CN109025948A - 一种酸携砂压裂***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酸携砂压裂***和方法，属于石油与天然气工程岩石力学技术领域，通过数据采集单元，所述数据采集单元采集压裂试件的数据信息；岩石三轴伺服加载单元，所述岩石三轴伺服加载单元对所述压裂试件施加轴向压力和侧向围压，所述岩石三轴伺服加载单元与所述数据采集单元连接；压裂液泵压伺服控制单元，所述压裂液泵压伺服控制单元对进入所述压裂试件的酸携砂压裂液的排量和压力进行控制；温度控制单元；声波‑声发射测试单元。达到了可以模拟不同地层条件的酸携砂压裂过程，并可实时监测压裂过程中的物性力学特性和声学信号变化规律，以探索碳酸盐岩储层体积酸压过程中裂缝起裂及延伸规律的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及石油与天然气工程岩石力学技术领域，特别涉及一种酸携砂压裂***和方法。
背景技术
当前国际能源供需矛盾突出，能源安全日渐成为各国关注的焦点，碳酸盐岩储层勘探开发聚焦了世界的目光，是当前油气勘探开发的重点和热点领域。碳酸盐岩储层蕴藏着丰富的油气资源，其勘探开发潜力巨大，在全球已探明的油气储量中，60％为海相碳酸盐岩储层，故碳酸盐岩储层油气藏勘探开发潜力巨大。而碳酸盐岩储层增产改造的主要方式是体积酸压。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
现有的室内压裂物理模拟试验装置只能泵注以滑溜水为主的压裂液，且只能监测岩石的变形和泵注压力等数据，不能同时泵注不同压裂液并实现变排量控制，不能泵注具有腐蚀性的酸基压裂液，且不能模拟不同地层应力条件的酸携砂压裂，不能同步采集声波-声发射信号以分析压裂试件破裂损伤特征，进而不能为现场体积酸压提供理论基础。目前尚无一种方法可以模拟不同地层条件下碳酸盐岩储层体积酸压物模试验及其裂缝起裂和延伸规律的装置方法。
发明内容
本发明提供了一种酸携砂压裂***和方法，用以解决现有技术中室内压裂物理模拟试验装置不能泵注具有腐蚀性的酸基压裂液，不能同时泵注不同压裂液并实现变排量控制，且不能模拟不同地层应力条件的酸携砂压裂，不能同步采集声波-声发射信号以分析压裂试件破裂损伤特征的技术问题，达到了可以模拟不同地层条件的酸携砂压裂以及组合压裂过程，并可实时监测压裂过程中的物性力学特性和声学信号变化规律，以探索碳酸盐岩储层体积酸压过程中裂缝起裂及延伸规律的技术效果。
一方面，本发明提供了一种酸携砂压裂***，所述***包括：数数据采集单元，所述数据采集单元采集压裂试件的数据信息；岩石三轴伺服加载单元，所述岩石三轴伺服加载单元对所述压裂试件施加轴向压力和侧向围压，所述岩石三轴伺服加载单元与所述数据采集单元连接；压裂液泵压伺服控制单元，所述压裂液泵压伺服控制单元对进入所述压裂试件的酸携砂压裂液的排量和压力进行控制，所述压裂液泵压伺服控制单元与所述岩石三轴伺服加载单元连接；温度控制单元，所述温度控制单元对所述岩石三轴伺服加载单元中液压油的智能加热和恒温进行控制，所述温度控制单元与所述岩石三轴伺服加载单元连接；声波-声发射测试单元，所述声波-声发射测试单元监测并采集所述压裂试件压裂过程中的声学信号，所述声波-声发射测试单元与所述岩石三轴伺服加载单元连接。
优选的，所述***还包括：三轴室，所述三轴室通过第一进液口与所述压裂液泵压伺服控制单元连接；其中，所述三轴室内部具有一容置空间，且所述容置空间内容置所述压裂试件；中心孔，所述中心孔设置在所述压裂试件的中心位置处，且所述中心孔内部设置一不锈钢管，通过环氧树脂进行密封；热缩管，所述热缩管套接在所示压裂试件外部；加热圈，所述加热圈套设在所述三轴室的外表面，且所述加热圈与所述温度控制单元连接。
优选的，所述岩石三轴伺服加载单元包括：第一开关，第一液压泵，所述第一液压泵与所述第一开关依次串接在所述第一管路上；第一溢流阀，所述第一溢流阀设置在第二管路上，并通过所述第二管路与所述第一管路连接；第一进油口，所述第一进油口与所述第一管路连接。
