本發(fā)明屬于水力壓裂模擬試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法。

背景技術(shù)：

隨著頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣藏的大規(guī)模開發(fā)，有必要對復(fù)雜應(yīng)力條件和地質(zhì)條件下的水力裂縫延伸機(jī)理進(jìn)行基礎(chǔ)研究，為現(xiàn)場壓裂提供有力的技術(shù)支撐和保障。目前，現(xiàn)場水力裂縫的實際形態(tài)不可能直接觀察到，只能通過測井、微形變和微地震等地球物理測試手段，或者是在實驗室通過真三軸水力壓裂模擬裝置等方式，間接獲得裂縫信息，如裂縫方位、長度、高度和規(guī)模等，不能實時監(jiān)測水力裂縫縫寬，從而難以準(zhǔn)確了解現(xiàn)場水力壓裂裂縫延伸機(jī)理及裂縫擴(kuò)展時相互影響的情況。

有鑒于此，本發(fā)明人根據(jù)從事本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)設(shè)計經(jīng)驗，研制出一種室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，以期解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在于提供一種室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，能夠在室內(nèi)實驗室條件下實現(xiàn)對水力裂縫縫寬進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測，為水力壓裂理論研究和論證提供一種重要的監(jiān)測手段。

為此，本發(fā)明提出一種室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，該實驗方法包括以下步驟：

a)制備試件：拼裝預(yù)制模具，并將光纖光柵固定在預(yù)制模具內(nèi)，隨后，在預(yù)制模具內(nèi)安裝模擬井筒，將攪拌好的水泥砂漿倒入預(yù)制模具中，待水泥砂漿凝固形成試件后，拆除預(yù)制模具并對所述試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；

b)安裝試件：將所述試件安裝到真三軸水力壓裂模擬裝置的圍壓腔內(nèi)，在所述真三軸水力壓裂模擬裝置上連接好注液管線，將所述光纖光柵連接到調(diào)制解調(diào)器上，所述調(diào)制解調(diào)器與計算機(jī)連接，以測試所述光纖光柵的完整性以及數(shù)據(jù)的可記錄性；

c)水力裂縫縫寬監(jiān)測測試:通過所述注液管線向所述真三軸水力壓裂模擬裝置的圍壓腔內(nèi)注液以對所述試件施加三向圍壓，并對所述模擬井筒注液，并開啟所述光纖光柵及調(diào)制解調(diào)器動態(tài)監(jiān)測所述試件內(nèi)的水力裂縫縫寬；

d)剖切試件：待試件內(nèi)部的水力裂縫到達(dá)試件的外表面時，結(jié)束測試，卸載三向圍壓并拆卸注液管線，將試件從真三軸水力壓裂模擬裝置中取出，對所述試件進(jìn)行剖切，觀察裂縫形態(tài)。

如上所述的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，其中，在步驟a)中，所述水泥砂漿是使用重量比為1:1的水泥及石英砂，加水?dāng)嚢杈鶆蚨伞?/p>

如上所述的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，其中，所述調(diào)制解調(diào)器采用的光源為激光廣譜光源，以保證光源的輻射穩(wěn)定。

如上所述的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，其中，在步驟a)中，所述光纖光柵的中間段垂直于所述模擬井筒。

如上所述的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，其中，在步驟a)中，所述光纖光柵的兩端分別以與其中間段呈大于90度的彎曲弧度穿出所述預(yù)制模具。

如上所述的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，其中，在步驟c)中，在對所述試件沿三個方向施加三向圍壓過程中，沿著所述光纖光柵的中間段的長度方向?qū)υ嚰┘幼钚≈鲬?yīng)力，在與所述中間段垂直的另外兩個方向分別施加中間主應(yīng)力及最大主應(yīng)力，在壓裂測試時，使所述試件內(nèi)部的水力裂縫沿垂直于所述光纖光柵的中間段的方向擴(kuò)展，其中，最小主應(yīng)力、中間主應(yīng)力及最大主應(yīng)力依次增大。

