CN116183377A - 水力压裂试验设备 - Google Patents
水力压裂试验设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116183377A CN116183377A CN202310309937.6A CN202310309937A CN116183377A CN 116183377 A CN116183377 A CN 116183377A CN 202310309937 A CN202310309937 A CN 202310309937A CN 116183377 A CN116183377 A CN 116183377A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal sample
- hydraulic fracturing
- nuclear magnetic
- low
- field nuclear
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
- G01N24/081—Making measurements of geologic samples, e.g. measurements of moisture, pH, porosity, permeability, tortuosity or viscosity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
- G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
- G01N3/066—Special adaptations of indicating or recording means with electrical indicating or recording means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
- G01N3/12—Pressure testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/003—Generation of the force
- G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
- G01N2203/0048—Hydraulic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
- G01N2203/0062—Crack or flaws
- G01N2203/0066—Propagation of crack
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/025—Geometry of the test
- G01N2203/0256—Triaxial, i.e. the forces being applied along three normal axes of the specimen
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明提供了一种水力压裂试验设备,水力压裂试验设备包括:应力加载装置,用于对煤样在X方向、Y方向和Z方向上加载应力;水力压裂装置,用于向煤样的预留孔内注水;电阻监测装置,用于与煤样连接,以监测煤样的电阻率,本发明的水力压裂试验设备解决了现有技术中的水力压裂产生的裂纹可控性较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域,具体而言,涉及一种水力压裂试验设备。
背景技术
煤层瓦斯是制约高瓦斯、突出矿井安全高效生产的因素之一,在煤矿生产中,水力压裂技术可用于坚硬难垮顶板控制、冲击地压防治以及煤层气抽采增透等。该方法的实质是在钻孔中注入高压水在煤岩中形成定向裂缝,提高煤岩渗透性。
然而,现有的水力压裂技术效果不稳定、存在卸压不充分等现象,且水力压裂产生的裂纹很多时候显现出可控性较差、裂纹扩展规律不易掌握的问题,具体地,水力裂缝的方向主要受煤体应力分布的影响,因此,在水力压裂过程中往往仅形成一条由应力控制的主裂缝,如有些裂纹在应力作用下可能会产生闭合,有些微裂纹也可能会四处扩展,未形成较大的贯通裂纹。上述问题导致水力压裂技术无法更成熟的运用于实际产生中。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种水力压裂试验设备,以解决现有技术中的水力压裂产生的裂纹可控性较差的问题。
