利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置

摘要

本发明公开了一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置，其涉及水力压裂大型物理模拟实验领域，该方法包括：制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，岩块中设置有热电偶单元；在岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结模拟井筒；将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化；待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至声发射探头安装孔中，并将声发射探头以及声发射探头与导线的连接处密封；在声发射探头处放置吸液件，同时在水管上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至吸液件上；等。本申请能够在高温高压环境下进行缝洞型岩石水力压裂物理模拟试验，探究高温高压环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理。

权利要求

1.一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，包括：

制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，所述岩块中设置有热电偶单元；

在所述岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结所述模拟井筒；

将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化；

待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，并将所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处密封；

在所述声发射探头处放置吸液件，同时在水管上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至所述吸液件上，所述吸液件为海绵或棉花；

将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室，在将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室时，将包裹在隔离袋中的声发射前置放大器放置到所述水力压裂设备压力室内，在所述隔离袋上放置有吸液件，水管中的冷却液通过孔洞能流至吸液件上；

通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，待三向围压达到预定压力值后，对所述岩块进行水力压裂，在此期间，向所述水管中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件上对所述声发射探头进行冷却，通过所述声发射探头对岩块进行检测；

待水力压裂结束后，通过声发射探头检测得到的数据通过声发射定位程序得到岩块内裂缝产生及扩展位置。

2.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，所述岩块中设置有热电偶单元的步骤中，通过在岩块中设置无纺布包裹的水泥球，并在无纺布外部绕设带孔的胶带从而来制作模拟缝洞体，通过在岩块中设置长方体磨具来制作模拟天然裂缝，所述热电偶单元包括多个热电偶，多个所述热电偶设置在所述岩块的不同高度处。

3.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述在所述岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结所述模拟井筒的步骤中，在所述岩块的表面钻取多个声发射探头安装孔，根据所述声发射探头安装孔的位置在所述岩块的壁面上开设导线槽，同时在所述岩块中的所述模拟井筒的底部侧壁开设环形槽。

4.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化的步骤中，将所述岩块以预设温度梯度进行加热，在加热过程中，每达到一个温度目标温度后按照预设时间进行保温。

5.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，并将所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处密封的步骤中，用生胶带将声发射探头及声发射探头与导线连接处缠好以达到密封目的，并在所述声发射探头表面涂抹耦合剂。

6.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，在所述将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，待三向围压达到预定压力值后，对所述岩块进行水力压裂，在此期间，向所述水管中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件上对所述声发射探头进行冷却，通过所述声发射探头对岩块进行检测的步骤中，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，在三个方向以相同的增压速率同步加压，待三个方向的围压均达到预设压力后，保持围压恒定至实验结束。

7.根据权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，其特征在于，所述第一预设温度与所述第一预设温度的差值小于等于10摄氏度。

8.一种如权利要求1中所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法中使用的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验装置，其特征在于，所述利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验装置包括：岩块制作模具，所述岩块制作模具中能够设置无纺布包裹的水泥球和长方体磨具，所述无纺布外绕设有带孔的胶带，所述岩块制作模具用于制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块；

热电偶单元，所述热电偶单元包括多个热电偶，多个所述热电偶用于设置在所述岩块的不同高度处；

加热箱，所述加热箱用于对所述岩块进行加热至第一预设温度；

水力压裂设备压力室，所述水力压裂设备压力室用于对所述岩块施加三向围压，并进行水力压裂；

声发射探头，所述声发射探头安装孔能够设置在所述岩块的声发射探头安装孔中，所述声发射探头用于所述岩块在进行水力压裂时对岩块进行检测，从而得到岩块内裂缝产生及扩展位置；

冷却单元，所述冷却单元包括吸液件、开设有孔洞的水管、与所述水管相连接的水泵，所述冷却单元用于对所述声发射探头进行冷却。

说明书

利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置

技术领域

[0001] 本发明涉及水力压裂大型物理模拟实验领域，特别涉及一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置。

