CN110242267A - 用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法 - Google Patents
用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110242267A CN110242267A CN201910409149.8A CN201910409149A CN110242267A CN 110242267 A CN110242267 A CN 110242267A CN 201910409149 A CN201910409149 A CN 201910409149A CN 110242267 A CN110242267 A CN 110242267A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- test
- hydraulic fracturing
- test specimen
- paraffin
- mold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 136
- 238000010008 shearing Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 79
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 26
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 7
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 229940057995 liquid paraffin Drugs 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- 238000010257 thawing Methods 0.000 claims description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 5
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 abstract description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 3
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 abstract description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 abstract 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 2
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 1
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000001256 tonic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/06—Measuring temperature or pressure
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
- E21B47/14—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B25/04—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes of buildings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法，属于增强型地热***(EGS)干热岩注水压裂剪切试验技术领域。本发明方法包括：首先利用双开不锈钢模具制作含注水钻孔、起裂裂纹的石蜡倒模；其次，利用石膏、水和标准模具制作含石蜡倒模、不同形式原生裂隙的大尺寸类岩石试件；接着，将试件安置于上下两个加热套筒中并安置于直剪试验机中，接通电源加热后将石蜡液体倒出；最后，安装声发射传感器、注水管和滑动压板，操作试验机施加轴向应力和剪切应力，选择合适的注水参数、温度参数和加载预应力参数进行试验。本发明真实反映了干热岩储层激发过程，为研究干热岩注水压裂剪切裂纹扩展机制提供有效的室内试验手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟增强型地热***(EGS)干热岩注水压裂剪切试验技术领域，具体涉及一种模拟增强型地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法。
背景技术
