相连，实现对各种设备和数据的精确控制和采集，能够实时获取岩样热损伤-渗流耦合下全尺寸岩心裂缝发育情况，并实现模拟井筒加热条件下气藏生产能力动态评价。
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1.模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，其特征在于，包括相互连通的岩样夹持与加载系统、声波-声发射测试系统、压力衰减测试单元、加热控制系统和计算机控制与数据采集系统；所述岩样夹持与加载系统包括中间腔体和外壳，腔体内部填充全尺寸岩心（105）并在外围依次设置曲面滤网内层（104）和曲面滤网外层（111），全尺寸岩心（105）上下两侧分别设置保温密封材料（106）和传动链条（110）；所述传动链条（110）通过传动螺栓（109）与曲面滤网连接并设置滤网开关（101）和保温垫（108）；腔体外部设置密封外壳（103），所述密封外壳（103）顶部和左侧分别设置井口密封器（102）。
2.根据权利要求1所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，其特征在于，所述岩样夹持与加载系统还包括放置于所述全尺寸岩心（105）中央的电加热棒（107），所述电加热棒（107）与腔体外部外壳顶部井口密封器连接，连接处还依次连接液压闸板（114）和井口防喷器外壳（113），顶部还设置有泄压阀（112）。
3.根据权利要求1所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置
4.根据权利要求1所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，其特征在于，所述压力衰减测试单元包括连接所述井口密封器（102）的氮气瓶（301）和设置于连接线路上的管线开关（302）和压力传感器（303），还包括通过管线连接至顶部井口密封器的流量计（304）和气体回收处理装置（305）。
5.根据权利要求2所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，其特征在于，所述加热控制系统包括通过管线连接电加热棒（107）末端的控温系统（401）、等距均匀贴合所述全尺寸岩心（105）外表点位的温度传感器（403）和通过传感线路连接温度传感器（403）的温度记录仪（402）。
6.根据权利要求5所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，其特征在于，所述计算机控制与数据采集系统包括通过控制线路连接所述控温系统（401）的气体回收处理装置（305）的控制箱（501）和计算机（502）。
7.模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验方法，基于权利要求1~6任意一项所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：岩样与曲面滤网内层（104）匹配结合后，在岩样表面等距均匀布置声波传感器发射端（202）、声波传感器接收端（203）和温度传感器（403），岩样夹持与加载系统左端通过管线与氮气瓶（301）相连，顶部通过井口防喷器组合与压力衰减单元相连，关闭滤网开关，使滤网内外层孔眼不连通，保持岩样夹持与加载系统封闭状态。
9.根据权利要求7所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验方法，其特征在于，还包括：试验完毕，取消加热并卸压，实时观测泄压阀112数据，待全尺寸岩心冷却后取出。
...【技术特征摘要】
1.模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，其特征在于，包括相互连通的岩样夹持与加载系统、声波-声发射测试系统、压力衰减测试单元、加热控制系统和计算机控制与数据采集系统；所述岩样夹持与加载系统包括中间腔体和外壳，腔体内部填充全尺寸岩心（105）并在外围依次设置曲面滤网内层（104）和曲面滤网外层（111），全尺寸岩心（105）上下两侧分别设置保温密封材料（106）和传动链条（110）；所述传动链条（110）通过传动螺栓（109）与曲面滤网连接并设置滤网开关（101）和保温垫（108）；腔体外部设置密封外壳（103），所述密封外壳（103）顶部和左侧分别设置井口密封器（102）。
2.根据权利要求1所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，其特征在于，所述岩样夹持与加载系统还包括放置于所述全尺寸岩心（105）中央的电加热棒（107），所述电加热棒（107）与腔体外部外壳顶部井口密封器连接，连接处还依次连接液压闸板（114）和井口防喷器外壳（113），顶部还设置有泄压阀（112）。
3.根据权利要求1所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，其特征在于，所述声波-声发射测试系统：包括设置于所述全尺寸岩心（105）内的声波-声发射测试发射端（202）和声波-声发射测试接收端（203），所述全尺寸岩心（105）内的声波-声发射测试发射端（202）和声波-声发射测试接收端（203）分别通过传感线路连接声波-声发射器（201）和示波器（204）。
4.根据权利要求1所述的模拟井筒加热的围岩热损伤及渗流耦合实验装置，其特征在于，所述压力衰减测试单元包括连接所述井口密封器（102）的氮气...
【专利技术属性】
技术研发人员：李皋，宿腾跃，张毅，李明昊，王柯达，姚程禹，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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