背景技术

[0002] 水力压裂技术是油气生产及地热开采过程中一种有效的增产措施。随着石油、天然气资源逐渐趋于枯竭以及地热资源的需求量越来越大，深层油气资源和地热资源开采逐年增加，然而深层石油储层及地热资源长期处于高温高压、富含天然裂缝及缝洞的地质环境中，常温常压下水力裂缝在岩石中的扩展机理不足以解释裂缝在深层岩石中的扩展特征。因此迫切需要进行高温高压环境下缝洞型岩石水力压裂物理模拟试验，从而探究高温高压环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置，其能够在高温高压环境下进行缝洞型岩石水力压裂物理模拟试验，从而探究高温高压环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理。

[0004] 本发明实施例的具体技术方案是：

[0005] 一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，包括：

[0006] 制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，所述岩块中设置有热电偶单元；

[0007] 在所述岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结所述模拟井筒；

[0008] 将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化；

[0009] 待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，并将所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处密封；

[0010] 在所述声发射探头处放置吸液件，同时在水管上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至所述吸液件上；

[0011] 将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，待三向围压达到预定压力值后，对所述岩块进行水力压裂，在此期间，向所述水管中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件上对所述声发射探头进行冷却，通过所述声发射探头对岩块进行检测；

[0012] 待水力压裂结束后，通过声发射探头检测得到的数据通过声发射定位程序得到岩块内裂缝产生及扩展位置。

[0013] 在一种优选的实施方式中，在所述制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块，所述岩块中设置有热电偶单元的步骤中，通过在岩块中设置无纺布包裹的水泥球，并在无纺布外部绕设带孔的胶带从而来制作模拟缝洞体，通过在岩块中设置长方体磨具来制作模拟天然裂缝，所述热电偶单元包括多个热电偶，多个所述热电偶设置在所述岩块的不同高度处。

[0014] 在一种优选的实施方式中，在所述在所述岩块上钻取模拟井筒和声发射探头安装孔，并用植筋胶胶结所述模拟井筒的步骤中，在所述岩块的表面钻取多个声发射探头安装孔，根据所述声发射探头安装孔的位置在所述岩块的壁面上开设导线槽，同时在所述岩块中的所述模拟井筒的底部侧壁开设环形槽。

[0015] 在一种优选的实施方式中，在所述将岩块进行加热，通过热电偶单元监测岩块的温度变化的步骤中，将所述岩块以预设温度梯度进行加热，在加热过程中，每达到一个温度目标温度后按照预设时间进行保温。

[0016] 在一种优选的实施方式中，在所述待岩块内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头安装至所述声发射探头安装孔中，并将所述声发射探头以及所述声发射探头与导线的连接处密封的步骤中，用生胶带将声发射探头及声发射探头与导线连接处缠好以达到密封目的，并在所述声发射探头表面涂抹耦合剂。

[0017] 在一种优选的实施方式中，在所述在所述声发射探头处放置吸液件，同时在水管上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至所述吸液件上的步骤中，所述吸液件为海绵或棉花。

[0018] 在一种优选的实施方式中，所述利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法还包括：在将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室时，将包裹在隔离袋中的声发射前置放大器放置到所述水力压裂设备压力室内，在所述隔离袋上放置有吸液件，水管中的冷却液通过孔洞能流至吸液件上。

[0019] 在一种优选的实施方式中，在所述将所述岩块放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，待三向围压达到预定压力值后，对所述岩块进行水力压裂，在此期间，向所述水管中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件上对所述声发射探头进行冷却，通过所述声发射探头对岩块进行检测的步骤中，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块施加三向围压，在三个方向以相同的增压速率同步加压，待三个方向的围压均达到预设压力后，保持围压恒定至实验结束。

[0020] 在一种优选的实施方式中，所述第一预设温度与所述第一预设温度的差值小于等于10度。

[0021] 一种如上述任一所述的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法中使用的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验装置，所述利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验装置包括：

[0022] 岩块制作模具，所述岩块制作模具中能够设置无纺布包裹的水泥球和长方体磨具，所述无纺布外绕设有带孔的胶带，所述岩块制作模具用于制作含有模拟天然裂缝、模拟缝洞体的岩块；

[0023] 热电偶单元，所述热电偶单元包括多个热电偶，多个所述热电偶用于设置在所述岩块的不同高度处；

[0024] 加热箱，所述加热箱用于对所述岩块进行加热至第一预设温度；

[0025] 水力压裂设备压力室，所述水力压裂设备压力室用于对所述岩块施加三向围压，并进行水力压裂；

[0026] 声发射探头，所述声发射探头安装孔能够设置在所述岩块的声发射探头安装孔中，所述声发射探头用于所述岩块在进行水力压裂时对岩块进行检测，从而得到岩块内裂缝产生及扩展位置；