为了实现上述目的,本发明提供了一种水力压裂试验设备,包括:应力加载装置,用于对煤样在X方向、Y方向和Z方向上加载应力;水力压裂装置,用于向煤样的预留孔内注水;电阻监测装置,用于与煤样连接,以监测煤样的电阻率。
进一步地,电阻监测装置包括:多个电极,多个电极用于间隔贴设在煤样上;电法仪,各个电极均与电法仪连接,以使电法仪获取多个电阻率。
进一步地,预留孔沿第一预设方向延伸;煤样具有多个待监测端面,多个待监测端面均与第一预设方向相平行设置;电阻监测装置包括多个电极组件,多个电极组件与多个待监测端面一一对应地设置,各个电极组件用于设置在相应的待监测端面上;各个电极组件均包括多个电极部件,各个电极部件均包括多个电极,各个电极部件的多个电极沿第一预设方向间隔设置;各个电极组件的多个电极部件沿垂直于第一预设方向的方向间隔设置。
进一步地,水力压裂试验设备还包括控制器,控制器与电法仪通讯连接,以接收电法仪监测的煤样的电阻率;和/或,应力加载装置包括加载板,以通过加载板压设在煤样上对煤样加载应力,加载板上设置有多个第一容纳孔,多个第一容纳孔与多个电极一一对应地设置,各个第一容纳孔容纳贴设在煤样上的相应的电极。
进一步地,水力压裂试验设备还包括:低场核磁监测装置,包括低场核磁部件,低场核磁部件用于贴设在煤样上,以获取煤样的内部裂隙分布特征;控制器,包括核磁成像模块,核磁成像模块与低场核磁部件通讯连接,以使核磁成像模块根据低场核磁部件发送的煤样的内部裂隙分布特征生成煤样的内部图像。
进一步地,低场核磁监测装置包括多个低场核磁部件,多个低场核磁部件用于间隔设置在煤样上;和/或,应力加载装置包括加载板,以通过加载板压设在煤样上对煤样加载应力,加载板上设置有第二容纳孔,第二容纳孔容纳贴设在煤样上的低场核磁部件。
进一步地,低场核磁监测装置还包括:温度传感器,用于设置在煤样上,以检测煤样的温度。
进一步地,水力压裂装置还包括:储液部件,用于容纳压裂液体;压裂泵,压裂泵的进口与储液部件相连通连接管组件,连接管组件的第一端与压裂泵连接且与压裂泵的出口相连通,连接管组件第二端用于向预留孔内注水。
进一步地,水力压裂装置还包括:压力传感器,设置于压裂泵或连接管组件上,以获取压裂泵输出的压力。
进一步地,水力压裂装置还包括:流量计,设置于压裂泵或连接管组件上,以获取压裂泵输出的流量。
应用本发明的技术方案,水力压裂试验设备包括应力加载装置、水力压裂装置和电阻监测装置,在进行水力压裂试验时,首先通过应力加载装置对煤样施加X方向、Y方向和Z方向上的应力,模拟煤样受不同真三轴应力状态,此时煤样受到的水压为零,启动电阻监测装置,通过电阻监测装置开始监测煤样的电阻率并反演出电阻率云图;分钟后启动水力压裂装置,向煤样的预留孔内注入高压水使得煤样内部开始出现裂纹,同时通过电阻监测装置连续监测煤样的电阻率;煤样达到设定水力压裂效果后关闭水力压裂装置,10min后关闭电阻监测装置;分析电阻监测装置收到的电阻率在时间和空间上的变化,反演出煤样内压力水的分布情况,实现对于水力压裂效果的时空评价。本发明的水力压裂试验设备通过应力加载装置、水力压裂装置和电阻监测装置试验得到不同三轴应力情况下煤样的水力压裂效果,确定水力压裂技术在煤层中的有效作用范围,有助于控制水力压裂产生的裂纹,使得水力压裂技术可以成熟的运用于实际环境,从而解决了现有技术中的水力压裂产生的裂纹可控性较差的问题,降低施工成本,减小对井下作业的影响。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1示出了根据本发明的水力压裂试验设备的实施例的示意图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
10、应力加载装置;11、加载板;20、水力压裂装置;21、储液部件;22、压裂泵;23、连接管组件;30、电阻监测装置;31、电极;32、电法仪;33、电极组件;34、电极部件;40、煤样;41、预留孔;42、待监测端面;50、控制器;60、低场核磁监测装置;61、低场核磁部件。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供了一种水力压裂试验设备,请参考图1,包括:应力加载装置10,用于对煤样40在X方向、Y方向和Z方向上加载应力;水力压裂装置20,用于向煤样40的预留孔41内注水;电阻监测装置30,用于与煤样40连接,以监测煤样40的电阻率。