地热是一种蕴藏在地球内部的可再生热能资源。与煤炭、石油和天然气等传统的化石能源相比，地热能具备数量巨大、可再生、低碳、环保、就地取用等优势。据山东省地矿局初步评价，全省可利用地热能资源量为4.21×1020J，折合标准煤240亿吨，相当于山东省煤炭资源保有经济可采储量46亿吨的5倍。因此，大力开发利用本省地热资源有利于缓解区域能源供需矛盾，增强节能减排效果、建设资源节约型、环境友好型的和谐社会。相比浅层地热能主要用于居民供暖制冷，深层地热能具有稳定、连续、利用效率高等优势。
深部地热能资源利用在我国尚处于理论研究、实验室模拟、钻井普查阶段。钻孔取干热能源工程耗时较长，耗资和风险较高。因此，在人工储热层建造示范前，开展室内干热岩注水压裂剪切试验，成为现阶段地热开发的必要手段，可为示范工程的设计提供参数和方案优化，确保缩短时间，减少投入，降低风险，提高效率。目前，我国尚未拥有整套成熟的室内干热岩注水压裂剪切试验方法，尤其实现对高温度、高注水压力、高应力耦合环境下的注水剪切试验方法尚不成熟。
因此，有必要研究一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法，其可以对大尺寸类岩石(150mm×150mm×300mm)进行不同温度、水压和应力条件下的注水压裂剪切试验，同时，利用声发射监测手段进一步揭示剪切裂纹动态演化特征和滑移破坏机制。
本发明的任务之一在于提供一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***，其采用了如下技术方案：
一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***，其包括试件制作装置、加载加热装置、注水压裂装置及声发射监测装置，所述的试件制作装置包括石蜡倒模制作装置和大尺寸注水压裂直剪试件装置，所述的石蜡倒模制作装置包括双开不锈钢模具和紧固装置，所述的双开不锈钢模具包括垂向圆柱体和位于垂向圆柱体底部的模具腔室，所述的垂向圆柱体的顶部设置有注浆孔，所述的垂向圆柱体的上端和下端分别为模具上端柱和模具下端柱，所述的紧固装置设置有两个，分别位于所述的模具上端柱和模具下端柱处对所述的石蜡模具制作装置进行固定，通过所述的石蜡倒模制作装置制作好的石蜡倒模包括模拟注水井和预制起裂裂隙；所述的大尺寸注水压裂直剪试件装置为150mm×150mm×300mm的试件模具，所述的石蜡倒模放置在所述的试件模具中，且所述的石蜡倒模位于所述试件模具的中上部，所述的试件模具下方预制原生裂隙；通过所述试件模具制作好的大尺寸注水压裂直剪试件包括所述的模拟注水井、所述的预制起裂裂隙及所述的原生裂隙；所述的原生裂隙包括单一原生裂隙和双原生裂隙组；
所述的加载加热装置包括刚性加热套筒、剪切加载压头、轴向注水加载压头、直剪试验机固定槽及滑动压板；所述的刚性加热套筒包括上部套筒和下部套筒，二者结构相同，所述的上部套筒包括套筒本体，所述的套筒本体外壁上自内向外依次设置加热层、保温层及刚性承载层，在所述的套筒本体侧壁上设置有声发射探头布置孔；
所述的大尺寸注水压裂直剪试件位于所述的上部套筒和下部套筒中，所述的滑动压板位于上部套筒中的大尺寸注水压裂直剪试件的上方，所述的滑动压板上方紧贴所述轴向注水加载压头，所述的剪切加载压头紧贴在所述的上部套筒的侧壁；
所述的注水压裂装置包括连接塞、可伸缩高压软管及封水螺栓，所述的连接塞将高压进水管与轴向注水加载压头相连接；所述的可伸缩高压软管与封水螺栓相连接，所述的封水螺栓嵌入大尺寸注水压裂直剪试件，并与所述模拟注水井相连接；
所述的声发射监测装置包括声发射探头，所述的声发射探头设置在所述的声发射探头布置孔内。
作为本发明的一个优选方案，上述的声发射探头布置孔位于上述的套筒本体外侧对角线上，在上述的上部套筒和下部套筒上分别布置四个声发射探头布置孔，并分别与上述的模拟注水井相连接。
作为本发明的另一个优选方案，上述的模拟注水井的直径为20mm、预制起裂裂隙的平面直径为50mm，其厚度为5mm。
进一步的，单一原生裂隙中原生裂隙的间距为70mm、角度为45°。
本发明的另一任务在于提供一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验方法，其包括以下步骤：
a、制作石蜡倒模，
利用两个所述的紧固装置分别模具上端柱和模具下端柱；
将融化的石蜡注入所述的注浆孔内，保证液态石蜡填充模具腔室，待温度降低石蜡凝固后取出；
将制作好的石蜡倒模打磨成满足试验需要的尺寸；
b、制作大尺寸注水压裂直剪试件，
选择合适的材料的配比参数配制材料；
将配制好的材料放置于150mm×150mm×300mm模具中，并将步骤a制作好的石蜡倒模置于模具中上部，保证模拟注水井紧贴试件的上端面；
静置模具，待材料成型后取出放置养护箱中进行养护；
对养护好的大尺寸注水压裂直剪试件进行切割，切割出贯穿试件的原生裂隙，可设置单一原生裂隙、双原生裂隙组；
再配制一定量的直剪试件材料，将配制好的材料抹入试样原生裂隙以封堵试件端面处原生裂隙的开口，保证封堵材料在原生裂纹的嵌入长度大于1cm，进而模拟封闭的原生裂隙，将制备好的额直剪试样放置于养护箱中进行养护；
c、准备，
将大尺寸注水压裂直剪试件安置于上部套筒和下部套筒中，并将其整体再安置于直剪试验机中，接通电源加热后将试件加热，待石蜡倒模变成液体倒出；
将声发射传感器***声发射探头布置孔中；
将滑动压板放置于大尺寸注水压裂直剪试件上部，利用封水螺栓将可伸缩高压软管与模拟注水管连接；
在滑动压板上方放置轴向注水加载压头，利用连接塞连接高压水管；