[0027] 冷却单元，所述冷却单元包括吸液件、开设有孔洞的水管、与所述水管相连接的水泵，所述冷却单元用于对所述声发射探头进行冷却。

[0028] 本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

[0029] 1、本申请中提供的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置可在实验室条件下，应用声发射探头监测高温条件下具有模拟缝洞体及模拟天然裂缝的岩石水力压裂物理模拟的试验过程，从而能够得到高温条件对水力裂缝在具有缝洞体及天然裂缝的岩石中扩展的影响。在试验过程中采用循环冷却液冷却声发射探头及声发射前置放大器，从而保护了声发射系统部件不受高温损坏；在对岩块进行加热时，通过采用梯度加热的方式保证了岩块的均匀受热，避免了不均匀加热可能造成钻孔内的植筋胶胀破岩石的情况以及岩石自身内外受热不均膨胀不同而导致的破裂，从而保持了岩石的完整性。本申请能够充分模拟深层缝洞型岩石水力压裂过程中的高温条件、缝洞及天然裂缝对水力裂缝的影响，使得水力压裂物理模拟过程更加符合现场实际情况，同时，试验过程中采用了声发射系统对水力裂缝扩展行为进行监测，从而在试验后能够得到岩石内水力裂缝产生及扩展的空间位置。

[0030] 2、本发明中的试验方法流程简单、操作方便，可为高温水力压裂裂缝起裂及扩展的研究提供参考，并对油田高温深层缝洞型储层的水力压裂施工提供指导。

[0031] 参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

[0032] 在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

[0033] 图1为本发明实施例中利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法的流程图；

[0034] 图2为本发明实施例中岩块表面声发射探头安装孔与导线槽的示意图；

[0035] 图3为本发明实施例中岩块内部模拟天然裂缝与模拟缝洞体的示意图；

[0036] 图4为本发明实施例中冷却单元的原理示意图；

[0037] 图5为本发明实施例中声发射探头与导线的连接示意图；

[0038] 图6为本发明实施例中热电偶单元的示意图；

[0039] 图7为本发明实施例中岩块制作模具的结构示意图；

[0040] 图8为本发明实施例中声发射前置放大器冷却的原理图。

[0041] 以上附图的附图标记：

[0042] 1、岩块；2、模拟井筒；3、声发射探头安装孔；4、导线槽；5、热电偶单元；6、模拟天然裂缝；7、模拟缝洞体；8、压裂液注入管线；9、水管；10、吸液件；11、水泵；12、导线；13、声发射探头；14、岩块制作模具；15、隔离袋；16、声发射前置放大器。

具体实施方式

[0043] 结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

[0044] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0045] 相比于常温常压条件下岩石水力压裂物理模拟实验，高温高压环境下缝洞型岩石水力压裂物理模拟实验更加复杂，主要涉及到以下四个方面的问题：1、在实验前对岩石试件进行加热时，粘接模拟井筒2使用的植筋胶一般是环氧型高强度胶，在岩块加热过程中易受热膨胀，致岩块破裂；2、水力压裂过程中岩石试件的保温问题，水力压裂实验过程持续时间较长，因此需要给岩块提供一个稳定的高温实验环境；3、声发射传感器内部结构复杂且多为灵敏部件，易受高温环境影响；4、在岩石三向施加高围压过程中，对压裂设备的材料、注液泵的性能、注液管线的强度等具有较高要求。上述四个方面的难题彼此关联，相互影响，在现有的实验室条件下难以协调解决上述四个方面的难题。为此，在实验室条件下，本申请提出了一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法，该方法能够在高温高压环境下进行缝洞型岩石水力压裂物理模拟试验，从而探究高温高压环境下水力裂缝在岩石中的扩展机理，图1为本发明实施例中利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法的流程图，如图1所示，本申请中利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法可以包括：