如上所述的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，其中，在步驟c)中，在對所述試件施加三向圍壓時，在三個方向上以相同的增壓速率同步施加壓力；當(dāng)其中一個方向上的壓力達(dá)到設(shè)定值時維持恒定，其它兩個方向繼續(xù)施加壓力；當(dāng)三個方向的圍壓均達(dá)到設(shè)定值時，維持壓力直至測試結(jié)束。

如上所述的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，其中，所述預(yù)制模具由一底板、一前端板、一后端板及兩側(cè)板圍合而成，兩所述側(cè)板上分別開設(shè)有一穿孔，在兩所述穿孔間固定一沿水平方向放置的鐵絲，將所述光纖光柵的中間段固定在鐵絲上。

如上所述的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，其中，所述模擬井筒的前端固定于所述前端板上，其后端朝向所述后端板，所述光纖光柵的中間段與所述模擬井筒呈相互垂直放置。

如上所述的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，其中，所述模擬井筒前端的入液口與所述前端板上的進(jìn)液孔相連通，其后端的出液口處設(shè)置有預(yù)制裂縫。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用光纖光柵、調(diào)制解調(diào)器以及真三軸水力壓裂模擬裝置，能夠在水力壓裂模擬實驗過程中對水力裂縫縫寬進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)實驗結(jié)果建立水力裂縫延伸機(jī)理的模型，可以為壓裂理論的研究和論證提供一種重要的監(jiān)測手段，所得到的研究結(jié)果可為現(xiàn)場壓裂提供有力的技術(shù)支撐和保障。

本發(fā)明提供的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，流程簡單，操作方便，適用于實驗室的實驗要求。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中：

圖1為本發(fā)明的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的工作步驟圖。

圖2為本發(fā)明中預(yù)制模具與光纖光柵的連接示意圖。

圖3為本發(fā)明中試件的主視圖。

圖4為沿圖3中a-a線的剖視圖。

圖5為沿圖3中b-b線的剖視圖。

主要元件標(biāo)號說明：

1預(yù)制模具11底板

12前端板121進(jìn)液孔

13后端板14側(cè)板

15鐵絲

2光纖光柵3模擬井筒

31預(yù)制裂縫4試件

具體實施方式

本發(fā)明提出一種室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，該實驗方法包括以下步驟：a)制備試件：拼裝預(yù)制模具，并將光纖光柵固定在預(yù)制模具內(nèi)，隨后，在預(yù)制模具內(nèi)安裝模擬井筒，將攪拌好的水泥砂漿倒入預(yù)制模具中，待水泥砂漿凝固形成試件后，拆除預(yù)制模具并對所述試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；b)安裝試件：將所述試件安裝到真三軸水力壓裂模擬裝置的圍壓腔內(nèi)，在所述真三軸水力壓裂模擬裝置上連接好注液管線，將所述光纖光柵連接到調(diào)制解調(diào)器上，所述調(diào)制解調(diào)器與計算機(jī)連接，以測試所述光纖光柵的完整性以及數(shù)據(jù)的可記錄性；c)水力裂縫縫寬監(jiān)測測試:通過所述注液管線向所述真三軸水力壓裂模擬裝置的圍壓腔內(nèi)注液以對所述試件施加三向圍壓，并對所述模擬井筒注液，并開啟所述光纖光柵及調(diào)制解調(diào)器動態(tài)監(jiān)測所述試件內(nèi)的水力裂縫縫寬；d)待試件內(nèi)部的水力裂縫到達(dá)試件的外表面時，結(jié)束測試，卸載三向圍壓并拆卸注液管線，將試件從真三軸水力壓裂模擬裝置中取出，對所述試件進(jìn)行剖切，觀察裂縫形態(tài)。

本發(fā)明的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，能夠在室內(nèi)實驗室條件下實現(xiàn)對水力裂縫縫寬進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測，為水力壓裂理論研究和論證提供一種重要的監(jiān)測手段。