优选的，所述压裂液泵压伺服控制单元包括：第三管路，第二溢流阀，所述第二溢流阀设置在所述第三管路上；第二开关，第二液压泵，所述第二液压泵和所述第二开关依次串接在所述第四管路上；酸携砂压裂液，所述酸携砂压裂液通过第五管路与所述第四管路连接，其中，所述第四管路的一端与第一进液口连接。
优选的，所述***还包括：声波信号处理器，所述声波信号处理器与所述声波-声发射测试单元连接，用于采集所述压裂试件的声波数据；声发射信号处理器，所述声发射信号处理器与所述声波-声发射测试单元连接，用于采集所述压裂试件的声发射数据。
优选的，所述***还包括：第二进油口，第三开关，第六管路，所述第三开关设置在所述第六管路上，其中，所述第六管路的一端与所述岩石三轴伺服加载单元连接，另一端与所述第二进油口连接。
优选的，所述***还包括：轴向应变计，所述轴向应变计设置在所述压裂试件的一侧，用于获得所述压裂试件的轴向应变；环向规应变计，所述环向规应变计套设在热缩管的表面，且位于所述压裂试件高度方向上的中间位置处，用于获得所述压裂试件的径向应变。
优选的，所述***还包括：第一压头，所述第一压头的一端与所述压裂试件的一端连接；第二压头，所述第二压头的一端与所述压裂试件的另一端连接；第一声波探头，所述第一声波探头设置在所述第一压头的一侧表面上；第二声波探头，所述第二声波探头设置在所述第二压头的一侧表面上。
优选的，所述***还包括：第一声发射探头，第二声发射探头，所述第一声发射探头和所述第二声发射探头对称设置在所述压裂试件靠近一端部的两侧；第三声发射探头，第四声发射探头，所述第三声发射探头和所述第四声发射探头对称设置在所述压裂试件靠近另一端部的两侧。
另一方面，本发明还提供了一种酸携砂压裂方法，所述方法包括：将制备好的压裂试件，在中心钻取一中心孔，采用不锈钢管和环氧树脂对中心孔进行密封；向所述压裂试件内注入红色示踪剂或荧光粉，将所述压裂试件的两端分别与第一压头和第二压头连接，并在所述第一压头和所述第二压头的一侧面对应设置第一声波探头和第二声波探头，并采用热缩管进行密封；将所述压裂试件套入岩石三轴伺服加载单元的三轴室内，根据声发射定位对应设置第一声发射探头，第二声发射探头，第三声发射探头，第四声发射探头，加入耦合剂之后并利用弹簧圈进行固定；将环向规应变计，轴向应变计设置在所述压裂试件高度方向的中间位置处，连接后关闭所述三轴室；采用岩石三轴伺服加载单元施加轴向压力和侧向围压，并采用温度控制单元进行油浴智能加热和恒温控制；根据压裂液泵压伺服控制单元、声发射-声波监测单元和数据采集单元，对压裂过程中的数据信息进行采集和控制。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
1、本发明实施例提供的一种酸携砂压裂***，通过加工制备好压裂过程所需的压裂试件，再采用岩石三轴伺服加载单元对所述压裂试件施加轴向压力和侧向围压，从而可模拟地层应力，通过温度控制单元控制液压油的智能加热和恒温控制，利用压裂液泵压伺服控制单元对进入所述压裂试件的酸携砂压裂液的排量和压力进行控制，可对储层体积酸压现场施工过程进行模拟，通过数据采集单元采集压裂过程中压裂试件的数据信息，通过声波-声发射测试单元采集所述压裂试件压裂过程中的声学信号，其中，所述岩石三轴伺服加载单元与所述数据采集单元连接，所述压裂液泵压伺服控制单元、所述温度控制单元、所述声波-声发射测试单元均与所述岩石三轴伺服加载单元连接。所述压裂液泵压伺服控制单元中输送压裂液的泵注***及若干管路均采用耐酸耐高温耐高压和耐高粘材质，从而通过解决了现有技术中室内压裂物理模拟试验装置不能泵注具有腐蚀性的高粘度酸基压裂液，进一步解决了现有技术中不能模拟不同地层应力条件的酸携砂压裂，不能同步采集声波-声发射信号以分析压裂试件破裂损伤特征的技术问题，达到了可以模拟不同地层条件的酸携砂压裂过程，并可实时监测压裂过程中的物理力学特性和声学信号变化规律，以探索碳酸盐岩储层体积酸压过程中裂缝起裂及延伸规律的技术效果。