操作直剪试验机，将剪切加载压头贴紧加热套筒准备试验；
d、开始试验，
操作直剪试验机，控制剪切加载压头和轴向注水加载压头的应力加载大小；
将加热保温套筒接通电源，将大尺寸注水压裂直剪试件温度升高至设计温度，并进行保温；
通过声发射监测装置对试验全过程进行监测；
将常温水注入模拟注水井中，按照设计速率增加水压，待试件发生剪切破坏停止试验，同时停止声发射监测装置的监测；
将破坏后的大尺寸注水压裂直剪试件放置于跨尺寸CT扫描试验机中，反演重构试件各断面裂纹传播及扩展特征。
与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：
本发明试验***真实反映了现场增强型地热***(EGS)干热岩注水压裂环境，利用加热套筒模拟地下1000～3000km的60～200℃的岩体环境，轴向注水加载压头模拟了地下垂直应力，剪切加载压头模拟了深部剪切地应力，注水压裂装置模拟了现场常温水的注入压裂工程。
本发明试验***真实反映了干热岩储层激发过程，利用预制模拟注水井模拟现场生产钻孔高压水的注入，预制起裂裂隙实现在特定区域的储层激发；受剪切加载压头影响，试件内部存在剪切应力，进而模拟了水压作用下剪切裂纹的扩展和传播，真实反映干热岩注水压裂剪切裂纹扩展机制；利用预制原生裂纹模拟现场地质环境中的断裂构造，同时可以模拟注水压裂剪切裂纹与原生断裂连接情况，侧面反映干热岩储层激发过程。
本发明试验方法，利用双开不锈钢模具和石蜡制作含注水钻孔、起裂裂纹的石蜡倒模；利用石膏、水和标准模具制作含石蜡倒模、不同形式原生裂隙的大尺寸类岩石试件；将试件安置于上下两个加热套筒中并安置于直剪试验机中，接通电源加热后将石蜡液体倒出；安装声发射传感器、注水管和滑动压板，操作试验机选择合适的注水参数、温度参数和加载应力参数进行试验。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明干热岩注水压裂剪切试验方法的剪切试件整体布置图；
图2为本发明试验过程声发射传感器布置方式示意图；
图3(a)(b)(c)为本发明注水压裂直剪试件剪切试件预制裂隙示意图；
图4为本发明制作模拟注水井的紧固装置实体图；
图5和图6为本发明双开模具结构示意图。
附图标记如下：
1-大尺寸注水压裂直剪试件；1-1-模拟注水井；1-2-预制起裂裂隙；1-3-单一原生裂隙；1-4-双原生裂隙组；2-刚性加热套筒；2-1-加热层；2-2-保温层；2-3-刚性承载层；2-4声发射探头布置孔；3-剪切加载压头；4-轴向注水加载压头；5-直剪试验机；6-滑动压板；7-注水管；7-1-连接塞；7-2-可伸缩高压软管；7-3-封水螺栓；8-声发射传感器；9-双开不锈钢模具；9-1-注浆孔；9-2-模具腔室；9-3-模具上端柱；9-4-模具下端柱；10-紧固装置；11-石蜡倒模。
具体实施方式
本发明提出了一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
结合图1至图6所示，本发明一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***，包括试件制作装置、加载加热装置、注水压裂装置和声发射监测装置，试件制作装置包括双开不锈钢模具9和紧固装置10，双开不锈钢模具9包括注浆孔9-1、模具腔室9-2、模具上端柱9-3、模具下端柱9-4；石蜡倒模11包括模拟注水井1-1和预制起裂裂隙1-2；利用石蜡倒模11制作大尺寸注水压裂直剪试件1，大尺寸注水压裂直剪试件1包括模拟注水井1-1、预制起裂裂隙1-2、原生裂隙；原生裂隙包括单一原生裂隙1-3、双原生裂隙组1-4。
加载加热装置包括刚性加热套筒2、剪切加载压头3、轴向注水加载压头4、直剪试验机5固定槽、滑动压板6；刚性加热套筒2包括加热层2-1、保温层2-2、刚性承载层2-3、声发射探头布置孔2-4。刚性加热套筒2共使用两个，利用上部、下部刚性加热套筒2包裹大尺寸注水压裂直剪试件1；包裹尺寸注水压裂直剪试件安置于直剪试验机5固定槽内；滑动压板6安置于大尺寸注水压裂直剪试件1上方，滑动压板6上方紧贴轴向注水加载压头4。剪切加载压头3贴紧上部的刚性加热套筒2。
注水压裂装置包括注水管7、连接塞7-1、可伸缩高压软管7-2、封水螺栓7-3；连接塞7-1将高压进水管与轴向注水加载压头4相连接；可伸缩高压软管7-2与封水螺栓7-3相连接；封水螺栓7-3嵌入大尺寸注水压裂直剪试件1，并与模拟注水井1-1相连接。
声发射监测装置包括声发射传感器8，声发射传感器8布置于声发射探头布置孔2-4中。
利用上述一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***，模拟增强型地热***(EGS)干热岩注水压裂剪切试验方法，具体步骤：
(1)石蜡倒模11的制作
①利用两个紧固装置10分别固定双开不锈钢模具9的上端柱和下端柱；
②将融化的石蜡注入双开不锈钢模具9的注浆孔9-1内，保证液态石蜡填充模具腔室9-2，待温度降低石蜡凝固后取出；
③依据实验研究要求及实际地质条件，将制作好的石蜡倒模11放置于打磨机中进行打磨，保证模拟注水井1-1的直径为20mm、预制起裂裂隙1-2平面直径为50mm和厚度为5mm。
(2)大尺寸注水压裂直剪试件1的制作
