CN116448823A - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种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，包括：用于夹持岩样的岩心夹持器，包括岩心室，在岩心室的轴向和围向形成轴压腔室和围压腔室，岩心室的两端还分别设置有右、左环形阵列电极；电阻率测量***，用于电性连接环形阵列电极以获取不同位置的电阻值；压裂液注入***，用于注入压裂液；压力调节***，分用以提供围压和轴压；温度调节***，用以加热岩心室，本申请中黄铜电极排布在绝缘堵头上，利用对电极的循环放电，对压裂过程岩石的电阻值进行测量，测量电极多次探测得到表征不同地质体的电场分布情况的数据体，通过反演能够直观的反映不均匀的电阻率分布情况，满足对岩石电阻率进行细致评价的要求。
Description
技术领域
本发明涉及岩石水力压裂及电阻率试验技术领域，特别涉及一种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。
背景技术
随着全球范围内的气候变暖、环境污染等一系列社会问题的加剧，开发利用可再生清洁能源已成为社会发展的必然趋势。地热能资源储量丰富，在众多可再生能源（例如水能、太阳能、海洋能等）中具有很强的竞争力。地热资源按照其成因和产出条件可分为水热型和干热岩型，其中干热岩型地热资源（温度大于150℃）占已探明地热资源的 90% 左右，具有极大的开发潜力。由于干热岩储层岩层致密，不含或只含少量天然裂隙，在进行流体注入提取地热之前，需要先对干热岩储层进行水力压裂形成新的裂缝或者使得原有的天然裂隙错动扩展形成人工裂缝网络以增大储层的渗透性。在水力压裂过程中储层产生裂缝具有很强的不确定性，裂缝的发育程度直接影响换热流体的换热面积和取热效果，水力压裂形成的裂隙走向直接决定了地热开采的区域和范围，因此有必要对干热岩储层水力压裂过程进行监测。
目前，干热岩储层水力压裂监测常用的方法有微震监测和声发射监测，声发射和微震监测是利用岩体本身在应力变形破坏后的声波和微震来判断水力压裂过程中裂缝产生的位置，通过采集声波和微震的点位数据来预估岩石破裂位置。但是上述方法无法确定水力压裂后监测区域内的储层改造程度，更无法对水力压裂后的地热储层的裂隙网络发育情况进行定量的表述。此外，对于有天然裂隙的储层，无法通过声波和微震来确定干热岩储层天然裂隙发育情况。
电磁法是地球物理勘探的重要手段，对于地热储层水力压裂过程中的岩石电阻率特性研究，是进行电磁法实际运用的重要基础。电阻率对完整岩石、含裂隙岩石以及含流体岩石反应明显，三者之间的电阻率差异可达1-2个数量级。在水力压裂过程中，岩石应力的变化和岩石的破裂会引起岩石电阻率的增大，随后压裂液的渗入会引起岩石电阻率的明显降低。因此，监测水力压裂过程中的岩石电阻率变化能够有效反映的岩石裂隙发育情况，以及天然裂隙与水力裂隙相连通的情况。进行水力压裂过程中的地热储层电阻率特性室内研究，不仅能够探究干热岩水力压裂过程中的电阻率变化特性以及其影响因素，还能探究电阻率与高温高压岩石水力压裂形成的水力裂隙的发育位置和发育程度的关系，建立电阻率与水力裂隙之间的数学模型，为实际的地热开发工程提供理论支持。然而，目前对水力压裂过程中高温高压岩石的电阻率演化特性的研究较少，更缺少相关室内试验的研究设备。因此尚缺少一种高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量试验装置，用以监测岩石在高温高压条件下水力压裂电阻率演化情况。
发明内容
本发明提供了一种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，用于探究水力压裂过程中岩石的电阻率变化特性及其影响因素，以及电阻率与岩石水力裂隙发育情况之间的关系。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，包括：