2、本发明实施例提供的一种酸携砂压裂方法，所述方法包括：将制备好的压裂试件，在中心钻取一中心孔，采用不锈钢管和环氧树脂对中心孔进行密封，以获得满足压裂条件的压裂试件，达到模拟井筒效果的目的；向所述压裂试件内注入红色示踪剂或荧光粉，将所述压裂试件的两端分别与第一压头和第二压头连接，并在所述第一压头和所述第二压头的一侧面对应设置第一声波探头和第二声波探头，并采用热缩管进行密封，进一步达到了密封效果好，提高监测结果准确性的技术效果；将所述压裂试件套入岩石三轴伺服加载单元的三轴室内，根据声发射定位对应设置第一声发射探头，第二声发射探头，第三声发射探头，第四声发射探头，加入耦合剂之后并利用弹簧圈进行固定；将环向规应变计，轴向应变计设置在所述压裂试件高度方向的中间位置处，连接后关闭所述三轴室；采用岩石三轴伺服加载单元施加轴向压力和侧向围压，并采用温度控制单元进行油浴智能加热和恒温控制；根据压裂液泵压伺服控制单元、声发射-声波监测单元和数据采集单元，实时同步采集压裂过程中的轴向、径向应变，轴压，围压，泵注压力，泵注排量，声发射，声波和温度等数据，从而解决了现有技术中室内压裂物理模拟试验装置不能泵注具有腐蚀性的酸基压裂液，不能同时泵注不同压裂液并实现变排量控制，且不能模拟不同地层应力条件的酸携砂压裂，不能同步采集声波-声发射信号以分析压裂试件破裂损伤特征的技术问题，达到了模拟不同地层条件下酸携砂压裂过程，并实时监测压裂过程中的物性力学特性和声学信号变化规律。能够真实模拟应力场、温度场和化学场的多场耦合，并可实时采集同一试验过程中的声波和声发射信号，实现压裂过程的声波、声发射信号的一体化监测以达到动静结合的裂缝空间定位的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例中一种酸携砂压裂***的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种酸携砂压裂***中压裂试件的结构示意图；
图3为本发明实施例中一种酸携砂压裂方法的流程示意图。
附图标记说明：1-数据采集单元；2-岩石三轴伺服加载单元；21-第一开关；22-第一液压泵；23-第一管路；24-第一溢流阀；25-第二管路；26-第一进油口；27-第二进油口；28-第三开关；29-第六管路；3-压裂液泵压伺服控制单元；31-第三管路；32-第二溢流阀；33-第二开关；34-第二液压泵；35-第四管路；36-酸携砂压裂液；37-第五管路；4-温度控制单元；5-声波-声发射测试单元；52-声波信号处理器；51-声发射信号处理器；6-三轴室；7-第一进液口；8-中心孔；9-加热圈；10-轴向应变计；11-环向规应变计；12-第一压头；13-第二压头；14-第一声波探头；15-第二声波探头；16-第一声发射探头；17-第二声发射探头；18-第三声发射探头；19-第四声发射探头；20-压裂试件。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种酸携砂压裂***和方法，用以解决现有技术中室内压裂物理模拟试验装置不能泵注具有腐蚀性的酸基压裂液，不能同时泵注不同压裂液并实现变排量控制，且不能模拟不同地层应力条件的酸携砂压裂，不能同步采集声波-声发射信号以分析压裂试件破裂损伤特征的技术问题。
本发明实施例中的技术方案，总体思路如下：
本发明实施例提供的一种能源调配优化***和方法，通过数据采集单元，所述数据采集单元采集压裂试件的数据信息；岩石三轴伺服加载单元，所述岩石三轴伺服加载单元对所述压裂试件施加轴向压力和侧向围压，所述岩石三轴伺服加载单元与所述数据采集单元连接；压裂液泵压伺服控制单元，所述压裂液泵压伺服控制单元对进入所述压裂试件的酸携砂压裂液的排量和压力进行控制，所述压裂液泵压伺服控制单元与所述岩石三轴伺服加载单元连接；温度控制单元，所述温度控制单元控制液压油的智能加热和恒温控制，所述温度控制单元与所述岩石三轴伺服加载单元连接；声波-声发射测试单元，所述声波-声发射测试单元采集所述压裂试件压裂过程中的声学信号，所述声波-声发射测试单元与所述岩石三轴伺服加载单元连接。达到了可以模拟不同地层条件的酸携砂压裂以及组合压裂过程，并可实时监测压裂过程中的物性力学特性和声学信号变化规律，以探索碳酸盐岩储层体积酸压过程中裂缝起裂及延伸规律的技术效果。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1为本发明实施例中一种酸携砂压裂***的结构示意图。如图1所示，所述***包括：数据采集单元1、岩石三轴伺服加载单元2、压裂液泵压伺服控制单元3、温度控制单元4、声波-声发射测试单元5，具体如下：
