页岩裂缝吸水扩展实验装置

摘要

本发明提供了一种页岩裂缝吸水扩展实验装置，页岩裂缝吸水扩展实验装置包括：样品容器，具有用于容纳岩心样品的内腔，内腔设有向上贯穿样品容器的过孔，样品容器的侧壁设置有侧壁孔；加压容器，具有容液腔和加压活塞，容液腔与过孔导通，加压活塞设置在容液腔内并能够对容液腔内的液体加压；反应试剂容器，通过侧壁孔与内腔连通。本发明的有益效果是，能够快速、简便、经济地评价不同地层或同一地层不同位置的致密储层岩石的裂缝扩展情况。

权利要求

1.一种页岩裂缝吸水扩展实验装置，其特征在于，所述页岩裂缝吸水扩展实验装置包括：

样品容器(10)，具有用于容纳岩心样品(90)的内腔(11)，内腔(11)设有向上贯穿样品容器(10)的过孔，该过孔设置在样品容器(10)的上端，该过孔处设置有用于与岩心样品(90)密封连接的密封件(15)，密封件(15)沿该过孔的周向设置，样品容器(10)的侧壁设置有侧壁孔(12)；

加压容器(20)，具有容液腔(21)和加压活塞(22)，容液腔(21)与该过孔导通，加压活塞(22)设置在容液腔(21)内并能够对容液腔(21)内的液体加压；

反应试剂容器(30)，通过侧壁孔(12)与内腔(11)连通。

2.根据权利要求1所述的页岩裂缝吸水扩展实验装置，其特征在于，样品容器(10)下端为开口端，样品容器(10)的下端设置有能拆卸的底盖(13)，底盖(13)上设置有用于加持岩心样品(90)的加持元件(14)。

3.根据权利要求1所述的页岩裂缝吸水扩展实验装置，其特征在于，加压容器(20)还包括加压顶杆(23)，加压顶杆(23)的下端与加压活塞(22)的上表面连接，加压顶杆(23)的上端伸出至容液腔(21)的外部。

4.根据权利要求3所述的页岩裂缝吸水扩展实验装置，其特征在于，加压顶杆(23)与加压活塞(22)之间设置有用于测量压力大小的压力传感器(24)。

5.根据权利要求1所述的页岩裂缝吸水扩展实验装置，其特征在于，加压容器(20)还包括环形底板(25)，环形底板(25)设置在加压容器(20)的底部，环形底板(25)与该过孔同轴连接，并且环形底板(25)的内径与该过孔的直径相同。

6.根据权利要求1所述的页岩裂缝吸水扩展实验装置，其特征在于，反应试剂容器(30)通过连接管(31)与侧壁孔(12)连接，连接管(31)上设置有阀门(32)。

7.根据权利要求1所述的页岩裂缝吸水扩展实验装置，其特征在于，该过孔的直径小于或者等于岩心样品(90)的外径，该过孔下侧环绕该过孔设置有用于与岩心样品(90)密封连接的密封件(15)。

8.根据权利要求1所述的页岩裂缝吸水扩展实验装置，其特征在于，样品容器(10)与加压容器(20)采用卡扣连接。

9.根据权利要求1所述的页岩裂缝吸水扩展实验装置，其特征在于，样品容器(10)为透明材料制成，所述页岩裂缝吸水扩展实验装置还包括监控组件，设置在样品容器(10)外并能够监控和记录岩心样品(90)的裂缝产生情况。

说明书

页岩裂缝吸水扩展实验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及页岩裂缝扩展的测试装置，具体是一种页岩裂缝吸水扩展实验装置。

背景技术

[0002] 页岩储层孔隙度较小、渗透率极低，气体在储层岩石中的赋存方式与状态多变，常规的两翼裂缝已经无法满足页岩气的开发要求，因此，必须探索新的压裂方式和工艺才能满足页岩气的经济高效开发要求。页岩储层天然裂缝和水平层理发育、岩石脆性大，力学参数各向异性强，压裂过程中天然裂缝附近的岩石可能发生剪切滑移和拉伸破坏形成复杂的体积裂缝。因此，需要发明一种设备，该设备能够快速、简便、经济地评价不同地层或同一地层不同位置的致密储层岩石的裂缝扩展情况。