岩心夹持器，包括岩心室，所述岩心室的两端分别设置有右绝缘堵头和左绝缘堵头，所述右、左绝缘堵头相向的一面分别镶嵌有右环形阵列电极和左环形阵列电极，所述右绝缘堵头上设置有入口导流管，所述右、左绝缘堵头上分别套设有右锥形环和左锥形环，右锥形环和左锥形环相向的一端设置有橡胶套，所述橡胶套的内部用于放置岩样，所述橡胶套的外设置有金属筒体，所述右、左绝缘堵头封堵金属筒体的两端，所述金属筒体与橡胶套之间形成围压腔体；
所述右绝缘堵头和左绝缘堵头的外侧分别设置有右锁紧帽和左锁紧帽，所述右锁紧帽上设置有螺帽，所述螺帽穿设于所述右锁紧帽后用以抵接岩样，所述左锁紧帽上设置有轴压腔体，所述轴压腔体内设置有用于抵接岩样并对岩样施加轴压的环形滑块，所述金属筒体、右锁紧帽、左锁紧帽的外侧设置有隔热层；
电阻率测量***，用于电性连接右、左环形阵列电极以获取不同位置的电阻值；
压裂液注入***，通过入口导流管向岩样内注入压裂液；
压力调节***，分别与围压腔体和轴压腔体连通用以提供围压和轴压；
温度调节***，电性连接有加热电阻，所述加热电阻设置在所述金属筒体与隔热层之间。
优选地，所述右、左环形阵列电极均包括18个黄铜电极，18个黄铜电极呈辐射状分布在右绝缘堵头和左绝缘堵头上，并且18个黄铜电极形成三个同心圆，每六个共直线的黄铜电极形成测线。
优选地，所述电阻率测量***包括电阻率测量仪和与电阻率测量仪信号连接的计算机采集***，18个黄铜电极电性连接有绝缘导线，各个绝缘导线集成为一束导线并与电阻率测量仪连接获取岩样端面的电阻值。
优选地，所述压裂液注入***还包括压裂液容器、恒速恒压泵、空气泵，所述压裂液容器通过恒速恒压泵与所述轴压入口连通，所述轴压入口与恒速恒压泵之间设置有第二阀门，所述恒速恒压泵还与所述空气泵连通，所述空气泵与所述恒速恒压泵之间设置有第一阀门。
优选地，所述压力调节***包括压力泵、设置在围压腔体的围压入口、设置在轴压腔体的轴压入口以及轴压表、围压表，所述压力泵分别与围压入口和轴压入口连通，所述围压表和轴压表分别所述压力泵与围压入口的连通路径、压力泵与轴压入口的连通路径上，所述围压表的上游设置有第三阀门，所述轴压表的上游设置有第四阀门。
优选地，所述温度调节***还包括加热组件和温度探头，所述加热组件与所述加热电阻连接并控制加热电阻的功率，所述温度探头穿设于所述金属筒体上。
一种高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量方法，采用前述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，包括如下步骤：
S1在资源靶区选取岩样，并在岩样一端的端面钻孔，钻孔深度与入口导流管伸出右绝缘堵头的长度相同；
S2.将岩样置于岩心室内，将左、右锁紧帽套在金属筒体的两端，保持入口导流管伸至钻孔的底部，旋紧左、右锁紧帽和螺帽，将岩样密封固定在岩心室内；
S3.对岩样施加预设轴压、预设温度，并在该预设温度下保温1h以上后对岩样施加预设围压；
S4.对右、左环形阵列电极中的黄铜电极进行循环放电，并采集右、左环形阵列电极共六条测线上的其他电极的电流和电压；
S5.对获取的电流和电压进行处理获得测线下梯形计算域的视电阻率，并根据视电阻率、不同黄铜电极的电流和电压数据进行反演成像，获得测线下梯形计算域的电阻率分布云图，进而获取岩样内含有不同导电性质的裂隙开度分布和位置信息；
S6.向岩心的钻孔注入压裂液，记录压裂过程中右、左环形阵列电极的电流和电压、注入压力P、流体流量Q以及注入压力第一峰值为起裂压力值P0；
S7.关闭加热电源、卸载围压和轴压，待装置自然冷却后取出岩样；
S8.改变温度、围压以及压裂液作用下重复步骤1-7，得到不同条件下岩石电阻率数据。
优选地，在步骤S3种，打开第四阀门，控制压力泵将耐高温液压油注入轴压腔体内，当轴压表稳定在预设轴压后关闭第四阀门；
利用加热组件和加热电阻对金属筒体进行加热直至达到预设温度；
打开第三阀门，控制压力泵将耐高温液压油注入围压腔内，当围压表稳定在预设围压时关闭第三阀门。
优选地，在所述步骤S4中，依次对右、左环形阵列电极上各个测线上每一黄铜电极进行循环放电，并检测位于被放电黄铜电极所在测线的其他黄铜电极的电流及电压；
根据公式对获取的电流和电压进行计算，获得测线下梯形计算域的视电阻率；
其中，装置系数，AM为被放电的黄铜电极和被测量的黄铜电极的分布径向距离。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