①依据实验研究要求及实际地质条件，选择石膏、和水配制材料，石膏和水的质量比为1：0.4；
②将配制好的材料放置于150mm×150mm×300mm模具中，并将上步制作好的石蜡倒模11置于模具中上部，保证模拟注水井1-1紧贴试件的上端面；
③静置模具，待材料成型后取出放置养护箱中进行养护，养护1天，温度25℃，湿度30％；
④利用高压水刀对养护好的大尺寸注水压裂直剪试件1进行切割，切割出贯穿试件的原生裂隙，可设置单一原生裂隙1-3其中原生裂隙的间距为70mm、角度为45°；
⑤再配制一定量的与直剪试件材料，石膏和水的质量比为1：0.4，将配制好的材料抹入试样原生裂隙，目的为封堵试件端面处原生裂隙的开口，保证封堵材料在原生裂纹的嵌入长度大于1cm，进而模拟封闭的原生裂隙，将制备好的额直剪试样放置于养护箱中进行养护，养护1天，温度25℃，湿度30％。
(3)试验装备安装
①将试件安置于上下两个加热套筒中并安置于直剪试验机5中，接通电源加热后将试件加热，待石蜡倒模11变成液体倒出；
②将声发射传感器8***声发射探头布置孔2-4中，生发射探孔距离边界的距离为50mm；
③将滑动压板6放置于试件上部，利用封水螺栓7-3将可伸缩高压软管7-2与模拟注水管7连接；
④在滑动压板6上方放置轴向注水加载压头4，利用连接塞7-1连接高压水管；
⑤操作直剪试验机，将剪切加载压头3贴紧加热套筒准备试验。
(4)试验操作
①操作直剪试验机5，控制剪切加载压头3和轴向注水加载压头4，依照试验方案设计垂直加载应力为20kN和剪切力的大小为15kN，保证试验试件不发生破坏；
②将加热保温套筒接通电源，将试件温度升高至设计温度110℃，并进行保温；
③打开声发射监测装置对试验全过程进行监测；
④操作高压水泵，将常温水(25℃)注入模拟注水井1-1中，按照设计速率增加水压(0.001MPa/s)，待试件发生剪切破坏停止试验，同时停止声发射试验机的监测；
⑤将破坏后的试件放置于跨尺寸CT扫描试验机中，反演重构试件各断面裂纹传播及扩展特征。
本发明未述及的部分借鉴现有技术即可实现。
需要说明的是：在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***，其包括试件制作装置、加载加热装置、注水压裂装置及声发射监测装置，其特征在于：
所述的试件制作装置包括石蜡倒模制作装置和大尺寸注水压裂直剪试件装置，所述的石蜡倒模制作装置包括双开不锈钢模具和紧固装置，所述的双开不锈钢模具包括垂向圆柱体和位于垂向圆柱体底部的模具腔室，所述的垂向圆柱体的顶部设置有注浆孔，所述的垂向圆柱体的上端和下端分别为模具上端柱和模具下端柱，所述的紧固装置设置有两个，分别位于所述的模具上端柱和模具下端柱处对所述的石蜡模具制作装置进行固定，通过所述的石蜡倒模制作装置制作好的石蜡倒模包括模拟注水井和预制起裂裂隙；所述的大尺寸注水压裂直剪试件装置为150mm×150mm×300mm的试件模具，所述的石蜡倒模放置在所述的试件模具中，且所述的石蜡倒模位于所述试件模具的中上部，所述的试件模具下方预制原生裂隙；通过所述试件模具制作好的大尺寸注水压裂直剪试件包括所述的模拟注水井、所述的预制起裂裂隙及所述的原生裂隙；所述的原生裂隙包括单一原生裂隙和双原生裂隙组；
所述的加载加热装置包括刚性加热套筒、剪切加载压头、轴向注水加载压头、直剪试验机固定槽及滑动压板；所述的刚性加热套筒包括上部套筒和下部套筒，二者结构相同，所述的上部套筒包括套筒本体，所述的套筒本体外壁上自内向外依次设置加热层、保温层及刚性承载层，在所述的套筒本体侧壁上设置有声发射探头布置孔；
所述的大尺寸注水压裂直剪试件位于所述的上部套筒和下部套筒中，所述的滑动压板位于上部套筒中的大尺寸注水压裂直剪试件的上方，所述的滑动压板上方紧贴所述轴向注水加载压头，所述的剪切加载压头紧贴在所述的上部套筒的侧壁；
所述的注水压裂装置包括连接塞、可伸缩高压软管及封水螺栓，所述的连接塞将高压进水管与轴向注水加载压头相连接；所述的可伸缩高压软管与封水螺栓相连接，所述的封水螺栓嵌入大尺寸注水压裂直剪试件，并与所述模拟注水井相连接；
所述的声发射监测装置包括声发射探头，所述的声发射探头设置在所述的声发射探头布置孔内。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***，其特征在于：所述的声发射探头布置孔位于所述的套筒本体外侧对角线上，在所述的上部套筒和下部套筒上分别布置四个声发射探头布置孔，并分别与所述的模拟注水井相连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***，其特征在于：所述的模拟注水井的直径为20mm、预制起裂裂隙的平面直径为50mm，其厚度为5mm。
4.根据权利要求3所述的一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***，其特征在于：单一原生裂隙中原生裂隙的间距为70mm、角度为45°。
5.一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验方法，其特征在于，其采用权利要求1～4所述的一种用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***，所述的试验方法依次包括以下步骤：