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明提出的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法的具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及功效，詳細(xì)說明如后。另外，通過具體實施方式的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

圖1為本發(fā)明的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的工作步驟圖。圖3為本發(fā)明中試件的主視圖。圖4為沿圖3中a-a線的剖視圖。圖5為沿圖3中b-b線的剖視圖。

如圖1所示，本發(fā)明提出的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，該實驗方法包括以下步驟：

a)制備試件：拼裝預(yù)制模具，并將光纖光柵固定在預(yù)制模具內(nèi)，隨后，在預(yù)制模具內(nèi)安裝模擬井筒，將攪拌好的水泥砂漿倒入預(yù)制模具中，待水泥砂漿凝固形成試件后，拆除預(yù)制模具并對所述試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；

b)安裝試件：將所述試件安裝到真三軸水力壓裂模擬裝置的圍壓腔內(nèi)，在所述真三軸水力壓裂模擬裝置上連接好注液管線，將所述光纖光柵連接到調(diào)制解調(diào)器上，所述調(diào)制解調(diào)器與計算機(jī)連接，以測試所述光纖光柵的完整性以及數(shù)據(jù)的可記錄性，其中，對于真三軸水力壓裂模擬裝置、調(diào)制解調(diào)器以及計算機(jī)，均為現(xiàn)有技術(shù)，對其組成結(jié)構(gòu)及具體工作原理不再贅述；

c)水力裂縫縫寬監(jiān)測測試:通過所述注液管線向所述真三軸水力壓裂模擬裝置的圍壓腔內(nèi)注液以對所述試件施加三向圍壓，并對所述模擬井筒注液，并開啟所述光纖光柵及調(diào)制解調(diào)器動態(tài)監(jiān)測所述試件內(nèi)的水力裂縫縫寬；

d)剖切試件：待試件內(nèi)部的水力裂縫到達(dá)試件的外表面時，結(jié)束測試，卸載三向圍壓并拆卸注液管線，將試件從真三軸水力壓裂模擬裝置中取出，對所述試件進(jìn)行剖切，觀察裂縫形態(tài)。

在實際應(yīng)用時，所述真三軸水力壓裂模擬裝置優(yōu)選如中國公告號為cn203869957u公開的“大尺寸巖石三軸力學(xué)性質(zhì)測試裝置”，以對試件進(jìn)行三向圍壓試驗，其具體使用方法為公知技術(shù)，在此不做贅述；所述試件尺寸優(yōu)選長x寬x高為300mmx300mmx300mm規(guī)格，當(dāng)然，實際作業(yè)時不以此為限；在實驗時，注液時優(yōu)先為2％的紅色胍膠溶液的壓裂液，注液排量是8ml/min。

較佳地，在步驟a)中，所述水泥砂漿是使用重量比為1:1的水泥及石英砂，加水?dāng)嚢杈鶆蚨伞＞唧w而言，使用比例1:1的水泥及石英砂混合，并加水?dāng)嚢杈鶆?，再將攪拌好的水泥砂漿倒入預(yù)制模具中；當(dāng)水泥砂漿達(dá)到預(yù)制模具頂部時，用抹泥板抹平待試件，優(yōu)選在凝固1～2天后拆卸預(yù)制模具，將試件置于陰涼通風(fēng)處養(yǎng)護(hù)二十八天，期間不斷澆水，以使試件更符合設(shè)計強(qiáng)度。

其中，所述調(diào)制解調(diào)器采用的光源為激光廣譜光源，以保證光源的輻射穩(wěn)定。在實際工作時，所述調(diào)制解調(diào)器發(fā)射激光廣譜光波，其通過監(jiān)測光纖光柵是否返回光波能測試光纖光柵的完整性，以及通過測試光波是否在調(diào)制解調(diào)器監(jiān)測范圍內(nèi)來測試數(shù)據(jù)的可記錄性，所述調(diào)制解調(diào)器的具體使用方法為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。較佳地，優(yōu)選所述調(diào)制解調(diào)器為moisi155型調(diào)制解調(diào)器。