本发明的水力压裂试验设备包括应力加载装置10、水力压裂装置20和电阻监测装置30,在进行水力压裂试验时,首先通过应力加载装置10对煤样40施加X方向、Y方向和Z方向上的应力,模拟煤样40受不同真三轴应力状态,此时煤样40受到的水压为零,启动电阻监测装置30,通过电阻监测装置30开始监测煤样40的电阻率并反演出电阻率云图;10分钟后启动水力压裂装置20,向煤样40的预留孔41内注入高压水使得煤样40内部开始出现裂纹,同时通过电阻监测装置30连续监测煤样40的电阻率;煤样40达到设定水力压裂效果后关闭水力压裂装置20,10min后关闭电阻监测装置30;分析电阻监测装置30收到的电阻率在时间和空间上的变化,反演出煤样40内压力水的分布情况,实现对于水力压裂效果的时空评价。本发明的水力压裂试验设备通过应力加载装置10、水力压裂装置20和电阻监测装置30试验得到不同三轴应力情况下煤样40的水力压裂效果,确定水力压裂技术在煤层中的有效作用范围,有助于控制水力压裂产生的裂纹,使得水力压裂技术可以成熟的运用于实际环境,从而解决了现有技术中的水力压裂产生的裂纹可控性较差的问题,降低施工成本,减小对井下作业的影响。
具体地,相较于水力压裂开始前获得的电阻率云图,水力压裂后,电阻率减小20%以上的区域,即可认为是水力压裂有效作用区域,水力压裂有效区域为电阻率减小20%的区域面积之和。该技术是以介质导电性差异为基础,通过人工激发形成直流电流场,观测煤样40不同方向由直流电源激发出电场所产生的电位差,通过数据反演,重建待测煤样试件体内部结构的图像。基于电阻率信号对水的敏感响应,在煤样40水力压裂之后,裂缝充满导电液体(水力压裂装置20向煤样40的预留孔41内注入的高压水),电阻率发生变化,通过测试数据与数据反演,可以连续观测裂缝的变化情况,从而实现了对煤层水力压裂效果的时空评价。
具体地,应力加载装置10为真三轴,真三轴是用来进行真三轴试验的土工仪器。
在本实施例中,电阻监测装置30包括:多个电极31,多个电极31用于间隔贴设在煤样40上;电法仪32,各个电极31均与电法仪32连接,以使电法仪32获取多个电阻率。
具体地,多根漆包线捋成数据线束后连接在电法仪32和多个电极31之间,多个电极31对煤样40的电阻率进行检测,并将电阻率信号通过数据线束传递给电法仪32,通过电法仪32获得的多个电阻率在时间和空间上的变化,反演出煤样40内压力水的分布情况。
在本实施例中,预留孔41沿第一预设方向延伸;煤样40具有多个待监测端面42,多个待监测端面均与第一预设方向相平行设置;电阻监测装置30包括多个电极组件33,多个电极组件33与多个待监测端面42一一对应地设置,各个电极组件33用于设置在相应的待监测端面42上;各个电极组件33均包括多个电极部件34,各个电极部件34均包括多个电极31,各个电极部件34的多个电极31沿第一预设方向间隔设置;各个电极组件33的多个电极部件34沿垂直于第一预设方向的方向间隔设置。
具体地,第一预设方向为图1中所示的竖直方向,煤样为立方体,待监测端面42为立方体的四个侧壁。各个电极组件33的多个电极部件34沿垂直于第一预设方向的方向间隔设置,各个电极部件34的多个电极31沿第一预设方向间隔设置,这样的使得多个电极部件34和多个电极31可以均匀分布在整个待监测端面42上,避免由于电极31分布不均,导致部分待监测端面上的电阻率无法被电法仪32获取,从而对煤层水力压裂效果的时空评价出现误差。
可选地,多个电极31中的任意相邻两个电极31之间的间距大于或等于5cm且小于或等于10cm,也可以根据实际试验情况,合理选择其他的电极31之间的间距;每个待监测端面42覆盖6枚电极31;电极31为圆柱形,直径大于0.8cm且小于1.2cm,多个电极31垂直于煤壁紧贴实验煤样40。
在本实施例中,水力压裂试验设备还包括控制器50,控制器50与电法仪32通讯连接,以接收电法仪32监测的煤样40的电阻率;和/或,应力加载装置10包括加载板11,以通过加载板11压设在煤样40上对煤样40加载应力,加载板11上设置有多个第一容纳孔,多个第一容纳孔与多个电极31一一对应地设置,各个第一容纳孔容纳贴设在煤样40上的相应的电极31。
具体实施时,电法仪32将监测到的电阻率反馈给控制器50,控制器50记录和处理相应的数据,得到煤样40在水力压裂作用下的内部裂纹分布特征;加载板11压设在煤样40上对煤样40施加X方向、Y方向和Z方向上的应力,模拟煤样40受不同真三轴应力状态;加载板11上的第一容纳孔用于容纳电极31,避免电极31裸露在外挤压煤样40,或者电极31被加载板11挤压受损,电法仪32无法获取电阻率。