1.本发明设置有岩心夹持器、电阻率测量***、压裂液注入***、压力调节***和温度调节***。本装置的岩心夹持器所采用的堵头由绝缘材料制成，将电极镶嵌在绝缘堵头内侧，18个电极在绝缘堵头后端与18根绝缘导线相连后，集成一束导线穿出与电阻率测量仪外接，能够防止电极与金属筒体和导流管接触从而造成测量误差，使得测量结果准确；
2.本装置的黄铜电极以环形阵列的形式排布在绝缘堵头上，右绝缘堵头和左绝缘堵头上18个电极一一对应，电阻率的测量方式通过对环形阵列电极的循环放电，对压裂过程岩石的电阻值进行测量，并通过计算机采集***进行数据采集从而计算出电阻率值，上述测量方法与传统单电极测量相比，测量电极多次探测会得到表征不同地质体的电场分布情况的数据体，通过反演能够直观的反映不均匀的电阻率分布情况，能够满足压裂过程需要对岩石电阻率进行细致评价的要求，并且测量精度较高；
3.本装置的入口导流管直接伸入到岩心钻孔中，入口导流管与岩心钻孔之间设有第一止水橡胶环，通过拧紧螺帽、轴压腔体推动环形滑块来压紧绝缘堵头，保证电极与岩样良好接触的同时压紧第一止水橡胶环确保压裂过程压裂液不从钻孔处渗漏；
4.本装置的岩心夹持器，可在高温高压同时作用下进行试验，模拟岩石在深部地热储层压裂时的破裂情况，同时电阻率测量***能实时监测压裂过程中岩石电阻率的变化情况；本装置的压裂液注入***能够对注入压裂液的状态进行控制，通过恒速恒压泵可以将调配的压裂液以设定的压力或流量注入，同时能够对压裂液的注入压力和流量进行采集；
5.本发明对于试验过程的温度、压力控制准确，温度能加热到250℃，围压能加载到50MPa，电阻率测量准确，密封效果良好，能有效模拟深部地热储层水力压裂过程岩石电阻率的变化，为岩石压裂过程中的电阻率演化特性研究提供准确的数据支撑。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是测量装置的结构示意图；
图2为岩心夹持器的结构示意图；
图3为本发明的右绝缘堵头的结构示意图；
图4为图3中的A-A剖面图；
图5是视电阻率检测区域示意图。
【附图标记说明】
101-入口导流管；102-出口导流管；103-岩心室；104-橡胶套；105-第一止水橡胶环；106-围压腔体；107-右绝缘堵头；108-左绝缘堵头；109-右锥形环；110-左锥形环；111-右环形阵列电极；112-左环形阵列电极；113-金属筒体；114-螺帽；115-隔热层；116-环形滑块；117-右锁紧帽；118-左锁紧帽；119-右螺帽；120-左螺帽；121-第二止水橡胶环；122-第三止水橡胶环；123-第四止水橡胶环；124-第五止水橡胶环；125-第六止水橡胶环；201-电阻率测量仪；202-导线；203-计算机采集***；301-压裂液容器；302-恒速恒压泵；303-空气泵；304-尾液收集容器；V1-第一阀门；V2-第二阀门；401-压力泵；402-围压入口；403-轴压入口；V3-第三阀门；V4-第四阀门；P1-轴压表；P2-围压表；501-控温组件；502-加热组件；503-加热电阻；504-温度探头；T-温度计量表；
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对目前尚缺少高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，缺少对深部地热储层岩石水力压裂过程的电阻率特性研究，提供了一种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。