数据采集单元1，所述数据采集单元1采集压裂试件20的数据信息；
具体而言，所述数据采集单元1是所述***的信息采集模块，通过所述数据采集单元单元1实现对所述压裂试件20数据的采集，且在压裂过程中实时监测在压裂过程中的相关数据信息。岩石三轴伺服加载单元2，所述岩石三轴伺服加载单元2对所述压裂试件20施加轴向压力和侧向围压，所述岩石三轴伺服加载单元2与所述数据采集单元1连接。
进一步的，所述岩石三轴伺服加载单元2包括：第一开关21、第一液压泵22、第一溢流阀24、第一进油口26；其中，所述第一液压泵22与所述第一开关21依次串接在所述第一管路23上；所述第一溢流阀24设置在第二管路25上，并通过所述第二管路25与所述第一管路23连接；所述第一进油口26与所述第一管路23连接。
具体而言，所述岩石三轴伺服加载单元2与所述数据采集单元1连接，所述岩石三轴伺服加载单元2可以模拟地层应力，对所述压裂试件20施加轴向压力和侧向围压，所述岩石三轴伺服加载单元2包括：第一开关21，第一液压泵22，第一溢流阀24，第一进油口26，具体的，所述第一液压泵22与所述第一开关21依次串接在所述第一管路23上；所述第一溢流阀24设置在所述第二管路25上，且其中的第一管路23与第二管路25并联之后，再通过所述第一管路23连接所述第一进油口26，使得通过所述第一进油口26向所述***输油。
压裂液泵压伺服控制单元3，所述压裂液泵压伺服控制单元3对酸携砂压裂液排量和压力进行控制，所述压裂液泵压伺服控制单元3与所述岩石三轴伺服加载单元2连接；压裂液泵压伺服控制单元3，所述压裂液泵压伺服控制单元3对进入所述压裂试件20的酸携砂压裂液的排量和压力进行控制，所述压裂液泵压伺服控制单元3与所述岩石三轴伺服加载单元2连接；所述压裂液泵压伺服控制单元包括：第三管路31，第二溢流阀32，所述第二溢流阀32设置在所述第三管路31上；第二开关33，第二液压泵34，所述第二液压泵33和所述第二开关34依次串接在所述第四管路35上；酸携砂压裂液36，所述酸携砂压裂液36通过第五管路37与所述第四管路35连接，其中，所述第四管路35的一端与第一进液口7连接。
具体而言，所述压裂液泵压伺服控制单元3通过所述第一进液口7与所述岩石三轴伺服加载单元2的三轴室6连接，所述压裂液泵压伺服控制单元3可模拟储层体积酸压现场施工过程，使用所述压裂液泵压伺服控制单元3可以精确控制压裂液排量和压力，即对酸携砂压裂液36排量和压力进行控制。所述压裂液泵压伺服控制单元包括：第三管路31，第二溢流阀32，第二开关33，第二液压泵34，酸携砂压裂液36。具体的，所述第二溢流阀32设置在所述第三管路31上，所述第二液压泵34和所述第二开关33依次串接在所述第四管路35上，所述酸携砂压裂液36设置在所述第五管路37上，其中，所述第三管路与所述第四管路35、第五管路37均为并联，最终通过所述第四管路35连接所述第一进液口7，使得酸携砂压裂液可通过第一进液口7进入***中。
温度控制单元4，所述温度控制单元4对所述岩石三轴伺服加载单元2中液压油的智能加热和恒温进行控制，所述温度控制单元4与所述岩石三轴伺服加载单元2连接；
具体而言，所述温度控制单元4用于对所述***的温度条件进行控制，即可采用所述温度控制单元4进行油浴智能加热和恒温控制，其中，所述温度控制单元4通过与所述加热圈9连接之后，进一步与所述岩石三轴伺服加载单元2连接。
声波-声发射测试单元5，所述声波-声发射测试单元5采集所述压裂试件20压裂过程中的声学信号，所述声波-声发射测试单元5与所述岩石三轴伺服加载单元2连接。