可选地,控制器50为计算机。
在本实施例中,水力压裂试验设备还包括:低场核磁监测装置60,包括低场核磁部件61,低场核磁部件61用于贴设在煤样40上,以获取煤样40的内部裂隙分布特征;控制器50,包括核磁成像模块,核磁成像模块与低场核磁部件61通讯连接,以使核磁成像模块根据低场核磁部件61发送的煤样40的内部裂隙分布特征生成煤样40的内部图像。其中,低场核磁部件61为低场核磁夹持器。
具体实施时,启动水力压裂装置20的同时开启低场核磁监测装置60,低场核磁部件61实时监测煤样40的内部裂隙分布特征,并将煤样40的内部裂隙分布特征反馈给核磁成像模块,核磁成像模块生成煤样40的内部图像,控制器50对图像进行处理,得到煤样40在水力压裂作用下的内部裂纹分布特征。
具体地,低场核磁共振原理为煤样40产生的裂隙中压力水所含H1原子核带电的缘故,其具有自旋角动量,在磁性状态下发生核磁共振,核磁共振的研究对象主要是其内部的流体,即煤样40内部的高压水。因此,通过控制器50记录相应的图像,通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波,绘制成物体内部的结构图像得到高分辨NMR和高质量MRI图像。压力水流入煤样40产生裂隙中,裂隙内信号的增加可以通过NMR谱表征,MRI图像可以观察裂隙扩展的动态变化。优选的,可以采用现有的核磁共振成像图像数据处理方法对记录的数据和图像进行处理。
在本实施例中,低场核磁监测装置60包括多个低场核磁部件61,多个低场核磁部件61用于间隔设置在煤样40上;和/或,应力加载装置10包括加载板11,以通过加载板11压设在煤样40上对煤样40加载应力,加载板11上设置有第二容纳孔,第二容纳孔容纳贴设在煤样40上的低场核磁部件61。
具体地,煤样40的每个端面均间隔设置有多个低场核磁部件,使得低场核磁监测装置60可以监测到煤样40的各处的内部裂隙分布特征,避免由于低场核磁部件61分布不均,导致部分煤样40的内部裂隙分布特征无法被监测到;第二容纳孔用于容纳低场核磁部件61,避免低场核磁部件61裸露在外挤压煤样40,或者低场核磁部件61被加载板11挤压受损,控制器50无法获取煤样40的内部图像。
在本实施例中,低场核磁监测装置60还包括:温度传感器,用于设置在煤样40上,以检测煤样40的温度,这样的设置使得温度传感器可以在试验过程中实时检测煤样40的温度,以与低场核磁部件61配合得到煤样40的内部图像。
具体地,温度传感器与低场核磁部件成对设置,温度传感器与低场核磁部件连接,位于第一容纳孔内,避免温度传感器被加载板11挤压受损。
在本实施例中,水力压裂装置20还包括:储液部件21,用于容纳压裂液体;压裂泵22,压裂泵22的进口与储液部件相连通,连接管组件23,连接管组件23的第一端与压裂泵22连接且与压裂泵22的出口相连通,连接管组件23第二端用于向预留孔41内注水。
具体实施时,压裂泵22用于对压裂液体进行加压,储液部件中的压裂液体被泵入压裂泵22的入口,依次流经压裂泵22的出口和连接管组件23后注入预留孔41中,对煤样40进行水力压裂。
可选地,储液部件21为水箱,连接管组件23包括高压胶管和注水管,高压胶管的第一端与压裂泵22的出口相连通,高压胶管的第二端与注水管连接且相连通,注水管插设在预留孔41内。
在本实施例中,水力压裂装置20还包括:压力传感器,设置于压裂泵22或连接管组件23上,以获取压裂泵22输出的压力。这样的设置使得用户可以通过压力传感器实时监测压裂泵22的输出压力,通过调整压裂泵22的输出压力,得到煤样40的水力压裂效果最佳值。
在本实施例中,水力压裂装置20还包括:流量计,设置于压裂泵22或连接管组件23上,以获取压裂泵22输出的流量,这样的设置使得用户可以通过流量计实时监测压裂泵22输出的流量,通过调整压裂泵22输出的流量,得到煤样40的水力压裂效果最佳值。
具体实施时,应力加载装置10通过控制连接线连接在伺服控制器,通过改变三轴加载应力来模拟煤样受不同真三轴应力状态,伺服控制器设置在控制器50中;控制器50为计算机,其通过数据线缆连接应力加载装置10、压裂泵22、电法仪32和低场核磁部件61,可实时监测压裂泵22输出的压力和流量,以及记录低场核磁部件61所测得相应的数据和图像。
具体实施时,本发明的水力压裂试验设备的使用方法为:
