一种干热岩压裂注采模拟实验装置的制作方法

1.本发明涉及干热岩压裂采注实验仪器，尤其涉及一种干热岩压裂注采模拟实验装置。


背景技术：

2.地热资源是一种新型清洁、可再生能源，目前世界范围内针对地热资源的开发利用关注程度逐渐增加。大量的地热能储存于地层深部干热岩中，干热岩是一种无水或低含水的高温岩体(150-650℃)，存在极少的孔隙或裂隙，渗透率极低，主要由变质岩、结晶岩类岩体构成，需借助水力压裂等储层改造技术形成水流通道，并组成采注井网、提高热交换面积来实现地热资源的开发。目前，现有的水力压裂实验装置无法满足干热岩压裂注采一体化的模拟，也未涉及井组压后采注的分析，使得在实际开采时无法提供全面可靠的验证数据，也无法在实际开采时知道参数调整。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种模拟真实可靠，保证实际注采安全可靠性的干热岩压裂注采模拟实验装置。
4.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
5.一种干热岩压裂注采模拟实验装置，包括实验箱体、模拟干热岩的岩样、对岩样施加载荷以模拟三向地应力的施压组件、对岩样进行压裂和注水的注液组件、提取岩样压裂后的热流体的采出组件、以及实时采集注水压力、采出压力、采出温度及采出流量的数据采集组件，其中，所述岩样设于所述实验箱体内，且所述施压组件抵设于所述岩样的侧面和底面；所述注液组件和采出组件的一端位于所述岩样内部；所述数据采集组件设于所述注液组件和采出组件上。
6.作为上述技术方案的进一步改进：
7.还包括加热岩样至预设温度以模拟高温环境的加热件，所述加热件设于所述实验箱体内，并位于所述岩样的底部和/或侧部。
8.所述施压组件包括底推板、四组侧推板及推板驱动件，所述底推板与四组所述侧推板围合形成对所述岩样施加三向载荷的施压腔体，所述底推板和四组侧推板分别连接一组推板驱动件。
9.所述推板驱动件为液控活塞，所述施压组件还包括控制液控活塞位移量的液压控制部件，各所述液控活塞通过液压管线集成连接于所述液压控制部件上。
10.所述液压控制部件包括液压泵、调节液压泵泵入量的调节阀，以及检测泵入压力的压力表，所述调节阀设于所述液压泵与所述液控活塞之间，所述压力表设于所述调节阀与所述液控活塞之间。
11.所述注液组件包括模拟注入井的注液模拟管柱、注液管线和注液控制部件，所述注液模拟管柱的一端穿过所述实验箱体并位于所述岩样内部，所述注液模拟管柱的另一端
通过注液管线与所述注液控制部件连通。
12.所述注液控制部件包括高压压裂泵、压裂液注入腔、支撑剂注入腔和混合腔，所述压裂液注入腔和所述支撑剂注入腔并联布置，且与所述混合腔连接；所述高压压裂泵设于所述混合腔与所述注液模拟管柱之间。
13.所述采出组件包括模拟生产井的采收模拟管柱、采出管线、集液腔、背压阀及高压循环泵，所述采收模拟管柱的一端穿过所述实验箱体并位于所述岩样内部，所述采收模拟管柱的另一端通过采出管线与所述集液腔的进液端连通，所述集液腔的出液端通过三通阀与所述注液管线连通；所述背压阀设于所述采收模拟管柱与集液腔之间；所述高压循环泵设于所述集液腔与所述三通阀之间。
14.所述数据采集组件包括采集注水压力的第一压力检测件、采集热流体采出压力的第二压力检测件、采集注水温度的第一温度检测件、采集热流体采出温度的第二温度检测件，以及采集热流体采出流量的流量检测件，其中，所述第一压力检测件及第一温度检测件设于所述注液管线上；所述第二压力检测件、温度检测件及流量检测件设于所述采出管线上，且所述第二温度检测件靠近采收模拟管柱设置。
15.所述实验箱体包括本体和箱盖，所述箱盖通过紧固件密封安装于所述本体的顶端，所述箱盖上设有供注液组件和采出组件穿过的贯通孔。
16.与现有技术相比，本发明的优点在于：
17.本发明的施压组件抵设于岩样的侧面和底面，注液组件和采出组件的一端位于岩样内部，数据采集组件设于注液组件和采出组件上，其结构简单、布局紧凑。且本发明通过施压组件对岩样施加载荷以模拟三向地应力，通过注液组件对岩样压裂及注水，通过采出组件提取岩样压裂后的热流体，通过数据采集组件实时采集注水压力、采出压力、热流体采出温度及热流体采出流量。即本发明采用施压组件、注液组件和采出组件组合的形式实现了干热岩从压裂到井网采注一体化的流程模拟，且在压裂形成裂缝后可直接采集注水压力、采出压力、热流体采出温度及热流体采出流量进行分析，其基于真实裂缝的分析更贴近实际开采情况，且为干热岩实际开采提供了验证数据，其保证了实际注采过程的顺利可靠进行，避免了注采安全性差、经济损失大等问题的发生；也为无法通过实验模拟、需采用数值模拟的大尺寸干热岩提供了验证数据，以用于验证数值模拟模型是否正确。