发明内容

[0003] 本发明提供了一种页岩裂缝吸水扩展实验装置，以达到快速、简便、经济地评价致密储层岩石的裂缝扩展情况的目的。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种页岩裂缝吸水扩展实验装置，页岩裂缝吸水扩展实验装置包括：样品容器，具有用于容纳岩心样品的内腔，内腔设有向上贯穿样品容器的过孔，样品容器的侧壁设置有侧壁孔；加压容器，具有容液腔和加压活塞，容液腔与过孔导通，加压活塞设置在容液腔内并能够对容液腔内的液体加压；反应试剂容器，通过侧壁孔与内腔连通。

[0005] 进一步地，样品容器下端为开口端，样品容器的下端设置有能拆卸的底盖，底盖上设置有用于加持岩心样品的加持元件。

[0006] 进一步地，样品容器的上端设置有该过孔，该过孔处设置有用于与岩心样品密封连接的密封件，密封件沿该过孔的周向设置。

[0007] 进一步地，加压容器还包括加压顶杆，加压顶杆的下端与加压活塞的上表面连接，加压顶杆的上端伸出至容液腔的外部。

[0008] 进一步地，加压顶杆与加压活塞之间设置有用于测量压力大小的压力传感器。

[0009] 进一步地，加压容器还包括环形底板，环形底板为加压容器的底部，环形底板与该过孔同轴连接，并且环形底板的内径与该过孔的直径相同。

[0010] 进一步地，反应试剂容器通过连接管与侧壁孔连接，连接管上设置有阀门。

[0011] 进一步地，该过孔的直径小于或者等于岩心样品的外径。

[0012] 进一步地，样品容器与加压容器采用卡扣连接。

[0013] 进一步地，样品容器为透明材料制成，页岩裂缝吸水扩展实验装置还包括监控组件，设置在样品容器外并能够监控和记录岩心样品的裂缝产生情况。

[0014] 本发明的有益效果是，能够快速、简便、经济地评价不同地层或同一地层不同位置的致密储层岩石的裂缝扩展情况。

附图说明

[0015] 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：

[0016] 图1为本发明实施例页岩裂缝吸水扩展实验装置的三维结构示意图；

[0017] 图2为本发明实施例页岩裂缝吸水扩展实验装置的剖视结构示意图。

[0018] 图中附图标记：10、样品容器；11、内腔；12、侧壁孔；13、底盖；14、加持元件；15、密封件；20、加压容器；21、容液腔；22、加压活塞；23、加压顶杆；24、压力传感器；25、环形底板；30、反应试剂容器；31、连接管；32、阀门；90、岩心样品。

具体实施方式

[0019] 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。

[0020] 如图1和图2所示，一种页岩裂缝吸水扩展实验装置，页岩裂缝吸水扩展实验装置包括样品容器10、加压容器20和反应试剂容器30。样品容器10具有用于容纳岩心样品90的内腔11，内腔11设有向上贯穿样品容器10的过孔，样品容器10的侧壁设置有侧壁孔12。加压容器20具有容液腔21和加压活塞22，容液腔21与该过孔导通，加压活塞22设置在容液腔21内并能够对容液腔21内的液体加压。反应试剂容器30通过侧壁孔12与内腔11连通。页岩气属于低孔、低渗储层，90％的页岩气井需要经过压裂改造才能实现商业开采。为了取得好的储层压裂改造效果，避免盲目压裂，必须先对页岩气储层的可压性进行科学评价。这些研究都是从室内岩心分析方法所得到。本发明实施例通过对岩心进行加压，通过荧光反应(上述反应试剂容器30内液体与内腔11中液体反应产生荧光效果)间接的反应岩心所能承受的压力，来反映页岩的脆性指数，该方法能够快速、简便、经济地评价不同地层或同一地层不同位置的致密储层岩石的可压性情况。

[0021] 上述过孔设置在样品容器10的上端，样品容器10的下端为开口端，样品容器10的下端设置有能拆卸的底盖13，底盖13上设置有用于加持岩心样品90的加持元件14。具体地，底盖13为合金钢材制成，底盖13外周设置有外螺纹。

[0022] 本发明实施例中，样品容器10材质为PVC树脂，样品容器10的侧壁预留直径0.25cm的侧壁孔12，样品容器10的外径6cm，内径5cm，长度为5cm，底部3cm为螺纹，用于安装上述底盖13。上述加持元件14为固定在底盖13顶部的圆盘状结构，该圆盘状结构顶部设置有圆形凹槽，该圆形凹槽的内径为2.54cm，圆形凹槽中镶嵌密封橡胶圈，密封橡胶圈内径2cm，用于达到固定岩心样品90和密封的目的，其中岩心样品90上下两端的密封结构类似，此处不再进行赘述。当然，在一种未图示的实施例中，上述加持元件14为设置在底盖13顶部的环形凹槽，该环形凹槽内设置有密封橡胶圈。除上述特征外，其他特征均与在先实施例中相同。