a、制作石蜡倒模，
利用两个所述的紧固装置分别模具上端柱和模具下端柱；
将融化的石蜡注入所述的注浆孔内，保证液态石蜡填充模具腔室，待温度降低石蜡凝固后取出；
将制作好的石蜡倒模打磨成满足试验需要的尺寸；
b、制作大尺寸注水压裂直剪试件，
选择合适的材料的配比参数配制材料；
将配制好的材料放置于150mm×150mm×300mm模具中，并将步骤a制作好的石蜡倒模置于模具中上部，保证模拟注水井紧贴试件的上端面；
静置模具，待材料成型后取出放置养护箱中进行养护；
对养护好的大尺寸注水压裂直剪试件进行切割，切割出贯穿试件的原生裂隙，可设置单一原生裂隙、双原生裂隙组；
再配制一定量的直剪试件材料，将配制好的材料抹入试样原生裂隙以封堵试件端面处原生裂隙的开口，保证封堵材料在原生裂纹的嵌入长度大于1cm，进而模拟封闭的原生裂隙，将制备好的额直剪试样放置于养护箱中进行养护；
c、准备，
将大尺寸注水压裂直剪试件安置于上部套筒和下部套筒中，并将其整体再安置于直剪试验机中，接通电源加热后将试件加热，待石蜡倒模变成液体倒出；
将声发射传感器***声发射探头布置孔中；
将滑动压板放置于大尺寸注水压裂直剪试件上部，利用封水螺栓将可伸缩高压软管与模拟注水管连接；
在滑动压板上方放置轴向注水加载压头，利用连接塞连接高压水管；
操作直剪试验机，将剪切加载压头贴紧加热套筒准备试验；
d、开始试验，
操作直剪试验机，控制剪切加载压头和轴向注水加载压头的应力加载大小；
将加热保温套筒接通电源，将大尺寸注水压裂直剪试件温度升高至设计温度，并进行保温；
通过声发射监测装置对试验全过程进行监测；
将常温水注入模拟注水井中，按照设计速率增加水压，待试件发生剪切破坏停止试验，同时停止声发射监测装置的监测；
将破坏后的大尺寸注水压裂直剪试件放置于跨尺寸CT扫描试验机中，反演重构试件各断面裂纹传播及扩展特征。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910409149.8A CN110242267B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910409149.8A CN110242267B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110242267A true CN110242267A (zh) | 2019-09-17 |
| CN110242267B CN110242267B (zh) | 2022-02-18 |
Family
ID=67884208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910409149.8A Active CN110242267B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110242267B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111366520A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-07-03 | 山东科技大学 | 一种用于导水优势通道判别的试验***及方法 |
| CN113236336A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-08-10 | 国能乌海能源五虎山矿业有限责任公司 | 一种绿色节能型煤层注水与注浆协同防灾***及方法 |
| CN113250671A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-08-13 | 中国石油大学(华东) | 干热岩水平井分段顺序压裂或同时压裂的模拟装置及方法 |
| CN113324838A (zh) * | 2020-02-28 | 2021-08-31 | 新奥科技发展有限公司 | 三轴试验装置和*** |
| CN114893177A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-08-12 | 中国矿业大学 | 用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验*** |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101793142A (zh) * | 2010-01-27 | 2010-08-04 | 中国石油大学(北京) | 真三轴钻井堵漏模拟评价装置 |
| CN102607950A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-25 | 山东科技大学 | 一种岩石剪切渗流耦合真三轴试验*** |
| CN104895562A (zh) * | 2015-05-16 | 2015-09-09 | 东北石油大学 | 透明岩心中模拟水平井井筒的制备装置及制备方法 |
| CN205120467U (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-30 | 山东科技大学 | 一种用于制作含有预制裂隙的大尺寸试件模具 |