[0046] S101：制作含有模拟天然裂缝6、模拟缝洞体7的岩块1，所述岩块1中设置有热电偶单元5。

[0047] 在本步骤中，图3为本发明实施例中岩块内部模拟天然裂缝与模拟缝洞体的示意图，图7为本发明实施例中岩块制作模具的结构示意图，如图3、图7所示，在制作岩块1的过程中，安装好岩块制作模具14，通过在岩块1中设置无纺布包裹的水泥球，并在无纺布外部绕设带孔的胶带从而来制作模拟缝洞体7，通过在岩块1中设置长方体磨具来制作模拟天然裂缝6，所述热电偶单元5包括多个热电偶，多个所述热电偶设置在所述岩块1的不同高度处，将预制好的模拟天然裂缝6、模拟缝洞体7及电热偶单元置入相应位置，待岩块1硬固后，拆除模具，从而得到岩块1。在胶带上开设孔是为了在后续进行水力压裂时，能够使压裂液进入无纺布包裹的水泥球，从而使得水泥球能够接触到压裂液。胶带上开设的孔的数量不宜太多，以免压裂液进入模拟缝洞体7内过快。在长方体磨具中浇筑混泥土，从而与之模拟天然裂缝6。

[0048] 在本实施方式中，岩块制作模具14的尺寸可以选择为300mm×300mm×300mm，长方体模具的尺寸可以为90mm×30mm×20mm，模拟天然裂缝6可以在岩块1中随机分布，模拟缝洞体7则以起裂点为中心，在半径为80mm的圆环上均匀排布，模拟缝洞体7所在平面垂直于最小水平主应力。热电偶单元5可以选择3个热电偶，图6为本发明实施例中热电偶单元的示意图，如图6所示，3个热电偶用生胶带绑在一起，相邻两个电热偶间的距离为30mm，在制作岩块1时置入其中，如此可以分别测量距岩块1表面100mm、70mm和40mm处的温度。

[0049] S102：在所述岩块1上钻取模拟井筒2和声发射探头安装孔3，并用植筋胶胶结所述模拟井筒2。

[0050] 在本步骤中，在所述岩块1的表面钻取多个声发射探头安装孔3，根据所述声发射探头安装孔3的位置在所述岩块1的壁面上开设导线槽4，同时在所述岩块1中的所述模拟井筒2的底部侧壁开设环形槽。开设该环形槽的目的在于在进行水力压裂时，在较高的注液压力下，优先从环形槽起裂，环形槽起到诱导起裂的作用。

[0051] 在本实施方式中，图2为本发明实施例中岩块1表面声发射探头安装孔与导线槽的示意图，如图2所示，根据实验要求，在相应位置用水钻钻取一个直径为20mm、深度为150mm的模拟井筒2多个个直径20mm、深度30mm的声发射探头安装孔3，根据声发射探头13分布要求，确定导线槽4位置，并用石材切割机切割深度为22mm，宽度为10mm的导线槽4。再用扁錾将模拟井筒2底部和声发射探头安装孔3底部凿平，并用直径为20mm的金刚石磨片将声发射探头13安置孔底部打磨平整。在模拟井筒2底部，用直径为20mm的金刚石切片割出宽度为1mm-2mm的环形槽，接着用AB植筋胶胶结模拟井筒2壁面。

[0052] S103：将岩块1进行加热，通过热电偶单元5监测岩块1的温度变化。

[0053] 在本步骤中，将所述岩块1放入加热箱，以预设温度梯度进行加热，在加热过程中，每达到一个温度目标温度后按照预设时间进行保温。

[0054] 在本实施方式中，在加热箱中，为避免岩块1内部温度和加热箱箱内环境温度温差过大导致岩块1破裂以及避免井筒内的植筋胶升温过快迅速膨胀而致使岩石破裂，先将加热箱目标温度设置为80℃，待箱内环境温度达到80℃时，保温2h，按照此加温方法，再依次将加热箱目标温度设置为100℃、120℃、150℃和180℃，如此进行温度梯度加热。在此同时，在岩块1中设置的3个电热偶连接到数据采集器中，同时可以连接一根监测加热箱箱内温度的电热偶，如此可以随时监测岩块1和加热箱箱内的环境温度。为了节约试验时间，加热箱加热至最终的180℃后，保温至岩石内部温度达到至120℃左右前，可以提前设置水力压裂设备加热至第二预设温度，第二预设温度可以为110℃，防止水力压裂过程中，岩块1内部温度降低过快。