18.同时，通过注采压差、热流体采出温度及热流体采出流量的分析可反演裂缝参数、热交换面积及热交换效率等诸多参数，其所得到的渗流规律及热效率分析更贴近实际开采情况。且本实验装置可在常温下进行实验，常温实验采集的参数可反演裂缝参数，通过不同温度的实验对比可分析热致裂效应对裂缝参数的影响规律，以在实际开采过程中指导参数调整。
附图说明
19.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
20.图1是本发明干热岩压裂注采模拟实验装置的主视图。
21.图2是本发明干热岩压裂注采模拟实验装置的俯视图。
22.图中各标号表示：
23.1、实验箱体；11、本体；12、箱盖；2、岩样；3、施压组件；31、底推板；32、侧推板；33、
液控活塞；34、液压控制部件；341、液压泵；342、调节阀；343、压力表；35、液压管线；4、注液组件；41、注液模拟管柱；42、注液管线；43、注液控制部件；431、高压压裂泵；432、压裂液注入腔；433、支撑剂注入腔；434、混合腔；5、采出组件；51、采收模拟管柱；52、采出管线；53、集液腔；54、高压循环泵；55、背压阀；56、三通阀；6、数据采集组件；61、第一压力检测件；62、第二压力检测件；63、第一温度检测件；64、第二温度检测件；65、流量检测件；7、加热件。
具体实施方式
24.下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
25.如图1和图2所示，本实施例的干热岩压裂注采模拟实验装置，包括实验箱体1、岩样2、施压组件3、注液组件4、采出组件5和数据采集组件6。其中，岩样2设于实验箱体1内模拟干热岩；施压组件3抵设于岩样2的侧面和底面，以向岩样2施加载荷、模拟三向地应力；注液组件4的一端位于岩样2内，以对岩样2进行水力压裂和注水；采出组件5的一端位于岩样2内部，以提取岩样2压裂后的热流体；数据采集组件6设于注液组件4和采出组件5上，以实时采集注水压力、采出压力、热流体采出温度和热流体采出流量。本发明的模拟实验装置结构简单、布局紧凑。
26.本发明采用施压组件3、注液组件4和采出组件5组合的形式实现了干热岩从压裂到井网采注一体化的流程模拟，且在压裂形成裂缝后可直接采集注水压力、采出压力、热流体采出温度及热流体采出流量进行分析，其基于真实裂缝的分析更贴近实际开采情况，且为干热岩实际开采提供了验证数据；也为无法通过实验模拟、需采用数值模拟的大尺寸干热岩提供了验证数据，以用于验证数值模拟模型是否正确。
27.同时，通过注采压差、热流体采出温度及热流体流量的分析可反演裂缝参数、热交换面积及热交换效率等诸多参数，其所得到的渗流规律及热效率分析更贴近实际开采情况。且本实验装置可在常温下进行实验，常温实验采集的参数可反演裂缝参数，通过不同温度的实验对比可分析热致裂效应对裂缝参数的影响规律，以在实际开采过程中指导参数调整。
28.进一步地，如图1所示，干热岩压裂注采模拟实验装置还包括加热件7。加热件7设于实验箱体1内，并放置于岩样2的底部，以将岩样2加热至预设温度。本发明通过施压组件3和加热件7的组合形式实现了干热岩高压高温环境的模拟。
29.本实施例中，加热件7为电加热板，加热件7的预设温度设置在150-650℃之间。其他实施例中，只要能够保证加热件7有效加热岩样2的布置位置和形式均应在本发明的保护范围内，如可在岩样2的侧部放置加热件7，或在岩样2的侧部和底部均设置加热件7等。
30.本实施例中，加热件7设置有温度检测部件，以检测加热件7的加热温度是否达到预设温度。进一步地，实验箱体1内设置温度计，温度检测岩样2温度是否达到设定温度，以控制加热件7是否继续加热。
31.进一步地，施压组件3包括底推板31、四组侧推板32及推板驱动件。底推板31与岩样2的底面贴合，四组侧推板32与岩样2的四边侧面贴合，底推板31与四组侧推板32围合形成了对岩样2施加三向载荷的施压腔体，以使岩样2均匀、可靠受力，保证干热岩高压环境的模拟。同时，底推板31和四组侧推板32分别连接一组推板驱动件，以向底推板31和侧推板32
提供作用力。
32.本实施例中，推板驱动件为液控活塞33；在其他实施例中，推板驱动件也可采用机械式驱动等。如图1、图2所示，各组推板驱动件包括两个液控活塞33，两个液控活塞33的驱动端对称布置于底推板31或侧推板32的两端，其保证底推板31或侧推板32向岩样2均匀施压。在其他实施例中，各组推板驱动件的液控活塞33的设置数量可根据推板尺寸调整，其只要能够保证底推板31和侧推板32受力均匀即可，如可将各组推板驱动件的液控活塞33的数量设置为一个、三个或四个等。