步骤一、将待实验的立方煤样40预留出注水的预留孔41;步骤二、将实验立方煤样40放置于应力加载装置10中,将铜质电极31紧贴在立方煤样40平行于注水方向的四周表面,实验煤样40每面放置六个铜质电极31,铜质电极之间的间距为5~10cm,根据实验具体情况选择铜质电极的间距。步骤三、开启伺服控制器,将注水管***实验煤样40的预留孔41中,对实验煤样40进行三轴加载,从而模拟煤样受不同真三轴应力状态,水力压裂前10min,开启电法仪32,测试水压为零时的煤层电阻率并反演出视电阻率云图;步骤四、启动压裂泵22,对待测煤样40进行水力压裂,并开启低场核磁部件61,通过控制器50记录相应的数据和图像;在达到设定水力压裂效果后,对记录的数据和图像进行处理,得到待测煤样试件在水力压裂作用下的内部裂纹分布特征。在开始水力压裂的同时通过电法仪32连续采集电阻率数据,直至水力压裂结束10min后关闭电法仪。
从以上的描述中,可以看出,本发明上述的实施例实现了如下技术效果:
本发明的水力压裂试验设备包括应力加载装置10、水力压裂装置20、低场核磁监测装置60和电阻监测装置30,通过应力加载装置10对煤样40在X方向、Y方向和Z方向上加载应力,并进行水力压裂,通过低场核磁监测装置60、电阻监测装置30来实现水力压裂可视化及压裂效果的时空评价,并由压力传感器实时监测压裂泵22的输出压力,通过温度传感器实时监测煤样40的温度变化,采用电法勘探技术在时间上和空间上实现了对水力压裂过程的连续监测与评价,并通过低场核磁共振的原理观察煤样40内部裂隙扩展的动态变化。本发明的水力压裂试验设备将电法勘探技术和低场核磁共振技术相结合,进而实现对煤样40的水力压裂产生的裂隙可视化地监测以及对煤样40内部裂隙状态变化在时间和空间上进行评价。本发明的水力压裂试验设备无需人工干预,精确观测到裂隙发育状态,降低施工的盲目性。本发明提供一种结构简单,使用效果好,能够在室内模拟不同真三轴应力情况的水力压裂试验设备,为研究不同强化抽采条件下瓦斯抽采效率及优化抽采措施提供了有效手段,避免了在煤层中施工效检钻孔,大大降低了施工成本,最大限度的降低了对井下正常生产的影响。
本发明的水力压裂试验设备包括应力加载装置10、水力压裂装置20和电阻监测装置30,在进行水力压裂试验时,首先通过应力加载装置10对煤样40施加X方向、Y方向和Z方向上的应力,模拟煤样40受不同真三轴应力状态,此时煤样40受到的水压为零,启动电阻监测装置30,通过电阻监测装置30开始监测煤样40的电阻率并反演出电阻率云图;10分钟后启动水力压裂装置20,向煤样40的预留孔41内注入高压水使得煤样40内部开始出现裂纹,同时通过电阻监测装置30连续监测煤样40的电阻率;煤样40达到设定水力压裂效果后关闭水力压裂装置20,10min后关闭电阻监测装置30;分析电阻监测装置30收到的电阻率在时间和空间上的变化,反演出煤样40内压力水的分布情况,实现对于水力压裂效果的时空评价。本发明的水力压裂试验设备通过应力加载装置10、水力压裂装置20和电阻监测装置30试验得到不同三轴应力情况下煤样40的水力压裂效果,确定水力压裂技术在煤层中的有效作用范围,有助于控制水力压裂产生的裂纹,使得水力压裂技术可以成熟的运用于实际环境,从而解决了现有技术中的水力压裂产生的裂纹可控性较差的问题,降低施工成本,减小对井下作业的影响。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水力压裂试验设备,其特征在于,包括:
应力加载装置(10),用于对煤样(40)在X方向、Y方向和Z方向上加载应力;
水力压裂装置(20),用于向所述煤样(40)的预留孔(41)内注水;
电阻监测装置(30),用于与所述煤样(40)连接,以监测所述煤样(40)的电阻率。
2.根据权利要求1所述的水力压裂试验设备,其特征在于,所述电阻监测装置(30)包括:
多个电极(31),多个所述电极(31)用于间隔贴设在所述煤样(40)上;
电法仪(32),各个所述电极(31)均与所述电法仪(32)连接,以使所述电法仪(32)获取多个所述电阻率。
3.根据权利要求2所述的水力压裂试验设备,其特征在于,所述预留孔(41)沿第一预设方向延伸;所述煤样(40)具有多个待监测端面(42),多个所述待监测端面均与所述第一预设方向相平行设置;所述电阻监测装置(30)包括多个电极组件(33),多个所述电极组件(33)与多个所述待监测端面(42)一一对应地设置,各个所述电极组件(33)用于设置在相应的所述待监测端面(42)上;