[0055] S104：待岩块1内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头13安装至所述声发射探头安装孔3中，并将所述声发射探头13以及所述声发射探头13与导线12的连接处密封。

[0056] 在本步骤中，待岩块1内部温度达到第一预设温度后，将声发射探头13安装至所述声发射探头安装孔3中，图5为本发明实施例中声发射探头与导线的连接示意图，如图2、图5所示，在导线槽4设置连接声发射探头13的导线12，用生胶带将声发射探头13及声发射探头13与导线12连接处缠好以达到密封目的，防止在冷却声发射探头13过程中冷却液进入声发射探头13内，并在所述声发射探头13表面涂抹耦合剂，从而增强声发射探头13接收信号的效果，耦合剂可以选真空硅脂。将声发射探头13安装至声发射探头安装孔3内时，轻轻按压声发射探头13，以使声发射探头13与声发射探头安装孔3的底部紧密接触。

[0057] 在本实施方式中，第一预设温度可以为120℃，因此在加热箱加热至最终的150℃或180℃后，当热电偶测量得到岩石内部温度至120℃左右时，可以将岩块1从加热箱中取出。

[0058] S105：在所述声发射探头13处放置吸液件10，同时在水管9上开设孔洞，以使冷却液通过孔洞能流至所述吸液件10上。

[0059] 在本步骤中，图4为本发明实施例中冷却单元的原理示意图，如图4所示，在所述声发射探头13处放置吸液件10，吸液件10可以为海绵或棉花等能够吸收冷却液的物质，同时在水管9上开设多个孔洞，每个孔洞对准着不同位置处的吸液件10，如此，在后续步骤中通过水管9缓慢输出冷却液至吸液件10上，从而使得吸液件10对声发射探头13进行冷却，冷却液一般可以选择水。水管9则沿着导线槽4铺设，其覆盖在声发射探头13和导线12的上面。水管9的一端则连接水泵11，通过水泵11向水管9中输送冷却液。将水管9、导线12在电热偶位置处集结，并用胶带将三者粘在一起。

[0060] S106：将所述岩块1放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室，通过所述水力压裂设备压力室向所述岩块1施加三向围压，待三向围压达到预定压力值后，对所述岩块1进行水力压裂，在此期间，向所述水管9中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件10上对所述声发射探头13进行冷却，通过所述声发射探头13对岩块1进行检测。

[0061] 在本步骤中，第二预设温度低于所述第一预设温度，具体而言，所述第一预设温度与所述第一预设温度的差值可以小于等于10℃，如此，可以避免岩块1降温过快。在对所述岩块1进行水力压裂时，压裂液注入管线8可以设置在模拟井筒2中。

[0062] 在本实施方式中，第二预设温度可以选择110℃，将所述岩块1放入至110℃下的水力压裂设备压力室中，通过水力压裂设备压力室中的压裂设备将三向围压施加到18MPa左右，然后在加压泵上设定三向围压保护压力45MPa、40MPa和25MPa为限。以相同的速率在岩块1三个方向上同步施加压力，待三向压力达到设定压力后，维持围压直至实验结束。设置注液泵保护压力为2MPa，通过压裂液注入管线8以20ml/s的泵速向岩块1内注入压裂液，待压力达到设定值后，设置注液泵保护压力为50MPa，以2ml/s的泵速向岩块1内注入压裂液，保持恒速状态至实验结束。在此期间，通过水泵11向所述水管9中输入冷却液以使冷却液流至所述吸液件10上对所述声发射探头13进行冷却，通过所述声发射探头13对岩块1进行检测，以获取岩块1内裂缝扩展形态的数据。同时还可以通过热电偶单元5监测岩块1内部温度变化情况。

[0063] S107:在将所述岩块1放入至第二预设温度下的水力压裂设备压力室时，将包裹在隔离袋15中的声发射前置放大器16放置到所述水力压裂设备压力室内，在所述隔离袋15上放置有吸液件10，水管9中的冷却液通过孔洞能流至吸液件10上。

