本發(fā)明涉及油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域壓裂增產(chǎn)過程中一種用于獲取粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道的裝置及方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著基巖地區(qū)的地下水開采、石油開采、地?zé)衢_發(fā)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，粗糙裂縫滲透率對(duì)巖土工程穩(wěn)定性的影響受到廣泛關(guān)注。粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道形狀直接影響粗糙裂縫的滲透率（過流能力），是目前研究該領(lǐng)域備受關(guān)注的研究重點(diǎn)。分析評(píng)價(jià)粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道對(duì)研究粗糙裂縫滲透率變化機(jī)理至關(guān)重要。

目前缺乏對(duì)粗糙裂縫縫內(nèi)流動(dòng)通道的實(shí)驗(yàn)表征手段，物理模擬裝置和方法明顯存在以下缺點(diǎn)：

（1）使用圓形實(shí)驗(yàn)巖樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，僅能加載周向應(yīng)力，不能加載垂向應(yīng)力，不能滿足對(duì)研究垂向應(yīng)力的需求；

（2）由于多使用應(yīng)力加載機(jī)，不能達(dá)到精確控制應(yīng)力的要求；

（3）夾持器設(shè)計(jì)不便，容易造成實(shí)驗(yàn)巖樣的破壞，不能獲取準(zhǔn)確的通道形狀；

（4）夾持器不能旋轉(zhuǎn)，僅能測(cè)試一個(gè)角度下的流動(dòng)通道情況；

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，不能快速取出實(shí)驗(yàn)巖樣；

（6）多使用人工裝填澆注劑，在高溫環(huán)境下，安全性欠佳；

（7）液壓設(shè)備體積龐大，操作不便。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，研究及開發(fā)一種用于獲取粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道的裝置及方法，從而為獲取模擬垂向應(yīng)力加載后粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道提供條件，已成為當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于獲取粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道的裝置，該裝置原理可靠，操作簡(jiǎn)便，模擬了地下水開采、石油開采、地?zé)衢_發(fā)等領(lǐng)域中，裂縫性巖體在受垂向應(yīng)力作用后的流動(dòng)通道變形過程，并通過注入澆注劑準(zhǔn)確獲取流動(dòng)通道內(nèi)形貌。

本發(fā)明的另一目的還在于提供利用上述裝置獲取粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道的方法，在保持垂向應(yīng)力加載下，向縫內(nèi)注入液體金屬材料，填充所有粗糙縫內(nèi)流動(dòng)通道，系統(tǒng)降溫使液體金屬材料固化后即可記錄加載垂向應(yīng)力下的粗糙縫內(nèi)流動(dòng)通道，該方法為研究粗糙裂縫滲透率變化機(jī)理提供條件。

為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

本發(fā)明模擬加載垂向應(yīng)力后粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道受力變形的過程，即在保持垂向應(yīng)力加載下，將整個(gè)裝置升溫，通過向縫內(nèi)注入液體金屬材料，填充所有粗糙縫內(nèi)流動(dòng)通道，系統(tǒng)降溫使液體金屬材料固化后，通過數(shù)值表征手段可對(duì)加載垂直應(yīng)力后粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道進(jìn)行詳細(xì)數(shù)據(jù)分析。

一種用于獲取粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道的裝置，主要由夾持器、恒溫箱、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、澆注劑中間容器、恒壓泵、恒速泵和計(jì)算機(jī)組成，所述夾持器連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)，夾持器包含外腔體、內(nèi)腔體、實(shí)驗(yàn)巖樣和活塞，實(shí)驗(yàn)巖樣位于夾持器內(nèi)，實(shí)驗(yàn)巖樣中有天然或人工粗糙裂縫，活塞位于實(shí)驗(yàn)巖樣上，實(shí)驗(yàn)巖樣有澆注入口和澆注出口，外腔體、內(nèi)腔體之間有液壓入口；所述液壓入口連接恒壓泵，所述澆注入口通過澆注劑中間容器連接恒速泵，夾持器和澆注劑中間容器置于恒溫箱內(nèi)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)、恒壓泵、恒速泵均通過數(shù)據(jù)傳輸線連接計(jì)算機(jī)。

所述夾持器設(shè)于恒溫箱內(nèi)，該夾持器的液壓入口通過一鋼制導(dǎo)管與恒速恒壓加壓機(jī)的出液口連接，所述夾持器腔體設(shè)有實(shí)驗(yàn)巖樣以及用于對(duì)該實(shí)驗(yàn)巖樣加載垂向應(yīng)力的活塞，所述夾持器腔體內(nèi)實(shí)驗(yàn)巖樣設(shè)有澆注入口，用于向?qū)嶒?yàn)巖樣粗糙縫內(nèi)加注澆注劑。

所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)用于調(diào)整夾持器角度。

所述澆注劑中間容器用于裝載澆注劑，并通過活塞隔離澆注劑與動(dòng)力液。

所述恒溫箱用于為夾持器、澆注劑中間容器以及實(shí)驗(yàn)流程管線提供恒定溫度保證。

所述恒壓泵用于對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣加載垂向應(yīng)力，恒速泵用于提供泵注澆注劑動(dòng)力。

所述數(shù)據(jù)傳輸線用于鏈接所有電控設(shè)備所需數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)用于控制整體裝置狀態(tài)，控制實(shí)驗(yàn)流程。

利用上述裝置獲取粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道的方法，依次包括以下步驟：

1、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)巖樣，要求實(shí)驗(yàn)巖樣中待澆注裂縫寬度不低于0.1mm；