| CN105756645A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 页岩中裂缝扩展的物理模拟***及方法 |
| CN105929136A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-09-07 | 重庆大学 | 剪应力状态下水力压裂模拟试验方法 |
| US20160363691A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-15 | Petrochina Company Limited | Physical simulation method and experiment device of fracture-cavity carbonate reservoir hydrocarbon charge |
| CA2950846A1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-11 | Ethical Solutions, Llc | Solvent systems having a high flash point and methods of use thereof |
| CN106869895A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-06-20 | 中国石油大学(华东) | 一种室内煤岩水力压裂水泥环破坏的物模制作方法 |
| CN107893652A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-04-10 | 中国石油大学(华东) | 干热岩增强型地热***的水力压裂模拟实验装置及方法 |
| CN108225905A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-29 | 中国矿业大学 | 一种真三轴采动煤岩体动力显现实验的声发射监测单元 |
| US20180313199A1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | NewWell Tech, LLC | Method for treating a hydraulically fractured wellbore |
| CN109036080A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-12-18 | 中国石油大学(华东) | 一种人工岩心中裸眼井筒及射孔的加工方法 |
| CN109142071A (zh) * | 2018-08-13 | 2019-01-04 | 中国地质科学院水文地质环境地质研究所 | 大尺寸干热岩原位压裂试验装置 |
| CN208366689U (zh) * | 2018-07-10 | 2019-01-11 | 中国石油大学(北京) | 一种预制天然裂缝的水力压裂实验试件 |
| FR3071926A1 (fr) * | 2017-10-04 | 2019-04-05 | Halliburton Energy Services, Inc. | Application de contraintes triaxiales a une carotte au cours d'essais de perforation et d'ecoulement |
-
2019
- 2019-05-17 CN CN201910409149.8A patent/CN110242267B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101793142A (zh) * | 2010-01-27 | 2010-08-04 | 中国石油大学(北京) | 真三轴钻井堵漏模拟评价装置 |
| CN102607950A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-25 | 山东科技大学 | 一种岩石剪切渗流耦合真三轴试验*** |
| CN105756645A (zh) * | 2014-12-16 | 2016-07-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 页岩中裂缝扩展的物理模拟***及方法 |
| CN104895562A (zh) * | 2015-05-16 | 2015-09-09 | 东北石油大学 | 透明岩心中模拟水平井井筒的制备装置及制备方法 |
| US20160363691A1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-12-15 | Petrochina Company Limited | Physical simulation method and experiment device of fracture-cavity carbonate reservoir hydrocarbon charge |