[0064] 在本步骤中，由于岩石内部产生微弱的振动会使声发射探头13内部产生微弱的电压，若经过长距离的传输，电压信号会大大减弱，在水力压裂设备压力室内设置声发射前置放大器16以后，电压信号经过声发射前置放大器16，从而将信号提高到一定程度，延长了信号输送的距离。因为水力压裂设备内温度较高，而声发射前置放大器16在高温环境下放大信号的作用会减弱，图8为本发明实施例中声发射前置放大器冷却的原理图，如图8所示，所以将声发射前置放大器16包裹在隔离袋15中，在隔离袋15上放置吸液件10，水管9中的冷却液通过孔洞流至吸液件10上，从而达到对声发射前置放大器16的冷却，使其在高温环境中正常工作。

[0065] S108：待水力压裂结束后，通过声发射探头13检测得到的数据通过声发射定位程序得到岩块1内裂缝产生及扩展位置。

[0066] 在本步骤中，待水力压裂结束后，关闭水力压裂设备压力室中的加热装置，打开水力压裂设备压力室的舱门，卸载岩块1的三向围压，拆除岩块1上的导线12和压裂液注入管线8，在水力压裂设备压力室中取出岩块1，然后取出岩块1表面的声发射探头13、水管9、吸液件10等，最后根据声发射探头13检测得到的数据通过声发射定位程序处理得到波形，从而定位岩块1内裂缝产生及扩展位置。为了能够验证通过声发射定位程序处理后最终得到的岩块1内裂缝产生及扩展位置是否符合事实，可以砸开岩块1，观察岩块1内部裂缝扩展的整体形态，从而与声发射定位程序处理后最终得到的岩块1内裂缝产生及扩展位置进行比对。

[0067] 在本申请中还提出了一种利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验装置，如图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，所述利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验装置可以包括：岩块制作模具14，所述岩块制作模具14中能够设置无纺布包裹的水泥球和长方体磨具，所述无纺布外绕设有带孔的胶带，所述岩块制作模具14用于制作含有模拟天然裂缝6、模拟缝洞体7的岩块1；热电偶单元5，所述热电偶单元5包括多个热电偶，多个所述热电偶用于设置在所述岩块1的不同高度处；加热箱，所述加热箱用于对所述岩块1进行加热至第一预设温度；水力压裂设备压力室，所述水力压裂设备压力室用于对所述岩块1施加三向围压，并进行水力压裂；声发射探头13，所述声发射探头安装孔3能够设置在所述岩块1的声发射探头安装孔3中，所述声发射探头13用于所述岩块1在进行水力压裂时对岩块1进行检测，从而得到岩块1内裂缝产生及扩展位置；冷却单元，所述冷却单元包括吸液件10、开设有孔洞的水管9、与所述水管9相连接的水泵11，所述冷却单元用于对所述声发射探头13进行冷却。当然为了能够将声发射探头13的信号提高到一定程度，延长了信号输送的距离，利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验装置还可以包括声发射前置放大器16，该声发射前置放大器16用于设置在水力压裂设备压力室中对声发射探头13的信号进行放大，所述冷却单元还用于对该声发射前置放大器16进行冷却。

[0068] 与现有技术相比，本申请中提供的利用声发射监测缝洞型岩石压裂过程的试验方法及其装置可在实验室条件下，应用声发射探头13监测高温条件下具有模拟缝洞体7及模拟天然裂缝6的岩石水力压裂物理模拟的试验过程，从而能够得到高温条件对水力裂缝在具有缝洞体及天然裂缝的岩石中扩展的影响。在试验过程中采用循环冷却液冷却声发射探头13及声发射前置放大器16，从而保护了声发射系统部件不受高温损坏。在对岩块1进行加热时，通过采用梯度加热的方式保证了岩块1的均匀受热，避免了不均匀加热可能造成钻孔内的植筋胶胀破岩石的情况以及岩石自身内外受热不均膨胀不同而导致的破裂，从而保持了岩石的完整性。本申请能够充分模拟深层缝洞型岩石水力压裂过程中的高温条件、缝洞及天然裂缝对水力裂缝的影响，使得水力压裂物理模拟过程更加符合现场实际情况，同时，试验过程中采用了声发射系统对水力裂缝扩展行为进行监测，从而在试验后能够得到岩石内水力裂缝产生及扩展的空间位置。本发明中的试验方法流程简单、操作方便，可为高温水力压裂裂缝起裂及扩展的研究提供参考，并对油田高温深层缝洞型储层的水力压裂施工提供指导。

[0069] 披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

[0070] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。