如图1-5所示，本发明的实施例提供了一种高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，包括：岩心夹持器、电阻率测量***、压裂液注入***、压力调节***和温度调节***；所述岩心夹持器设置有一岩心室103，所述岩心室103的两端分别为右绝缘堵头107和左绝缘堵头108，所述右绝缘堵头107和左绝缘堵头108上分别镶嵌有由黄铜电极构成的右环形阵列电极111和左环形阵列电极112，18个黄铜电极以三个同心圆的形式排布在绝缘堵头上并且18个黄铜电极呈辐射状分布，每6个共直线的黄铜电极形成测线，所述右环形阵列电极111和左环形阵列电极112与岩心端面紧贴，两个环形阵列电极露头部分设有第六止水橡胶环125，用于隔绝水和电极，所述右绝缘堵头107和左绝缘堵头108内设有入口导流管101和出口导流管102，所述入口导流管101用于伸入到岩心钻孔中，岩心钻孔与入口导流管101间设有第一止水橡胶环105，所述右绝缘堵头107和左绝缘堵头108外部套设有右锥形环109和左锥形环110，所述右锥形环109和左锥形环110相向的一侧为锥形且套设有一橡胶套104，所述橡胶套104内部用于放置岩样，所述橡胶套104将岩心室103、右绝缘堵头107、左绝缘堵头108的外侧紧密贴合包裹，所述橡胶套104外部为一金属筒体113，所述金属筒体113与右锥形环109和左锥形环110间设有第二止水橡胶环121和第三止水橡胶环122，所述金属筒体113与橡胶套104之间形成围压腔体106，所述围压腔体106通过围压入口402与所述压力调节***连接；所述右绝缘堵头107和左绝缘堵头108外侧分别是右锁紧帽117和左锁紧帽118，所述右锁紧帽117和左锁紧帽118通过右螺帽119和左螺帽120与金属筒体113连接，所述右锁紧帽117上设一螺帽114，通过拧紧螺帽114固定密封岩样，所述左锁紧帽118内设有一轴压腔体，通过轴压入口403与所述压力调节***连接，所述环形滑块116在压力的推动下向岩心室103施加轴压，所述环形滑块116与左锁紧帽118间设有第四止水橡胶环123和第五止水橡胶环124，所述金属筒体113、右锁紧帽117和左锁紧帽118外侧设有隔热层115；所述电阻率测量***包括电阻率测量仪201、导线202和计算机采集***203。所述电阻率测量仪201通过导线202分别和右绝缘堵头107、左绝缘堵头108里的两个环形阵列电极的黄铜电极连接，通过对环形阵列电极的循环放电，对压裂过程岩石不同位置的电阻值进行测量，并通过计算机采集***203进行数据采集，从而计算出岩石试样的电阻率；所述压裂液注入***包括压裂液容器301、恒速恒压泵302、空气泵303、尾液收集容器304，所述压裂液注入***用于控制注入压裂液的流量和注入压力；所述压力调节***包括压力泵401、围压入口402、轴压入口403、轴压表P1和围压表P2，所述压力调节***用于为岩心提供和控制围压和轴压；所述温度调节***包括控温组件501、加热组件502、加热电阻53、温度探头504、隔热层115和温度计量表T，所述温度调节***用于为岩心室103提供高温环境，所述加热电阻53能将所述岩心室103的温度加热到250℃，满足地热开发的温度要求。
本发明上述实施例所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，所述岩心夹持器通过橡胶套104、右绝缘堵头107、左绝缘堵头108、右锥形环109、左锥形环110、金属筒体113、螺帽114、右锁紧帽117、左锁紧帽118、右螺帽119和左螺帽120形成封闭空间，封闭空间内放置试验所用岩样；所述橡胶套104和各止水橡胶环均采用耐高温高压耐腐蚀材质，在高温高压和压裂液作用下不易受损，可在试验中多次使用；所述右环形阵列电极111和左环形阵列电极112分别镶嵌在右绝缘堵头107和左绝缘堵头108内侧，通过环形滑块116和螺帽114的挤压，使黄铜电极与岩石端面紧密接触，从而减少电阻率测量误差；所述右绝缘堵头107和左绝缘堵头108均采用耐高温高压的绝缘材料制成，与所述橡胶套104构成密闭空间，使得电流仅在环形阵列电极和岩石之间流动；所述入口导流管101伸入岩心钻孔，可以将压裂液输送到指定压裂位置，入口导流管101和岩心钻孔之间设有第一止水橡胶环105，防止试验过程中压裂液的渗漏；所述左锁紧帽118内设有轴压腔体，所述环形滑块116和左锁紧帽118之间设有第四止水橡胶环123和第五止水橡胶环124，当所述轴压腔体通过轴压入口403注入轴压油时，环形滑块116会给岩石施加轴压；所述橡胶套104、右锥形环109、左锥形环110和金属筒体113构成围压腔体106，当所述围压腔体106通过围压入口402注入围压油时，所述橡胶套104内的岩石会受到围压作用；所述电阻率测量***能够实时测量高温高压下岩石水力压裂过程岩样不同位置的电阻值；所述压裂液注入***为岩心夹持器输入压力流量稳定的压裂液；所述压力调节***为岩心夹持器的围压腔体106和轴压腔体提供压力并进行控制；所述温度调节***能够为岩心夹持器提供高温环境并进行控制。
