一種研究應(yīng)力作用下巖石高溫產(chǎn)生熱破裂的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油開發(fā)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)裝置，特別是巖石在熱采過(guò)程中受高溫蒸汽作用產(chǎn)生裂縫的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在高溫環(huán)境下，由于組成巖石的各種礦物熱膨脹系數(shù)不同，巖石在熱應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生破裂，這種現(xiàn)象稱為巖石的熱破裂現(xiàn)象。巖石的熱破裂研究是伴隨著核廢料的存儲(chǔ)、石油開采、地?zé)豳Y源的開發(fā)利用等研究而發(fā)展起來(lái)的。例如，在石油的開采過(guò)程中，利用巖石的熱破裂特性，可以誘發(fā)巖石破裂，達(dá)到提高儲(chǔ)層滲透性的目的，同時(shí)加熱后降低了原油粘度，有助于提高原油產(chǎn)量。因而，巖石在高溫作用下的熱破裂研究對(duì)實(shí)際工程意義重大。
[0003]目前，巖石熱破裂研究常用的實(shí)驗(yàn)手段包括單軸抗壓蠕變實(shí)驗(yàn)、高溫高壓三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)、電鏡掃描技術(shù)、核磁共振技術(shù)等。單軸抗壓蠕變實(shí)驗(yàn)可以反映溫度和時(shí)間對(duì)巖石變形特性和強(qiáng)度特性的影響規(guī)律，但由于其只在單軸方向施加圍壓，無(wú)法模擬真實(shí)巖石受熱產(chǎn)生裂縫的整個(gè)完整過(guò)程；高溫高壓三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)巖石施加三軸方向上的圍壓作用，能夠模擬得到巖體裂隙的本構(gòu)關(guān)系和脆-塑性變形的轉(zhuǎn)化關(guān)系，但巖石內(nèi)部的裂縫分布情況是不可觀的；通過(guò)電鏡掃描技術(shù)可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地觀察巖石在載荷作用下的細(xì)觀變形和強(qiáng)度特性，揭示應(yīng)力水平對(duì)裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的影響，但是其切片過(guò)程可能破壞巖石微損傷結(jié)構(gòu)，無(wú)法定量檢測(cè)巖石破裂后的裂縫分布情況；通過(guò)核磁共振技術(shù)可以觀察巖石微裂縫演化和分形特征，樣品不需要經(jīng)過(guò)任何處理，所得結(jié)果不受外界因素干擾，較能反應(yīng)試樣的實(shí)際情況，但其成像時(shí)間長(zhǎng)、空間分辨率低且價(jià)格昂貴，應(yīng)用受到很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)驗(yàn)的目的是要提供一種研究應(yīng)力作用下巖石高溫產(chǎn)生熱破裂的實(shí)驗(yàn)裝置，用于認(rèn)識(shí)巖石在稠油油藏?zé)岵砷_發(fā)過(guò)程中受高溫蒸汽作用產(chǎn)生裂縫的條件和裂縫分布特征。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種研究應(yīng)力作用下巖石高溫產(chǎn)生熱破裂的實(shí)驗(yàn)裝置，包括加熱系統(tǒng)、巖芯夾持系統(tǒng)、裂縫檢測(cè)系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)。其中加熱系統(tǒng)由加熱棒和電源組成；巖芯夾持系統(tǒng)由巖芯和巖芯夾持器組成，其特征是巖芯夾持器通過(guò)螺旋桿和千斤頂螺母向巖芯四周施加水平應(yīng)力并固定巖芯防止其發(fā)生松動(dòng)，巖芯尺寸為10mmX 10mmX 10mm ;裂縫檢測(cè)系統(tǒng)包括接收振動(dòng)波信號(hào)的加速度計(jì)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電腦顯示屏，該系統(tǒng)可通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大處理巖芯內(nèi)部發(fā)出的信號(hào)波，反饋到計(jì)算機(jī)顯示振動(dòng)波的波動(dòng)情況，記錄巖芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，從而確定巖芯破裂時(shí)間和破裂位置；測(cè)溫系統(tǒng)由溫度傳感器和測(cè)溫儀組成，用于記錄破裂溫度。
[0006]上述巖芯采用天然巖芯(為了確保巖芯的完整性，在天然巖芯外圍澆注水泥砂楽.)，尺寸為 10mmX 10OmmX 100mm。