进一步的，所述***还包括：声波信号处理器52，所述声波信号处理器52与所述声波-声发射测试单元5连接，用于采集所述压裂试件20的声波数据；声发射信号处理器51，所述声发射信号处理器51与所述声波-声发射测试单元5连接，用于采集所述压裂试件20的声发射数据。
具体而言，采用所述声波-声发射测试单元5可同步采集压裂试件破裂过程中的声学信号以探索体积酸压过程中裂缝起裂及扩展规律，即采集所述压裂试件20压裂过程中的声学信号，所述声波-声发射测试单元5与所述岩石三轴伺服加载单元2连接，所述***还包括：四个声发射信号处理器51和一个声波信号处理器52，且，所述声发射信号处理器51和所述声波信号处理器52均与所述声波-声发射测试单元5连接，其中，所述声波信号处理器52用于采集所述压裂试件20的声波数据；所述声发射信号处理器51用于采集所述压裂试件20的声发射数据。
进一步的，所述***还包括：三轴室6，所述三轴室6通过第一进液口7与所述压裂液泵压伺服控制单元3连接；其中，所述三轴室6内部具有一容置空间，且所述容置空间内容置所述压裂试件20；中心孔8，所述中心孔8设置在所述压裂试件20的中心位置处，且所述中心孔8内部设置一不锈钢管，通过环氧树脂进行密封；热缩管，所述热缩管套接在所示压裂试件20外部；加热圈9，所述加热圈9套设在所述三轴室6的外表面，且所述加热圈9与所述温度控制单元4连接。
具体而言，所述岩石三轴伺服加载单元2的试验机具有一个三轴室6，所述三轴室6通过所述第一进液口7与所述压裂液泵压伺服控制单元3连接；所述三轴室6内部还具有一容置空间，在所述容置空间内可进一步放置所述压裂试件20，所述压裂试件20为一圆柱体件，在所述压裂试件20的中心位置处还钻取一中心孔8，在所述中心孔8安装一不锈钢管，通过环氧树脂进行密封，进一步达到了密封效果好，提高监测的准确性的技术效果。具体的，可将现场取回的碳酸盐岩等岩心加工制备成φ100×200圆柱体压裂试件20，并在中心钻取φ12×120的圆柱状中心孔8，并选用φ12×100的不锈钢管和环氧树脂对中心孔进行密封，以达到模拟井筒效果的目的。进一步的，在所述三轴室6的外表面还装有一所述加热圈9，其位于所述三轴室6高度方向上的中间位置处，同时所述加热圈9还与所述温度控制单元4连接，且所述压裂试件20分别与第一压头12和第二压头13连接之后，进一步采用热缩管进行包裹密封。
进一步的，所述***还包括：第二进油口27、第三开关28、第六管路29，所述第三开关28设置在所述第六管路29上，其中，所述第六管路29的一端与所述岩石三轴伺服加载单元2连接，另一端与所述第二进油口27连接。
具体而言，所述第六管路29的一端与所述岩石三轴伺服加载单元2通过螺纹连接，另一端通过所述第二进油口27与所述三轴室6连接，其中，所述第六管路29上还设置有第三开关28。
进一步的，所述***还包括：轴向应变计10，所述轴向应变计10设置在所述压裂试件20的一侧，用于获得所述压裂试件20的轴向应变；环向规应变计11，所述环向规应变计11套设在热缩管的表面，且位于所述压裂试件20高度方向上的中间位置处，用于获得所述压裂试件20的径向应变。
具体而言，所述轴向应变计10设置在所述压裂试件20的一侧，通过所述轴向应变计10对所述压裂试件20的轴向应变进行监测，所述环向规应变计11套设在所述压裂试件20高度方向的中部位置，通过所述环向规应变计11对所述压裂试件20的径向应变进行监测。
进一步的，所述***还包括：第一压头12、第二压头13、第一声波探头14、第二声波探头15；其中，所述第一压头12的一端与所述压裂试件20的一端连接；所述第二压头13的一端与所述压裂试件20的另一端连接；所述第一声波探头14设置在所述第一压头12的一侧表面上；所述第二声波探头15设置在所述第二压头13的一侧表面上。
进一步的，所述***还包括：第一声发射探头16，第二声发射探头17，所述第一声发射探头16和所述第二声发射探头17对称设置在所述压裂试件20靠近一端部的两侧；第三声发射探头18，第四声发射探头19，所述第三声发射探头18和所述第四声发射探头19对称设置在所述压裂试件20靠近另一端部的两侧。