其中，所述右绝缘堵头107和左绝缘堵头108上的黄铜电极以环形阵列的形式排布， 18个黄铜电极在绝缘堵头后端与18根绝缘导线相连后，集成一束导线202穿出与电阻率测量仪201连接，所述电阻率测量仪201、导线202、右环形阵列电极111、岩心、左环形阵列电极112形成闭合电路。
其中，右绝缘堵头107和左绝缘堵头108上的电极点互相对应，所述金属筒体113、右绝缘堵头107和左绝缘堵头108上有刻度标记，安装时将绝缘堵头按照刻度固定方向放入岩心室103两端。
本发明上述实施例所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，所述的电阻率测量仪201通过导线202、环形阵列电极与岩石两端相连，能够实时测量岩石两端不同位置的电阻值，并通过计算机采集***203对数据进行采集计算。
其中，所述压裂液注入***，通过不锈钢管路与夹持器进出口导流管102连接；所述压裂液容器301、恒速恒压泵302、空气泵303通过管道连通；所述空气泵303为所述恒速恒压泵302提供高压空气。
本发明上述实施例所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，所述压裂液容器301用于存放配置好的压裂液，所述恒速恒压泵302对压裂液的注入压力和流量进行控制，所述压裂液经第二阀门V2进入岩心夹持器中，待岩石压裂后，从出口导流管102流出由所述尾液收集容器304进行收集。
本发明上述实施例所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，所述第三阀门V3为围压阀门，所述第四阀门V4为轴压阀门，所述压力泵401通过第三阀门V3和第四阀门V4来控制液压油的注入；
其中，所述压力泵401通过第三阀门V3接入围压腔体106，所述金属筒体113上开设有围压入口402，所述围压表P2通过所述围压入口402读取围压数值。
其中，所述压力泵401通过第四阀门V4接入轴压腔体，所述左锁紧帽118上开设有轴压入口403，所述轴压表P1通过所述轴压入口403读取轴压数值。
其中，所述加热电阻53安装在金属筒体113的外圆周上，为所述岩心室103提供热量，所述隔热层115包裹在金属筒体113、右锁紧帽117和左锁紧帽118外，所述金属筒体113上穿设有所述温度探头504，所述加温组件与所述加热电阻53连接，所述控温组件501与温度探头504连接。
本发明上述实施例所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，所述加温组件能够控制所述加热电阻53的通断从而对所述岩心室103进行加热，所述控温组件501能够通过所述温度探头504实时监测温度，所述温度探头504测得的温度通过温度计量表T显示并反馈给控温组件501，从而保持温度准确恒定。所述隔热层115能将岩心室103内的温度保持在高温。
本发明的还提供了高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量方法，采用前述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，其具体操作过程如下：
1.岩样制备：从资源靶区选取完整岩样，在实验室内将岩样加工成Φ50mm×50mm的圆柱形试样，使用钻孔机在试样一端中心钻取直径Φ10mm的圆孔，钻孔深度和入口导流管101伸出右绝缘堵头107的长度匹配；试验前还需再测量圆柱形试样的高度a、半径b避免加工误差，据资源靶区热储层地下水或研制的压裂流体来配置压裂液；
2.岩样装载密封：将加工好的圆柱形试样放入岩心室103内，将所述绝缘堵头放入岩石两端，将所述右锁紧帽117和左锁紧帽118套在金属筒体113两端，拧紧螺帽114，密封固定岩石；