| CN205120467U (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-30 | 山东科技大学 | 一种用于制作含有预制裂隙的大尺寸试件模具 |
| CA2950846A1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-06-11 | Ethical Solutions, Llc | Solvent systems having a high flash point and methods of use thereof |
| CN105929136A (zh) * | 2016-05-04 | 2016-09-07 | 重庆大学 | 剪应力状态下水力压裂模拟试验方法 |
| CN106869895A (zh) * | 2017-04-07 | 2017-06-20 | 中国石油大学(华东) | 一种室内煤岩水力压裂水泥环破坏的物模制作方法 |
| US20180313199A1 (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | NewWell Tech, LLC | Method for treating a hydraulically fractured wellbore |
| CN107893652A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-04-10 | 中国石油大学(华东) | 干热岩增强型地热***的水力压裂模拟实验装置及方法 |
| FR3071926A1 (fr) * | 2017-10-04 | 2019-04-05 | Halliburton Energy Services, Inc. | Application de contraintes triaxiales a une carotte au cours d'essais de perforation et d'ecoulement |
| CN108225905A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-29 | 中国矿业大学 | 一种真三轴采动煤岩体动力显现实验的声发射监测单元 |
| CN208366689U (zh) * | 2018-07-10 | 2019-01-11 | 中国石油大学(北京) | 一种预制天然裂缝的水力压裂实验试件 |
| CN109142071A (zh) * | 2018-08-13 | 2019-01-04 | 中国地质科学院水文地质环境地质研究所 | 大尺寸干热岩原位压裂试验装置 |
| CN109036080A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-12-18 | 中国石油大学(华东) | 一种人工岩心中裸眼井筒及射孔的加工方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 侯振坤: "大尺寸真三轴页岩水平井水力压裂物理模拟试验与裂缝延伸规律分析", 《岩土力学》 * |
| 程远方: "《油气工程岩石力学》", 30 September 2015 * |
| 郝兵元: "单轴应力状态下石灰岩体静态破碎裂纹演化规律及应用", 《煤炭学报》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113324838A (zh) * | 2020-02-28 | 2021-08-31 | 新奥科技发展有限公司 | 三轴试验装置和*** |
| CN111366520A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-07-03 | 山东科技大学 | 一种用于导水优势通道判别的试验***及方法 |
| CN113250671A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-08-13 | 中国石油大学(华东) | 干热岩水平井分段顺序压裂或同时压裂的模拟装置及方法 |
| CN113250671B (zh) * | 2021-06-11 | 2023-03-14 | 中国石油大学(华东) | 干热岩水平井分段顺序压裂或同时压裂的模拟装置及方法 |
| CN113236336A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-08-10 | 国能乌海能源五虎山矿业有限责任公司 | 一种绿色节能型煤层注水与注浆协同防灾***及方法 |
| CN113236336B (zh) * | 2021-06-15 | 2024-05-14 | 国能乌海能源五虎山矿业有限责任公司 | 一种绿色节能型煤层注水与注浆协同防灾***及方法 |
| CN114893177A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-08-12 | 中国矿业大学 | 用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验*** |