具体而言，所述第一压头12和所述第二压头13分别位于所述压裂试件20的两端，在所述第一压头12的一侧表面上设置所述第一声波探头14，在所述第二压头13的一侧表面上设置第二声波探头15，进一步的，在所述压裂试件20靠近一端部的两侧对称设置所述第一声发射探头16和所述第二声发射探头17，在所述压裂试件20靠近另一端部的两侧对称设置所述第三声发射探头18和所述第四声发射探头19。
通过本发明实施例所述的***，其适用于模拟不同地层条件下碳酸盐岩储层体积酸压压裂现场施工过程，并可对整个压裂过程的物性力学参数和声波-声发射信号进行实时监测，以探索体积酸压过程中裂缝起裂和延伸规律。
实施例二
图3为本发明实施例中一种酸携砂压裂方法的流程示意图，如图3所示，所述方法包括：
步骤110：将制备好的压裂试件，在中心钻取一中心孔，采用不锈钢管和环氧树脂对中心孔进行密封；
具体而言，将现场取回的碳酸盐岩等岩心加工制备成圆柱体压裂试件，并在中心钻取的圆柱状中心孔8，并选用的不锈钢管和环氧树脂对中心孔进行密封，以模拟井筒效果。
步骤120：向所述压裂试件20内注入红色示踪剂或荧光粉，将所述压裂试件的两端分别与第一压头12和第二压头13连接，并在所述第一压头12和所述第二压头13的一侧面对应设置第一声波探头14和第二声波探头15，并采用热缩管进行密封；
具体而言，向密封完好的圆柱体试样注入定量红色示踪剂或者荧光粉，将所述压裂试件20的上下两端分别与所述第一压头12和所述第二压头13连接，布置好所述第一声波探头14和第二声波探头15之后，进一步采用热缩管进行包裹密封。
步骤130：将所述压裂试件20套入岩石三轴伺服加载单元2的三轴室6内，根据声发射定位对应设置第一声发射探头14，第二声发射探头15，第三声发射探头16，第四声发射探头17，加入耦合剂之后并利用弹簧圈进行固定；
步骤140：将环向规应变计11，轴向应变计10设置在所述压裂试件20高度方向的中间位置处，连接后关闭所述三轴室6；
具体而言，将加工好的所述压裂试件20装入岩石三轴试验机中的三轴室6内，根据声发射定位布置声发射探头，加入耦合剂并用弹簧圈固定；将径向应变规11、轴向应变计10安装于岩石压裂试件的中部位置，连接好数据线，检查传感器完好后关闭三轴室。
步骤150：采用岩石三轴伺服加载单元2施加轴向压力和侧向围压，并采用温度控制单元4进行油浴智能加热和恒温控制；
具体而言，采用所述岩石三轴伺服加载单元2施加轴向压力和侧向围压，模拟三向地应力条件加载，并使用所述温度控制单元4进行油浴智能加热和恒温控制。
步骤160：根据压裂液泵压伺服控制单元3、声发射-声波监测单元5和数据采集单元1，对压裂过程中的数据信息进行采集和控制。
具体而言，启动所述压裂液泵压伺服控制单元3、所述声发射-声波监测单元5和所述数据采集单元1，控制压裂试验过程并实时同步采集轴向、径向应变，轴压，围压，泵注压力，泵注排量，声发射，声波和温度等数据，同时，为防止压裂过程中空气压缩产生的压力影响泵注液体压力，故在压裂液管道中预先施加泵注使得管内充满压裂液并排出空气。压裂试验完成后，停止泵压，同时卸载围压和轴压，并关闭声发射-声波监测单元和数据采集单元，拆除试验试样；拆卸试样后，对试样加载各面进行肉眼直接观测，并采用数码相机进行拍摄；对压裂试样进行剖切，通过对压裂液中红色示踪剂观察，描述试样内部压裂液运移通道，掌握压裂缝扩展规律；选取代表性压裂岩芯，进行压裂试验后三维形貌扫描或者工业CT断面扫描，与试验前结果进行对比分析，描述压裂缝扩展形态；分析体积压裂泵压曲线、声发射监测数据、试验前后工业CT断面扫描，及试样内部红色示踪剂描述，完成碳酸盐岩压裂裂缝开裂形态的综合分析。因此通过上述方法能够模拟不同地层条件下酸携砂压裂过程，并实时监测压裂过程中的物性力学特性和声学信号变化规律。能够真实模拟应力场、温度场和化学场的多场耦合，并可实时采集同一试验过程中的声波和声发射信号，实现压裂过程的声波、声发射信号的一体化监测以达到动静结合的裂缝空间定位，可选用具有酸蚀作用的压裂液实现多控制参数的压裂试验。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