3.试验轴压加载：打开第四阀门V4，控制压力泵401将耐高温液压油通过轴压入口403注入轴压腔体，当轴压表P1上的数值稳定在设定数值后，关闭第四阀门V4，通过推动环形滑块116与所述螺帽114共同作用压紧绝缘堵头，使得第六止水橡胶圈125压紧，防止黄铜电极与水接触，并使黄铜电极紧贴岩石端面，压紧岩心钻孔与入口导流管101间的第一止水橡胶环105，防止在试验过程压裂液发生渗漏；
4.试验温度加载：利用所述加热组件502和加热电阻53对所述金属筒体113加热，待温度计量表T温度显示达到设定值后保持控温，控制温度在设定值1小时以上；
5.试验围压加载：打开第三阀门V3，控制压力泵401将耐高温液压油通过围压入口402注入所述围压腔体106内，当围压表P2上的围压数值稳定在设定数值后，关闭第三阀门V3，保持围压；
6.电法数据采集：当任一供电电极(定义为供电电极)进行放电时，其余电极(定义为放电电极)均在采集点位。打开电阻率测量仪201开关，对右、左环形阵列电极112上各个测线上任一的电极作为供电电极进行循环放电，同时通过计算机采集***203对该供电电极所在的测线上的其他放电电极的电流和电压进行采集。
7.电阻率数据获取：利用以下公式对计算机采集***203获取的电流和电压进行处理，计算出测线下的梯形计算域的视电阻率；
其中，装置系数，AM为供电电极和测量电极的分布径向距离。
对AM法采集得到的数据进行反演成像，能够得到测线下的梯形计算域的电阻率分布云图，从而可以获取测线下梯形计算域内含有的不同导电性质的裂隙开度分布和位置信息。视电阻率检测区域分布情况如图5所示。
8.压裂液注入：打开第一阀门V1、空气泵303和恒速恒压泵302，打开第二阀门V2将压裂液注入岩心夹持器中，同时尾液收集容器304对压裂结束后的流体进行收集，试验过程中恒速恒压泵302实时的对压裂液的注入压力P、流体流量Q进行监测和采集，记录注入压力第一次峰值为起裂压力值P0；
9.试验结束：关闭加热电源开关，卸去围压和轴压，待装置自然冷却后取出岩样。
10.结果分析：根据不同温度、不同围压及压裂液作用下重复上述步骤1-9，得到不同条件下岩石电阻率数据，分析和探究不同温度、围压和压裂液条件下水力压裂前后电阻率的响应规律。利用视电阻率分布云图判断水力压裂所形成的裂隙的位置和拓展情况，同时与实际的岩石水力裂隙发育情况进行对比，验证通过电法判断裂隙分布情况的准确性。并对裂隙附近的电阻率演化情况进行分析，建立岩石裂隙发育情况与电阻率之间的数学关系模型。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，其特征在于，包括：
岩心夹持器，包括岩心室，所述岩心室的两端分别设置有右绝缘堵头和左绝缘堵头，所述右、左绝缘堵头相向的一面分别镶嵌有右环形阵列电极和左环形阵列电极，所述右绝缘堵头上设置有入口导流管，所述右、左绝缘堵头上分别套设有右锥形环和左锥形环，右锥形环和左锥形环相向的一端设置有橡胶套，所述橡胶套的内部用于放置岩样，所述橡胶套的外设置有金属筒体，所述右、左绝缘堵头封堵金属筒体的两端，所述金属筒体与橡胶套之间形成围压腔体；
所述右绝缘堵头和左绝缘堵头的外侧分别设置有右锁紧帽和左锁紧帽，所述右锁紧帽上设置有螺帽，所述螺帽穿设于所述右锁紧帽后用以抵接岩样，所述左锁紧帽上设置有轴压腔体，所述轴压腔体内设置有用于抵接岩样并对岩样施加轴压的环形滑块，所述金属筒体、右锁紧帽、左锁紧帽的外侧设置有隔热层；
电阻率测量***，用于电性连接右、左环形阵列电极以获取不同位置的电阻值；
压裂液注入***，通过入口导流管向岩样内注入压裂液；
压力调节***，分别与围压腔体和轴压腔体连通用以提供围压和轴压；
温度调节***，电性连接有加热电阻，所述加热电阻设置在所述金属筒体与隔热层之间。
2.根据权利要求1所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，其特征在于：所述右、左环形阵列电极均包括18个黄铜电极，18个黄铜电极呈辐射状分布在右绝缘堵头和左绝缘堵头上，并且18个黄铜电极形成三个同心圆，每六个共直线的黄铜电极形成测线。