各个所述电极组件(33)均包括多个电极部件(34),各个所述电极部件(34)均包括多个所述电极(31),各个所述电极部件(34)的多个所述电极(31)沿所述第一预设方向间隔设置;各个所述电极组件(33)的多个所述电极部件(34)沿垂直于所述第一预设方向的方向间隔设置。
4.根据权利要求2所述的水力压裂试验设备,其特征在于,
所述水力压裂试验设备还包括控制器(50),所述控制器(50)与所述电法仪(32)通讯连接,以接收所述电法仪(32)监测的所述煤样(40)的电阻率;和/或,
所述应力加载装置(10)包括加载板(11),以通过所述加载板(11)压设在所述煤样(40)上对所述煤样(40)加载应力,所述加载板(11)上设置有多个第一容纳孔,多个所述第一容纳孔与多个所述电极(31)一一对应地设置,各个所述第一容纳孔容纳贴设在所述煤样(40)上的相应的所述电极(31)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的水力压裂试验设备,其特征在于,所述水力压裂试验设备还包括:
低场核磁监测装置(60),包括低场核磁部件(61),所述低场核磁部件(61)用于贴设在所述煤样(40)上,以获取所述煤样(40)的内部裂隙分布特征;
控制器(50),包括核磁成像模块,所述核磁成像模块与所述低场核磁部件(61)通讯连接,以使所述核磁成像模块根据所述低场核磁部件(61)发送的所述煤样(40)的内部裂隙分布特征生成所述煤样(40)的内部图像。
6.根据权利要求5所述的水力压裂试验设备,其特征在于,
所述低场核磁监测装置(60)包括多个低场核磁部件(61),多个所述低场核磁部件(61)用于间隔设置在所述煤样(40)上;和/或,
所述应力加载装置(10)包括加载板(11),以通过所述加载板(11)压设在所述煤样(40)上对所述煤样(40)加载应力,所述加载板(11)上设置有第二容纳孔,所述第二容纳孔容纳贴设在所述煤样(40)上的所述低场核磁部件(61)。
7.根据权利要求5所述的水力压裂试验设备,其特征在于,所述低场核磁监测装置(60)还包括:
温度传感器,用于设置在所述煤样(40)上,以检测所述煤样(40)的温度。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的水力压裂试验设备,其特征在于,所述水力压裂装置(20)还包括:
储液部件(21),用于容纳压裂液体;
压裂泵(22),所述压裂泵(22)的进口与所述储液部件(21)相连通;
连接管组件(23),所述连接管组件(23)的第一端与所述压裂泵(22)连接且与所述压裂泵(22)的出口相连通,所述连接管组件(23)第二端用于向所述预留孔(41)内注水。
9.根据权利要求8所述的水力压裂试验设备,其特征在于,所述水力压裂装置(20)还包括:
压力传感器,设置于所述压裂泵(22)或所述连接管组件(23)上,以获取压裂泵(22)输出的压力。
10.根据权利要求8所述的水力压裂试验设备,其特征在于,所述水力压裂装置(20)还包括:
流量计,设置于所述压裂泵(22)或所述连接管组件(23)上,以获取所述压裂泵(22)输出的流量。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310309937.6A CN116183377A (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 水力压裂试验设备 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310309937.6A CN116183377A (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 水力压裂试验设备 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116183377A true CN116183377A (zh) | 2023-05-30 |
Family