33.同时，施压组件3还包括液压控制部件34。各液控活塞33通过液压管线35集成连接于液压控制部件34上，液压控制部件34同时控制各液控活塞33动作，其使得底推板31和各侧推板32的位移量相同，保证了干热岩三向地应力的有效模拟。
34.进一步地，液压控制部件34包括液压泵341、调节阀342及压力表343。其中，调节阀342设于液压泵341与所述液控活塞33之间，以调节液压泵341的泵入量，进而控制液控活塞33动作，以模拟不同地应力状态。压力表343设于调节阀342与液控活塞33之间，以检测泵入压力是否达到预设压力。
35.本实施例中，注液组件4包括注液模拟管柱41、注液管线42和注液控制部件43。其中，注液模拟管柱41模拟注入井；注液模拟管柱41的一端穿过实验箱体1并位于岩样2内部，注液模拟管柱41的另一端通过注液管线42与注液控制部件43连通。在模拟实验时，通过注液模拟管柱41泵入流体即可对岩样2进行压裂，在产生裂缝后、泄压时，通过注液控制部件43即可调小泵压及流量，以进行后续开采。
36.进一步地，注液控制部件43包括高压压裂泵431、压裂液注入腔432、支撑剂注入腔433和混合腔434。压裂液注入腔432和支撑剂注入腔433并联布置，且压裂液注入腔432和支撑剂注入腔433与混合腔434连接，高压压裂泵431设于所述混合腔434与注液模拟管柱41之间。在模拟实验时，压裂液和支撑剂进入混合腔434混合后通过高压压裂泵431泵入岩样2内部，以模拟干热岩压裂。
37.本实施例中，采出组件5包括采收模拟管柱51、采出管线52、集液腔53、背压阀55及高压循环泵54。其中，采收模拟管柱51模拟生产井；采收模拟管柱51的一端穿过实验箱体1并位于岩样2内部，采收模拟管柱51的另一端通过采出管线52与集液腔53的进液端连通；集液腔53的出液端通过三通阀56与注液管线42连通；背压阀55设于采收模拟管柱51与集液腔53之间，用于维持采出管线52的高压状态；高压循环泵54设于集液腔53与三通阀56之间，以提供输液动力。岩样2压裂后的热流体通过采收模拟管柱51和采出管线52收集至集液腔53，同时，集液腔53的液体通过高压循环泵54的作用泵入注液管线42内以达到采出液循环利用的目的，其节约成本、环保性高。
38.本实施例中，模拟实验装置模拟的采注井网为一注四采。注液模拟管柱41设于岩样2的中部；采收模拟管柱51为四组，四组采收模拟管柱51分设于岩样2的四角。在其他实施例中，模拟实验装置也可模拟一注一采、一注两采、两注一采，注液模拟管柱41和采收模拟管柱51的设置位置也可根据实际要求调整。
39.本实施例中，注液模拟管柱41和采收模拟管柱51为竖直设置。在其他实施例中，注液模拟管柱41和采收模拟管柱51也可倾斜设置。
40.进一步地，数据采集组件6包括第一压力检测件61、第二压力检测件62、第一温度
检测件63、第二温度检测件64及流量检测件65。其中，第一压力检测件61设于注液管线42上，以采集注水压力；第一温度检测件63设于注液管线42上，以采集注水温度；第二温度检测件64设于采出管线52的靠近采收模拟管柱51的一端，以采集热流体的采出温度；第二压力检测件62设于采出管线52上，以采集采出压力；流量检测件65设于采出管线52上，以采集热流体流量。本发明通过注水压力与采出压力可得到注采压差，通过注采压差、热流体采出温度及热流体流量的分析可反演裂缝参数、热交换面积及热交换效率等诸多参数。如图1所示，实验箱体1包括本体11和箱盖12。箱盖12通过紧固件密封安装于本体11的顶端，箱盖12上设有贯通孔，以供注液组件4和采出组件5穿过。
41.本实施例中，干热岩压裂注采模拟实验装置的使用方法为：将岩样2至于压力组件中，且底推板31和侧推板32与岩样2贴合，将注液模拟管柱41和采收模拟管柱51钻入岩样2内部，关闭箱盖12以密封岩样2；通过底推板31和侧推板32施加围压模拟三向地应力，并开启加热件7加热岩样2至预设温度；通过注液模拟管柱41向岩样2泵入流体进行压裂，产生裂缝后泄压，此时调小泵压及流量，并通过采收模拟管柱51提取岩样2压裂后的热流体；进行注水压力、采出压力、热流体流量、热流体温度的采集；采集的数据制成压裂井的压力曲线、采水井的流速-温度曲线等，以进行热效率分析，进而可分析采注井网的热接触面积等参数。同时，本实验装置可在岩样2不加热、常温下进行实验，常温实验采集的采注压差、排量及温度等参数可反演裂缝参数，通过不同温度的实验对比可分析热致裂效应对裂缝参数的影响规律。
42.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。