[0007]上述加熱棒初期加熱速率為10°C /min，接近200°C時(shí)，改為5°C /min。
[0008]上述巖芯夾持器由螺旋桿和千斤頂螺母組成，通過(guò)巖芯夾持器模擬施加的水平圍壓為2?5MPa。
[0009]上述多測(cè)點(diǎn)巖芯溫度傳感器精度為(0.30+0.005* 111) °C。
[0010]上述裂縫檢測(cè)系統(tǒng)采樣頻率為2500kHz，采樣長(zhǎng)度為2048點(diǎn)數(shù)，參數(shù)間隔為2000 μ m。
[0011]上述測(cè)溫儀測(cè)量溫度范圍為O?300°C，測(cè)量精度為±1°C。
[0012]本發(fā)明是在巖石高溫高壓三軸變形實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將巖芯在高溫條件下產(chǎn)生的破裂情況通過(guò)裂縫檢測(cè)系統(tǒng)和測(cè)溫儀記錄下來(lái)，獲得不同時(shí)刻和不同巖芯位置處的振動(dòng)波圖像，通過(guò)分析圖像的變化判斷巖芯產(chǎn)生破裂的條件，實(shí)現(xiàn)了巖石在高溫作用下產(chǎn)生熱破裂的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為依據(jù)本發(fā)明所提供的應(yīng)力作用下巖石高溫產(chǎn)生熱破裂的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明所提供的實(shí)驗(yàn)裝置中巖芯夾持器的頂部俯視圖。
[0015]圖3為本發(fā)明所提供的實(shí)驗(yàn)裝置中巖芯夾持器的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017]應(yīng)力作用下巖石高溫產(chǎn)生熱破裂的實(shí)驗(yàn)裝置，包括加熱系統(tǒng)、巖芯夾持系統(tǒng)、裂縫檢測(cè)系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)。其中加熱系統(tǒng)由電源I和加熱棒2組成，加熱棒2 —端與電源I相連，另一端插入到填充有電解質(zhì)的巖芯凹槽11中，用于充分加熱巖芯；在巖芯夾持系統(tǒng)中，巖芯3位于巖芯夾持器4中心位置，通過(guò)螺旋桿5和千斤頂螺母12向巖芯四周施加水平應(yīng)力并固定巖芯防止其發(fā)生松動(dòng)，螺旋桿5和千斤頂螺母12通過(guò)加力手柄13固定在巖芯夾持器4上，巖芯3四周與螺旋桿5之間有鋼塊墊片14，用于保證巖芯面上均勻受力，巖芯側(cè)面上分布有加速度計(jì)觸點(diǎn)15，巖芯頂面上分布有溫度傳感器觸點(diǎn)16，分別用于連接加速度計(jì)6和溫度傳感器7 ;在裂縫檢測(cè)系統(tǒng)中，加速度計(jì)6 —端與巖芯3相連，另一端連接數(shù)據(jù)采集儀8，用于接收巖芯受熱破裂后發(fā)出的振動(dòng)波信號(hào)并及時(shí)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集儀8中，再通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀8放大處理巖芯內(nèi)部發(fā)出的信號(hào)波，反饋到計(jì)算機(jī)9中顯示出振動(dòng)波的波動(dòng)情況，記錄巖芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，從而確定巖芯破裂時(shí)間和破裂位置；在測(cè)溫系統(tǒng)中，溫度傳感器7 —端與巖芯3相連接，另一端連接測(cè)溫儀10，通過(guò)溫度傳感器7將接收到的巖芯溫度信號(hào)傳遞到測(cè)溫儀10中用于記錄破裂溫度。
[0018]本發(fā)明工作時(shí)，首先通過(guò)巖芯夾持系統(tǒng)將巖芯3固定在夾持器4中，并用螺旋桿5和千斤頂螺母12向巖芯四周施加水平圍壓，然后通過(guò)加熱系統(tǒng)對(duì)巖芯進(jìn)行加熱處理，巖芯四周通過(guò)加速度計(jì)6和溫度傳感器7分別與數(shù)據(jù)采集儀8和測(cè)溫儀10相連接，數(shù)據(jù)采集儀8將放大的振動(dòng)波信號(hào)波反饋到計(jì)算機(jī)9中，進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的記錄巖芯內(nèi)部振動(dòng)波信號(hào)，當(dāng)計(jì)算機(jī)顯示巖芯內(nèi)部發(fā)生破裂現(xiàn)象時(shí)，用測(cè)溫儀10記錄此時(shí)巖芯內(nèi)部溫度即為破裂溫度。