1、本发明实施例提供的一种酸携砂压裂***，通过加工制备好压裂过程所需的压裂试件，再采用岩石三轴伺服加载单元对所述压裂试件施加轴向压力和侧向围压，从而可模拟地层应力，通过温度控制单元控制液压油的智能加热和恒温控制，利用压裂液泵压伺服控制单元对进入所述压裂试件的酸携砂压裂液的排量和压力进行控制，可对储层体积酸压现场施工过程进行模拟，通过数据采集单元采集压裂过程中压裂试件的数据信息，通过声波-声发射测试单元采集所述压裂试件压裂过程中的声学信号，其中，所述岩石三轴伺服加载单元与所述数据采集单元连接，所述压裂液泵压伺服控制单元、所述温度控制单元、所述声波-声发射测试单元均与所述岩石三轴伺服加载单元连接。所述压裂液泵压伺服控制单元中输送压裂液的泵注***及若干管路均采用耐酸耐高温耐高压和耐高粘材质，从而通过解决了现有技术中室内压裂物理模拟试验装置不能泵注具有腐蚀性的高粘度酸基压裂液，进一步解决了现有技术中不能模拟不同地层应力条件的酸携砂压裂，不能同步采集声波-声发射信号以分析压裂试件破裂损伤特征的技术问题，达到了可以模拟不同地层条件的酸携砂压裂过程，并可实时监测压裂过程中的物理力学特性和声学信号变化规律，以探索碳酸盐岩储层体积酸压过程中裂缝起裂及延伸规律的技术效果。
2、本发明实施例提供的一种酸携砂压裂方法，所述方法包括：将制备好的压裂试件，在中心钻取一中心孔，采用不锈钢管和环氧树脂对中心孔进行密封，以获得满足压裂条件的压裂试件，达到模拟井筒效果的目的；向所述压裂试件内注入红色示踪剂或荧光粉，将所述压裂试件的两端分别与第一压头和第二压头连接，并在所述第一压头和所述第二压头的一侧面对应设置第一声波探头和第二声波探头，并采用热缩管进行密封，进一步达到了密封效果好，提高监测结果准确性的技术效果；将所述压裂试件套入岩石三轴伺服加载单元的三轴室内，根据声发射定位对应设置第一声发射探头，第二声发射探头，第三声发射探头，第四声发射探头，加入耦合剂之后并利用弹簧圈进行固定；将环向规应变计，轴向应变计设置在所述压裂试件高度方向的中间位置处，连接后关闭所述三轴室；采用岩石三轴伺服加载单元施加轴向压力和侧向围压，并采用温度控制单元进行油浴智能加热和恒温控制；根据压裂液泵压伺服控制单元、声发射-声波监测单元和数据采集单元，实时同步采集压裂过程中的轴向、径向应变，轴压，围压，泵注压力，泵注排量，声发射，声波和温度等数据，从而解决了现有技术中室内压裂物理模拟试验装置不能泵注具有腐蚀性的酸基压裂液，不能同时泵注不同压裂液并实现变排量控制，且不能模拟不同地层应力条件的酸携砂压裂，不能同步采集声波-声发射信号以分析压裂试件破裂损伤特征的技术问题，达到了模拟不同地层条件下酸携砂压裂过程，并实时监测压裂过程中的物性力学特性和声学信号变化规律。能够真实模拟应力场、温度场和化学场的多场耦合，并可实时采集同一试验过程中的声波和声发射信号，实现压裂过程的声波、声发射信号的一体化监测以达到动静结合的裂缝空间定位的技术效果。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种酸携砂压裂***，其特征在于，所述***包括：
数据采集单元，所述数据采集单元采集压裂试件的数据信息；
岩石三轴伺服加载单元，所述岩石三轴伺服加载单元对所述压裂试件施加轴向压力和侧向围压，所述岩石三轴伺服加载单元与所述数据采集单元连接；
压裂液泵压伺服控制单元，所述压裂液泵压伺服控制单元对进入所述压裂试件的酸携砂压裂液的排量和压力进行控制，所述压裂液泵压伺服控制单元与所述岩石三轴伺服加载单元连接；
温度控制单元，所述温度控制单元对所述岩石三轴伺服加载单元中液压油的智能加热和恒温进行控制，所述温度控制单元与所述岩石三轴伺服加载单元连接；
声波-声发射测试单元，所述声波-声发射测试单元监测并采集所述压裂试件压裂过程中的声学信号，所述声波-声发射测试单元与所述岩石三轴伺服加载单元连接。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：
三轴室，所述三轴室通过第一进液口与所述压裂液泵压伺服控制单元连接；
其中，所述三轴室内部具有一容置空间，且所述容置空间内容置所述压裂试件；