[0023] 如图2所示，样品容器10的上端设置有该过孔，该过孔处设置有用于与岩心样品90密封连接的密封件15，密封件15沿该过孔的周向设置。本发明实施例中，岩心样品90为圆柱状，上述过孔的直径小于或者等于岩心样品90的外径，该过孔下侧环绕该过孔设置有用于与岩心样品90密封连接的密封件15，并且在岩心样品90安装在加持元件14上时，岩心样品90的上端能够与密封件15紧密贴合，达到密封的作用，此时过孔与内腔11不连通，岩心样品
90的外周与样品容器10的内壁之间形成环形空间，上述侧壁孔12与环形空间连通。本发明实施例中，密封件15为橡胶圈。

[0024] 如图1和图2所示，加压容器20还包括加压顶杆23，加压顶杆23的下端与加压活塞22的上表面连接，加压顶杆23的上端伸出至容液腔21的外部。本发明实施例中，加压顶杆23的上端与驱动装置连接，通过驱动装置对容液腔21施加压力。在加压顶杆23与加压活塞22之间设置有用于测量压力大小的压力传感器24。该压力传感器24与数据采集处理系统连接，例如与计算机连接。其中，驱动装置包括液压千斤顶，液压千斤顶的顶杆与加压顶杆23连接。

[0025] 加压容器20还包括环形底板25，环形底板25为加压容器20的底部，环形底板25与该过孔同轴连接，并且环形底板25的内径与该过孔的直径相同。本发明实施例中，环形底板25固定在加压容器20的下部，并作为加压容器20的底部与样品容器10连接。

[0026] 需要说明的是，上述加压容器20材质为镀铬合金钢管，加压容器20的厚度0.4cm，外径为6cm，内径5cm，高度20cm，容积1L。上述环形底板25的内径为2cm，液体穿过环形底板25；加压活塞22材质为镀铬合金钢材，厚度为2cm。本发明实施例中，加压容器20可承受的压力在25MPa。

[0027] 优选地，为了保证拆装方便，上述样品容器10与加压容器20采用卡扣连接。

[0028] 进一步地，上述样品容器10为透明材料制成，页岩裂缝吸水扩展实验装置还包括监控组件，设置在样品容器10外并能够监控和记录岩心样品90的裂缝产生情况。

[0029] 具体地，所述监控组件包括四部广角摄像头，四部广角摄像头间隔90°排列，镜头拍摄角度150°，通过数据线连接电脑，并配备存储卡。

[0030] 如图1和图2所示，反应试剂容器30通过连接管31与侧壁孔12连接，连接管31上设置有阀门32。本发明实施例中，反应试剂容器30为容积为500mL带阀门32的漏斗，上述连接管31为玻璃管。

[0031] 应用本发明实施例进行实验时：按如下步骤进行：

[0032] 1)首先将岩心样品90制成直径2.54cm，长3cm的标准柱样，测试前将岩心样品90在85℃条件下烘干12小时，之后每小时检测岩心样品90的质量，当质量不再变化则认为岩心样品90已经烘干。

[0033] 2)将直径2.54cm，长度为3cm的岩心样品90放在加持元件14顶部的圆形凹槽中，然后通过底盖13上的螺纹将其拧入到样品容器10当中，使岩心样品90的顶部与橡胶圈紧密接触密封。

[0034] 3)在加压容器20中加入浓度50％的过氧化氢溶液(H2O2)，放入加压活塞22，通过加压顶杆23使过氧化氢溶液对岩心样品90施压，并将过氧化氢溶液压入岩心样品90的缝隙，记录压力传感器24显示压力值。

[0035] 4)反应试剂容器30中装入硫化锌(ZnS)与双草酸二酯(CPPO)体积比1:1混合溶液，开启阀门32将混合溶液加入内腔11；

[0036] 5)当岩心样品90产生裂缝，并继续扩展，加压容器20中的H2O2溶液随裂缝扩展进入内腔11，与硫化锌(ZnS)和双草酸二酯的混合溶液接触，产生荧光。监控组件通过摄像头和存储卡保存录像，记录裂缝扩展产生荧光过程。

[0037] 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：本发明实施例能够快速、简便、经济地评价不同地层或同一地层不同位置的致密储层岩石的裂缝扩展情况。

[0038] 以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。