2、將澆注劑裝入澆注劑中間容器中；

3、將實(shí)驗(yàn)巖樣放置于夾持器中，加載初始應(yīng)力后，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)將夾持器垂直放置；

4、啟動(dòng)恒溫烘箱，裝置升溫至穩(wěn)定狀態(tài)；

5、啟動(dòng)恒壓泵，對(duì)實(shí)驗(yàn)巖樣施加指定垂向應(yīng)力，隨后啟動(dòng)恒速泵，向?qū)嶒?yàn)巖樣裂縫中注入澆注劑；

6、恒溫箱停止工作，裝置降溫使?jié)沧┠蹋?/p>

7、取出實(shí)驗(yàn)巖樣并分離澆注體。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：實(shí)驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)便，模擬了地下水開采、石油開采、地?zé)衢_發(fā)等領(lǐng)域中，裂縫性巖體在受垂向應(yīng)力作用后的流動(dòng)通道變形過程，并通過注入澆注劑準(zhǔn)確獲取流動(dòng)通道內(nèi)形貌，為研究粗糙裂縫滲透率變化機(jī)理提供條件。

附圖說明

圖1是一種用于獲取粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中夾持器的側(cè)視圖。

圖3是圖1中夾持器的俯視圖。

圖中：1、實(shí)驗(yàn)巖樣；2、夾持器；3、恒溫箱；4、旋轉(zhuǎn)電機(jī)；5、澆注劑中間容器；6、恒壓泵；7、恒速泵；8、數(shù)據(jù)傳輸線；9、計(jì)算機(jī)；10、外腔體；11、內(nèi)腔體；12、活塞；13、液壓入口；14、澆注入口；15、澆注出口。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

如圖1、圖2、圖3所示。

一種用于獲取粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道的裝置，主要由夾持器2、恒溫箱3、旋轉(zhuǎn)電機(jī)4、澆注劑中間容器5、恒壓泵6、恒速泵7和計(jì)算機(jī)9組成，所述夾持器2連接旋轉(zhuǎn)電機(jī)4，夾持器2包含外腔體10、內(nèi)腔體11、實(shí)驗(yàn)巖樣1和活塞12，實(shí)驗(yàn)巖樣1位于夾持器2內(nèi)，活塞12位于實(shí)驗(yàn)巖樣1上，實(shí)驗(yàn)巖樣有澆注入口14和澆注出口15，外腔體10、內(nèi)腔體11之間有液壓入口13；所述液壓入口13連接恒壓泵6，所述澆注入口14通過澆注劑中間容器5連接恒速泵7，夾持器2和澆注劑中間容器5置于恒溫箱3內(nèi)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)4、恒壓泵6、恒速泵7均通過數(shù)據(jù)傳輸線8連接計(jì)算機(jī)9。

利用上述裝置獲取粗糙裂縫內(nèi)流動(dòng)通道的方法，步驟如下：

1、制作與夾持器內(nèi)腔體11尺寸相匹配的實(shí)驗(yàn)巖樣，在此選用夾持器內(nèi)腔體11尺寸為長(zhǎng)100mm、寬40mm、高40mm，實(shí)驗(yàn)巖樣制作尺寸為長(zhǎng)100mm、寬38mm、高38mm；

2、選用內(nèi)徑50mm、壁厚1mm熱縮管包裹實(shí)驗(yàn)巖樣1，并使其熱縮緊密包裹實(shí)驗(yàn)巖樣1；

3、啟動(dòng)夾持器旋轉(zhuǎn)電機(jī)4，旋轉(zhuǎn)夾持器2到水平位置；

4、將制作完成的實(shí)驗(yàn)巖樣1放入夾持器2中部；

5、啟動(dòng)恒壓泵6，加載實(shí)驗(yàn)巖樣1垂向應(yīng)力，應(yīng)力值設(shè)定為0.2MPa；

6、選用伍德合金作為澆注劑，放入澆注劑中間容器5中；

7、啟動(dòng)夾持器旋轉(zhuǎn)電機(jī)4，旋轉(zhuǎn)夾持器2到垂直位置；

8、開啟恒溫烘箱3，調(diào)整烘箱溫度為95℃；

9、當(dāng)恒溫烘箱3溫度達(dá)到設(shè)定值95℃后，穩(wěn)定1小時(shí)；

10、啟動(dòng)恒壓泵6，加載實(shí)驗(yàn)巖樣垂向應(yīng)力至實(shí)驗(yàn)指定值，例如30MPa；

11、待恒壓泵6應(yīng)力系統(tǒng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)制定值后，穩(wěn)定30分鐘并保持；

12、啟動(dòng)恒速泵7，流速設(shè)定10ml/min，通過澆注劑澆注入口14向夾持器2內(nèi)實(shí)驗(yàn)巖樣1泵注澆注劑（伍德合金）；

13、通過觀察澆注劑澆注出口15流量，待出口流量穩(wěn)定后停止恒速泵7；

14、關(guān)閉恒溫烘箱3，使其自然降溫至30℃以下；

15、啟動(dòng)恒壓泵6，卸載實(shí)驗(yàn)巖樣垂向應(yīng)力至0.2MPa；

16、啟動(dòng)夾持器旋轉(zhuǎn)電機(jī)4，將夾持器2旋轉(zhuǎn)至水平位置，并啟動(dòng)恒壓泵6，卸載實(shí)驗(yàn)巖樣垂向應(yīng)力至實(shí)驗(yàn)巖樣1與活塞12脫離；

17、取出實(shí)驗(yàn)巖樣1，去除熱縮膜包裹層；

18、取出澆注體；

19、清洗流程。

上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過以上描述或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。