[0019]本發(fā)明針對(duì)實(shí)現(xiàn)了巖石在高溫作用下產(chǎn)生熱破裂的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察。本發(fā)明實(shí)用性強(qiáng)，在觀察裂縫破裂現(xiàn)象時(shí)可對(duì)巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析描述，為開展巖石在熱采過(guò)程中產(chǎn)生破裂的研究提供一種有效的實(shí)驗(yàn)方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種研究應(yīng)力作用下巖石高溫產(chǎn)生熱破裂的實(shí)驗(yàn)裝置，包括加熱系統(tǒng)、巖芯夾持系統(tǒng)、裂縫檢測(cè)系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)。其中加熱系統(tǒng)由加熱棒和電源組成；巖芯夾持系統(tǒng)由巖芯和巖芯夾持器組成，其特點(diǎn)是巖芯夾持器通過(guò)螺旋桿和千斤頂螺母向巖芯四周施加水平應(yīng)力并固定巖芯防止其發(fā)生松動(dòng)，巖芯尺寸為10mmX 10mmX 10mm ;裂縫檢測(cè)系統(tǒng)包括接收振動(dòng)波信號(hào)的加速度計(jì)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電腦顯示屏，該系統(tǒng)可通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大處理巖芯內(nèi)部發(fā)出的信號(hào)波，反饋到計(jì)算機(jī)顯示振動(dòng)波的波動(dòng)情況，記錄巖芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，從而確定巖芯破裂時(shí)間和破裂位置；測(cè)溫系統(tǒng)由溫度傳感器和測(cè)溫儀組成，用于記錄破裂溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力作用下巖石高溫產(chǎn)生熱破裂的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，巖芯用螺旋桿和千斤頂螺母夾持住，既可起到固定巖芯作用又可向巖芯四周施加水平地應(yīng)力作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力作用下巖石高溫產(chǎn)生熱破裂的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，巖芯與加速度計(jì)和溫度傳感器分別連接，可通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄破裂產(chǎn)生時(shí)間和產(chǎn)生位置，通過(guò)測(cè)溫儀記錄破裂溫度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種研究應(yīng)力作用下巖石高溫產(chǎn)生熱破裂的實(shí)驗(yàn)裝置，包括加熱系統(tǒng)、巖芯夾持系統(tǒng)、裂縫檢測(cè)系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)。其中加熱系統(tǒng)用于為巖芯持續(xù)加熱，創(chuàng)造高溫條件；巖芯夾持系統(tǒng)用于向巖芯四周施加水平應(yīng)力模擬地層圍壓作用，同時(shí)起到固定巖芯防止其發(fā)生松動(dòng)的作用；裂縫系統(tǒng)用于放大處理巖芯內(nèi)部發(fā)出的振動(dòng)波信號(hào)，記錄巖芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，從而確定巖芯破裂時(shí)間和破裂位置；測(cè)溫系統(tǒng)用于記錄巖芯破裂溫度。本發(fā)明針對(duì)巖石在高溫作用下所發(fā)生的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，實(shí)現(xiàn)了巖石受熱后產(chǎn)生熱破裂的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察。本發(fā)明實(shí)用性強(qiáng)，在觀察振動(dòng)波現(xiàn)象時(shí)可對(duì)巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析描述，為開展巖石在熱采過(guò)程中產(chǎn)生破裂的研究提供一種有效的實(shí)驗(yàn)方法。
【IPC分類】G01N3-18
【公開號(hào)】CN104777039
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410636617
【發(fā)明人】侯健, 王傳飛, 賈朋, 李偉忠, 陸雪皎, 吳光煥, 孫峰, 韋濤, 薛世峰, 牛麗娟, 于波, 劉西雷, 任偉偉, 吳兆徽, 戰(zhàn)艾婷, 趙衍彬, 韓文杰
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東), 中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2014年11月13日