3.根据权利要求2所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，其特征在于：所述电阻率测量***包括电阻率测量仪和与电阻率测量仪信号连接的计算机采集***，18个黄铜电极电性连接有绝缘导线，各个绝缘导线集成为一束导线并与电阻率测量仪连接获取岩样端面的电阻值。
4.根据权利要求3所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，其特征在于：所述压裂液注入***还包括压裂液容器、恒速恒压泵、空气泵，所述压裂液容器通过恒速恒压泵与所述轴压入口连通，所述轴压入口与恒速恒压泵之间设置有第二阀门，所述恒速恒压泵还与所述空气泵连通，所述空气泵与所述恒速恒压泵之间设置有第一阀门。
5.根据权利要求4所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，其特征在于：所述压力调节***包括压力泵、设置在围压腔体的围压入口、设置在轴压腔体的轴压入口以及轴压表、围压表，所述压力泵分别与围压入口和轴压入口连通，所述围压表和轴压表分别所述压力泵与围压入口的连通路径、压力泵与轴压入口的连通路径上，所述围压表的上游设置有第三阀门，所述轴压表的上游设置有第四阀门。
6.根据权利要求5所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，其特征在于：所述温度调节***还包括加热组件和温度探头，所述加热组件与所述加热电阻连接并控制加热电阻的功率，所述温度探头穿设于所述金属筒体上。
7.一种高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量方法，采用权利要求6所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1在资源靶区选取岩样，并在岩样一端的端面钻孔，钻孔深度与入口导流管伸出右绝缘堵头的长度相同；
S2.将岩样置于岩心室内，将左、右锁紧帽套在金属筒体的两端，保持入口导流管伸至钻孔的底部，旋紧左、右锁紧帽和螺帽，将岩样密封固定在岩心室内；
S3.对岩样施加预设轴压、预设温度，并在该预设温度下保温1h以上后对岩样施加预设围压；
S4.对右、左环形阵列电极中的黄铜电极进行循环放电，并采集右、左环形阵列电极共六条测线上的其他电极的电流和电压；
S5.对获取的电流和电压进行处理获得测线下梯形计算域的视电阻率，并根据视电阻率、不同黄铜电极的电流和电压数据进行反演成像，获得测线下梯形计算域的电阻率分布云图，进而获取岩样内含有不同导电性质的裂隙开度分布和位置信息；
S6.向岩心的钻孔注入压裂液，记录压裂过程中右、左环形阵列电极的电流和电压、注入压力P、流体流量Q以及注入压力第一峰值为起裂压力值P0；
S7.关闭加热电源、卸载围压和轴压，待装置自然冷却后取出岩样；
S8.改变温度、围压以及压裂液作用下重复步骤1-7，得到不同条件下岩石电阻率数据。
8.根据权利要求7所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量方法，其特征在于：在步骤S3种，打开第四阀门，控制压力泵将耐高温液压油注入轴压腔体内，当轴压表稳定在预设轴压后关闭第四阀门；
利用加热组件和加热电阻对金属筒体进行加热直至达到预设温度；
打开第三阀门，控制压力泵将耐高温液压油注入围压腔内，当围压表稳定在预设围压时关闭第三阀门。
9.根据权利要求8所述的高温高压条件下岩石水力压裂过程电阻率测量方法，其特征在于：在所述步骤S4中，依次对右、左环形阵列电极上各个测线上每一黄铜电极进行循环放电，并检测位于被放电黄铜电极所在测线的其他黄铜电极的电流及电压；
根据公式对获取的电流和电压进行计算，获得测线下梯形计算域的视电阻率；
其中，装置系数，AM为被放电的黄铜电极和被测量的黄铜电极的分布径向距离。
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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 |
Application publication date: 20230718 |
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