ID=86448972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310309937.6A Pending CN116183377A (zh) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | 水力压裂试验设备 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116183377A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116448823A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-07-18 | 中南大学 | 高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置及方法 |
-
2023
- 2023-03-23 CN CN202310309937.6A patent/CN116183377A/zh active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116448823A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-07-18 | 中南大学 | 高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109307624A (zh) | 一种大尺寸真三轴水力压裂实验装置及实验方法 | |
DE69622279T2 (de) | Elektroseismische technik zur bestimmung der eigenschaften von gestein um ein bohrloch | |
CN104975837A (zh) | 水力裂缝起裂纵向延伸控制模拟装置 | |
CN103278437B (zh) | 泥水盾构泥膜形成过程的模拟试验装置 | |
CN114486532B (zh) | 测试含冰软岩样品蠕变中流体运移规律的装置和方法 | |
US20080290876A1 (en) | Method of characterizing hydrocarbon reservoir fractures in situ with artificially enhanced magnetic anisotropy | |
CN116183377A (zh) | 水力压裂试验设备 | |
CN106246170B (zh) | 五岩芯联测物理模拟装置及流体性质识别方法 | |
CN106644836A (zh) | 一种可视化劈裂注浆模型试验装置及其试验方法 | |
CN113391374B (zh) | 一种月壤水冰极拟实潜探实验装置及其实验方法 | |
CN113720880B (zh) | 污染物地下三维迁移过程的电阻率监测***及监测方法 | |
CN105334310A (zh) | 多场耦合状态下岩样电性特征测试装置及测试方法 | |
CN105738212A (zh) | 基于电容层析成像技术的岩石三轴试验裂隙扩展观测装置 | |
CN112129632B (zh) | 一种利用高密度电阻率标定岩石蠕变损伤及破裂面的方法 | |
CN109632494A (zh) | 复合频谱激电法和弯曲元法的固结试验装置 | |
Zhang et al. | Fracture diagnostics using a low-frequency electromagnetic induction method | |
AU2013205394A1 (en) | Method and apparatus for electromagnetic monitoring of underground formations | |
CN115541385A (zh) | 岩石试件三轴加载破裂全程多物理场测试装置及方法 | |
CN216767359U (zh) | 一种压裂监测实验装置 | |
CN111239849A (zh) | 一种基于应力释放的储层裂缝预测方法及预测*** | |
CN212202014U (zh) | 基于光纤感测技术的水合物储层多场耦合效应模拟反应釜 | |
CN115683973A (zh) | 一种声-电联测与ct同步成像水合物高压驱替装置及其应用 | |
CN114137013B (zh) | 一种原位实验磁信号感知装置及方法 | |
CN205139139U (zh) | 多场耦合状态下岩样电性特征测试装置 | |
CN107542456A (zh) | 模拟渗流阻力对排水过程地层压力影响的实验装置及方法 |
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 |