中心孔，所述中心孔设置在所述压裂试件的中心位置处，且所述中心孔内部设置一不锈钢管，通过环氧树脂进行密封；
热缩管，所述热缩管套接在所示压裂试件外部；
加热圈，所述加热圈套设在所述三轴室的外表面，且所述加热圈与所述温度控制单元连接。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述岩石三轴伺服加载单元包括：
第一开关，
第一液压泵，所述第一液压泵与所述第一开关依次串接在所述第一管路上；
第一溢流阀，所述第一溢流阀设置在第二管路上，并通过所述第二管路与所述第一管路连接；
第一进油口，所述第一进油口与所述第一管路连接。
4.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述压裂液泵压伺服控制单元包括：
第三管路，
第二溢流阀，所述第二溢流阀设置在所述第三管路上；
第二开关，第二液压泵，所述第二液压泵和所述第二开关依次串接在所述第四管路上；
酸携砂压裂液，所述酸携砂压裂液通过第五管路与所述第四管路连接，其中，所述第四管路的一端与第一进液口连接。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：
声波信号处理器，所述声波信号处理器与所述声波-声发射测试单元连接，用于采集所述压裂试件的声波数据；
声发射信号处理器，所述声发射信号处理器与所述声波-声发射测试单元连接，用于采集所述压裂试件的声发射数据。
6.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：
第二进油口，第三开关，第六管路，所述第三开关设置在所述第六管路上，其中，所述第六管路的一端与所述岩石三轴伺服加载单元连接，另一端与所述第二进油口连接。
7.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：
轴向应变计，所述轴向应变计设置在所述压裂试件的一侧，用于获得所述压裂试件的轴向应变；
环向规应变计，所述环向规应变计套设在热缩管的表面，且位于所述压裂试件高度方向上的中间位置处，用于获得所述压裂试件的径向应变。
8.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：
第一压头，所述第一压头的一端与所述压裂试件的一端连接；
第二压头，所述第二压头的一端与所述压裂试件的另一端连接；
第一声波探头，所述第一声波探头设置在所述第一压头的一侧表面上；
第二声波探头，所述第二声波探头设置在所述第二压头的一侧表面上。
9.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：
第一声发射探头，第二声发射探头，所述第一声发射探头和所述第二声发射探头对称设置在所述压裂试件靠近一端部的两侧；
第三声发射探头，第四声发射探头，所述第三声发射探头和所述第四声发射探头对称设置在所述压裂试件靠近另一端部的两侧。
10.一种酸携砂压裂方法，其特征在于，所述方法包括：
将制备好的压裂试件，在中心钻取一中心孔，采用不锈钢管和环氧树脂对中心孔进行密封；
向所述压裂试件内注入红色示踪剂或荧光粉，将所述压裂试件的两端分别与第一压头和第二压头连接，并在所述第一压头和所述第二压头的一侧面对应设置第一声波探头和第二声波探头，并采用热缩管进行密封；
将所述压裂试件套入岩石三轴伺服加载单元的三轴室内，根据声发射定位对应设置第一声发射探头，第二声发射探头，第三声发射探头，第四声发射探头，加入耦合剂之后并利用弹簧圈进行固定；
将环向规应变计，轴向应变计设置在所述压裂试件高度方向的中间位置处，连接后关闭所述三轴室；
采用岩石三轴伺服加载单元施加轴向压力和侧向围压，并采用温度控制单元进行油浴智能加热和恒温控制；
根据压裂液泵压伺服控制单元、声发射-声波监测单元和数据采集单元，对压裂过程中的数据信息进行采集和控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181218 |