| CN114893177B (zh) * | 2022-06-21 | 2023-09-26 | 中国矿业大学 | 用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验*** |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110242267B (zh) | 2022-02-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110242267A (zh) | 用于模拟地热***干热岩的注水压裂剪切试验***及方法 | |
| CN109030137B (zh) | 一种模拟冻土地层水泥环固结的实验装置及方法 | |
| CN112557203B (zh) | 针对含裂缝岩石的热水力耦合三轴试验方法 | |
| Bai et al. | Study on the mechanical properties and damage constitutive model of frozen weakly cemented red sandstone | |
| CN106499385B (zh) | 用于评价压裂环境下套管完整性的装置及方法 | |
| CN108519308B (zh) | 一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法 | |
| CN110005400B (zh) | 干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置 | |
| CN103821487B (zh) | 一种用于稠油热采储层破裂的模拟实验装置 | |
| CN107893652A (zh) | 干热岩增强型地热***的水力压裂模拟实验装置及方法 | |
| CN109403940B (zh) | 液氮压裂应用于地热开发的实验方法及实验装置 | |
| CN107907422A (zh) | 一种含温控***的大尺寸真三轴水力压裂实验机及其实验方法 | |
| CN105114049A (zh) | 一种模拟sagd过程中水力压裂作用机理的实验装置 | |
| AU2020101248A4 (en) | A Preparation Device for Compressive Pre-stress Artificial Core | |
| CN104153754A (zh) | 用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置 | |
| CN102735600A (zh) | 真三轴状态下煤样渗流测试方法 | |
| CN112485120B (zh) | 一种可视化蓄能压裂物理模拟试验装置及其试验方法 | |
| CN107884288A (zh) | 高温下含断续节理的岩石压缩剪切试样制作及试验方法 | |
| CN110261569B (zh) | 基于管网***抽采煤层瓦斯效果的模拟实验***及方法 | |
| CN105388047A (zh) | 柱状节理裂隙网络模型岩芯试样的制备方法 | |
| CN103835709B (zh) | 稠油热采储层破裂的模拟实验方法 | |
| CN110146389B (zh) | 用于模拟力-热-液耦合环境的真三轴直剪试验盒及方法 | |
| CN116025417A (zh) | 一种煤巷压缩空气储库试验方法 | |
| CN107677544B (zh) | 一种挤压边墙破碎变形的试验测试方法 | |
| CN210087307U (zh) | 干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置 | |
| Geng et al. | Development and application of triaxial seepage test system for gas-water two-phase in coal rock |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20190917 Assignee: Qingdao qiankunxing Intelligent Technology Co.,Ltd. Assignor: SHANDONG University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2023370010002 Denomination of invention: Water injection fracturing shear test system and method for simulating dry hot rock of geothermal system Granted publication date: 20220218 License type: Common License Record date: 20230106 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |