CN107044935A - 一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，包括：可拆卸密封腔、在所述密封腔内轴向设置有供盛放岩心的密封套，其特征在于，在所述密封套的顶部设置有用于给岩心一侧端面加热的加热器。本发明采用岩心单侧端面受热设计，与现有岩石热致裂实验方法中采用的岩心整体受热设计存在显著差别，更符合工程应用背景。本发明可模拟岩心饱和不同地层流体并且承受围压下的岩石热开裂过程，同时在加热过程中还可以通过打开或关闭岩心夹持器上下游的阀门来控制岩石矿物因热化学反应产生的气态物质以及岩心内所饱和的流体因高温作用产生的气态物质的逸散，实现岩心非密闭加热和岩心密闭加热模拟。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器及其工作方法，属于储层改造和储层完整性评价的技术领域。
背景技术
我国拥有丰富的地热能、油页岩、页岩油、页岩气等新能源和非常规能源。对于这样一些清洁能源和非常规能源，如何高效、安全开采是目前所面临的首要问题。由于这些能源的特殊性，与传统的开采和处理方式相比，存在很大的不同。如干热岩储层通常采用水力压裂形成人工热储后，再注入低温的冷水或者二氧化碳工作液提取热能；油页岩由于采用地面干馏矿石方式生产存在成本高、易引起地质灾害以及环境污染等问题，而转向地下高温加热干馏生产；为了提高页岩油气的采收率，在体积压裂形成的裂缝中进行加热，从而促进原油的流动和气体的解吸；等等。上述工程应用中储层岩心及储层流体都要受到高温或低温作用的影响。
当受到外界热作用时，由于岩石内部各种矿物颗粒的热膨胀系数的不同，将会在其内部产生热应力，并可能导致新裂缝的产生、延伸和连通，从而引起岩石力学性质、物理性质等的改变，如岩石强度、弹性模量、孔隙度、渗透率的变化。因热应力引起岩石内部产生裂缝的现象称为岩石热致裂，也称作岩石热开裂。
从不同的工程应用角度来讲，岩心热致裂一方面会引起岩体完整性的破坏，导致不可预期的后果，如CO2地质埋存过程中因盖层或井筒存在裂缝而导致CO2发生泄漏、核废料地下处置过程中放射性污染物通过岩体中产生的裂缝发生逸散等；另一方面，又需要采用不同手段产生大量裂缝，提高储层流体流动能力，如形成裂缝网络提高干热岩体的换热效率、提高页岩油气的产量等。为了使岩心热致裂的工程效益最大化，进行储层环境下的岩石热致裂研究，为未来的工程应用提供理论依据和技术指导，具有重大的理论意义和工程价值。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器。
本发明还提供一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器的工作方法，真实模拟储层环境下岩石受热致裂过程。
本发明的技术方案如下：
一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，包括：可拆卸密封腔、在所述密封腔内轴向设置有供盛放岩心的密封套，其特征在于，在所述密封套的顶部设置有用于给岩心一侧端面加热的加热器。
根据本发明优选的，在所述密封套的两端分别设置有上堵头和下堵头，在上堵头内贯通有介质注入管和温度传感器II，在所述下堵头内贯通有介质泄出管和温度传感器I。
根据本发明优选的，所述可拆卸密封腔包括密封连接的壳体和盖体，在所述盖体的侧面贯通设置有围压接口，用于向密封腔和密封套之间的空间增压。
根据本发明优选的，所述上堵头贯穿设置在所述盖体内，所述介质注入管和温度传感器II的测温数据线由所述盖体穿出至密封腔的外部。
根据本发明优选的，所述介质泄出管和温度传感器I的测温数据线由所述盖体穿出至密封腔的外部。
根据本发明优选的，所述盖体包括上盖体和下盖体，所述上盖体和下盖体分别与所述壳体的上端部和壳体的下端部密封连接；
所述上堵头贯穿设置在所述上盖体内，所述介质注入管和温度传感器II的测温数据线由所述上盖体穿出至密封腔的外部；
所述介质泄出管和温度传感器I的测温数据线由所述下盖体穿出至密封腔的外部。
根据本发明优选的，所述加热器安装在所述上堵头下端；在所述下堵头上还设置有冷却源。
根据本发明优选的，所述冷却源为制冷器。
如上述岩石热致裂实验用的岩心夹持器的工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热，岩心加热端面的温度加热到预定值后，对岩心停止加热，然后再通过介质注入管和介质泄出管循环对岩心冷却。本发明可以用于测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得加热前、冷却后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质或液体介质。
根据本发明优选的，所述的冷却方式为自然冷却、介质冷却或冷源冷却。
根据本发明优选的，所述自然冷却是指利用放空管路的方式对加热后的岩心进行冷却。所述放空管路是指将介质流入管路和介质泄出管路进行放空。
根据本发明优选的，所述介质冷却是指将测量岩心渗透率的气体介质或液体介质通入加热后的岩心进行冷却。
根据本发明优选的，所述冷源冷却指将冷源通入加热后的岩心进行冷却，优选的，所述的冷源是制冷器。
如上述岩石热致裂实验用的岩心夹持器的工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热、同时对岩心的另一侧端面冷却，岩心加热一侧端面的温度加热到预定值后，然后再对岩心停止加热和冷却。本发明均衡岩心温度至室温，分别测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得均衡岩心至室温后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质或液体介质；其中冷却方法是利用冷源进行岩心的另一侧端面冷却。
根据本发明优选的，所述的均衡岩心温度的方式为自然均衡温度、介质均衡温度。
根据本发明优选的，所述自然均衡温度是指利用放空管路的方式对加热后的岩心进行均衡温度至室温。所述放空管路是指将介质流入管路和介质泄出管路进行放空。
根据本发明优选的，所述介质均衡温度是指将测量岩心渗透率的气体介质或液体介质通入加热后的岩心进行均衡温度至室温。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用岩心单侧端面受热设计，与现有岩石热致裂实验方法中采用的岩心整体受热设计存在显著差别，更符合工程应用背景；
2、现有岩石热致裂实验方法中通常是在大气压下将干燥岩心非密闭地置于加热容器中进行热开裂实验，加热过程中岩石矿物因热化学反应产生的气态物质将逸散到周围环境中，并且没有考虑在实际储层环境下岩石饱和流体、承受围压的影响；本发明可模拟岩心饱和不同地层流体并且承受围压下的岩石热开裂过程，同时在加热过程中还可以通过打开或关闭岩心夹持器上下游的阀门来控制岩石矿物因热化学反应产生的气态物质以及岩心内所饱和的流体因高温作用产生的气态物质的逸散，实现岩心非密闭加热和岩心密闭加热模拟；
3、现有岩石热致裂实验方法仅考虑自然的加热和冷却；本发明在此基础上还可以模拟一端热源一端冷源的双向激励方法以及岩心饱和不同流体的化学激励方法来强化岩石热致裂过程和热致裂效果，实现不同的岩石强化热致裂方法研究。
附图说明
图1为本发明中所述岩石热致裂实验用的岩心夹持器的结构示意图；
在图1中，1、壳体；2、温度传感器I；3、下堵头；4、介质泄出管；5、岩心；6、密封套；7、上堵头；8、介质泄出管的接口；9、温度传感器II；10、介质泄出管的接口；11、围压接口；12、盖体；13、加热器；14、密封腔；15、介质注入管；16、温度传感器II的测温数据线；17、温度传感器I的测温数据线。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
如图1所示。
一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，包括：可拆卸的密封腔14、在所述密封腔14内轴向设置有供盛放岩心的密封套5，其特征在于，在所述密封套6的顶部设置有用于给岩心5一侧端面加热的加热器13。
在所述密封套的两端分别设置有上堵头7和下堵头3，在上堵头7内贯通有介质注入管15和温度传感器II 9，在所述下堵头3内贯通有介质泄出管4和温度传感器I 2。
所述密封腔14包括密封连接的壳体1和盖体12，在所述盖体12的侧面贯通设置有围压接口11，用于向密封腔14和密封套6之间的空间增压。
实施例2、
如实施例1所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其区别在于，所述上堵头7贯穿设置在所述盖体12内，所述介质注入管15和温度传感器II的测温数据线16由所述盖体12穿出至密封腔14的外部。
实施例3、
如实施例2所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其区别在于，所述介质泄出管4和温度传感器I的测温数据线17由所述盖体12穿出至密封腔14的外部。
壳体1为耐高温材料制作的金属腔体，在所述密封套6内岩心5，并在一定温度下承受额定内压；壳体1上端周向设有介质泄出管的接口8、介质注入管的接口10、围压接口11、温度传感器密封接口等，内部用介质泄出管4与下堵头3中设置的中心孔连接；介质泄出管4与介质泄出管的接口8连接，介质泄出管的接口8与外部的介质流出管线连接，为实验介质流出岩心5提供流出通道；壳体1上端轴向开有偏心孔，用于安装上堵头7；上堵头7的下端设置高温加热源，上堵头7中心孔与介质注入管的接口10相连，介质注入管的接口10与外部介质流入管线相连，为循环实验介质进入岩心5提供流入通道；上堵头7一侧开设的偏心测温孔中布置温度传感器II 9，测量岩心5上端面温度；下堵头3中设置的偏心测温孔中布置温度传感I 2，测量岩心5下端面温度，为计算岩心的热传导系数提供技术参数；岩心5被耐高温耐高压绝热密封套6包覆，密封套6与上堵头7和下堵头3严密配合密封，保证岩心5上端面与上堵头7、岩心5下端面与下堵头3紧密接触时不发生渗漏，确保充满在岩心夹持器内部的围压液体不会渗入岩心5中，同时确保岩心5中循环和/或饱和的实验介质不会渗入岩心夹持器内部腔室环形空间中。
实施例4、
如实施例1所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其区别在于，所述盖体12包括上盖体和下盖体，所述上盖体和下盖体分别与所述壳体的上端部和壳体的下端部密封连接；
所述上堵头贯穿设置在所述上盖体内，所述介质注入管和温度传感器II的测温数据线由所述上盖体穿出至密封腔的外部；
所述介质泄出管和温度传感器I的测温数据线由所述下盖体穿出至密封腔的外部。
实施例5、
如实施例4所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其区别在于，所述加热器安装在所述上堵头下端；在所述下堵头上还设置有冷却源。
所述冷却源为制冷器。
实施例6、
如实施例1-4所述岩石热致裂实验用的岩心夹持器的工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热，岩心加热端面的温度加热到预定值后，对岩心停止加热，然后再通过介质注入管和介质泄出管循环对岩心冷却。本发明可以用于测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得加热前、冷却后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质或液体介质。
所述的冷却方式为自然冷却、介质冷却或冷源冷却。
所述自然冷却是指利用放空管路的方式对加热后的岩心进行冷却。所述放空管路是指将介质流入管路和介质泄出管路进行放空。
所述介质冷却是指将测量岩心渗透率的气体介质或液体介质通入加热后的岩心进行冷却。
所述冷源冷却指将冷源通入加热后的岩心进行冷却。所述的冷源制冷器。
实施例7、
如实施例5、实施例6所述岩石热致裂实验用的岩心夹持器的工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热、同时对岩心的另一侧端面冷却，岩心加热一侧端面的温度加热到预定值后，然后再对岩心停止加热和冷却。本发明均衡岩心温度至室温，分别测得加热时、冷却时岩心热传导系数变化趋势，利用实验介质测得均衡岩心至室温后的岩心渗透率；其中所述实验介质为气体介质或液体介质。其中冷却方法是利用冷源进行岩心的另一侧端面冷却。
所述的均衡岩心温度的方式为自然均衡温度、介质均衡温度。
所述自然均衡温度是指利用放空管路的方式对加热后的岩心进行均衡温度至室温。所述放空管路是指将介质流入管路和介质泄出管路进行放空。
所述介质均衡温度是指将测量岩心渗透率的气体介质或液体介质通入加热后的岩心进行均衡温度至室温。
Claims (10)
1.一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，包括：可拆卸密封腔、在所述密封腔内轴向设置有供盛放岩心的密封套，其特征在于，在所述密封套的顶部设置有用于给岩心一侧端面加热的加热器。
2.根据权利要求1所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其特征在于，在所述密封套的两端分别设置有上堵头和下堵头，在上堵头内贯通有介质注入管和温度传感器II，在所述下堵头内贯通有介质泄出管和温度传感器I。
3.根据权利要求2所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其特征在于，所述可拆卸密封腔包括密封连接的壳体和盖体，在所述盖体的侧面贯通设置有围压接口，用于向密封腔和密封套之间的空间增压。
4.根据权利要求3所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其特征在于，所述上堵头贯穿设置在所述盖体内，所述介质注入管和温度传感器II的测温数据线由所述盖体穿出至密封腔的外部。
5.根据权利要求3所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其特征在于，所述介质泄出管和温度传感器I的测温数据线由所述盖体穿出至密封腔的外部。
6.根据权利要求3所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其特征在于，所述盖体包括上盖体和下盖体，所述上盖体和下盖体分别与所述壳体的上端部和壳体的下端部密封连接；
所述上堵头贯穿设置在所述上盖体内，所述介质注入管和温度传感器II的测温数据线由所述上盖体穿出至密封腔的外部；
所述介质泄出管和温度传感器I的测温数据线由所述下盖体穿出至密封腔的外部。
7.根据权利要求2-6任意一项所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其特征在于，所述加热器安装在所述上堵头下端；在所述下堵头上还设置有冷却源。
8.根据权利要求7所述的一种岩石热致裂实验用的岩心夹持器，其特征在于，所述冷却源为制冷器。
9.如权利要求1-5所述岩石热致裂实验用的岩心夹持器的工作方法，其特征在于，该工作方法包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热，岩心加热端面的温度加热到预定值后，对岩心停止加热，然后再通过介质注入管和介质泄出管循环对岩心冷却。
10.如权利要求7所述岩石热致裂实验用的岩心夹持器的工作方法，其特征在于，该工作方法，包括：用于模拟在饱和实验介质条件下，对岩心进行单侧端面加热、同时对岩心的另一侧端面冷却，岩心加热一侧端面的温度加热到预定值后，然后再对岩心停止加热和冷却。
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