在步驟a)中，所述光纖光柵2的中間段(即光柵區(qū))垂直于所述模擬井筒3(請一并參見圖2)。

進(jìn)一步地，在步驟a)中，所述光纖光柵的兩端分別以與其中間段呈大于90度的彎曲弧度穿出所述預(yù)制模具。

在步驟c)中，在對所述試件沿三個方向施加三向圍壓過程中，沿著所述光纖光柵的中間段的長度方向?qū)υ嚰┘幼钚≈鲬?yīng)力，在與所述中間段垂直的另外兩個方向分別施加中間主應(yīng)力及最大主應(yīng)力，在壓裂測試時，使所述試件內(nèi)部的水力裂縫沿垂直于所述光纖光柵的中間段的方向擴(kuò)展，其中，最小主應(yīng)力、中間主應(yīng)力及最大主應(yīng)力依次增大。其中，在圖2所示中，該三向圍壓的方向選取，優(yōu)選沿所述預(yù)制構(gòu)件/試件的寬度方向、長度方向及高度方向進(jìn)行；在上述三個壓力中，優(yōu)選沿光纖光柵中間段的長度方向施加的壓力為最小主應(yīng)力，其它兩個壓力分別為中間主應(yīng)力及最大主應(yīng)力，且三者的數(shù)值依次增大。

進(jìn)一步地，在步驟c)中，在對所述試件施加三向圍壓時，在三個方向上以相同的增壓速率同步施加壓力(應(yīng)力)；當(dāng)其中一個方向上的壓力達(dá)到設(shè)定值時維持恒定，其它兩個方向繼續(xù)施加壓力；當(dāng)三個方向的圍壓均達(dá)到設(shè)定值時，維持壓力直至測試結(jié)束。

比如，在圖示的結(jié)構(gòu)中，在試件上需要施加的三向圍壓分別是9mpa、15mpa以及17mpa，其具體過程如下：在三個方向上從零開始以相同的增壓速率同步施加壓力，當(dāng)沿著光纖光柵4的中間段的長度方向施加的壓力為9mpa時，該方向壓力維持穩(wěn)定；沿模擬井筒方向繼續(xù)增壓至15mpa，該方向壓力維持穩(wěn)定；最后一個方向沿試件的高度方向繼續(xù)加壓至17mpa，當(dāng)三個方向圍壓分別達(dá)到9mpa、15mpa、17mpa時，保持壓力穩(wěn)定到實驗結(jié)束。

請一并參見圖2，所述預(yù)制模具1由一底板11、一前端板12、一后端板13及兩側(cè)板14圍合而成，兩所述側(cè)板14上分別開設(shè)有一穿孔(圖中未標(biāo)示)，在兩所述穿孔141間固定一沿水平方向放置的鐵絲15，將所述光纖光柵2的中間段固定在鐵絲15上，使得鐵絲15及光纖光柵2的中間段沿預(yù)制模具的寬度方向布設(shè)。其中，在固定所述光纖光柵2時，要避免過度拉伸或者彎曲，防止光纖光柵2因過度拉伸或者彎曲而失效。

較佳地，所述模擬井筒3的前端通過螺栓連接等方式固定于所述前端板12上，其后端朝向所述后端板13，所述光纖光柵2的中間段與所述模擬井筒3呈相互垂直放置。也即，在圖示的結(jié)構(gòu)中，所述模擬井筒3沿所述預(yù)制模具1的長度方向放置，而所述光纖光柵2沿所述預(yù)制模具1的寬度方向放置，以使其與所述預(yù)制模具1呈正交狀態(tài)，并相互垂直。

其中，所述模擬井筒3前端的入液口與所述前端板12上的進(jìn)液孔121相連通，其后端的出液口處設(shè)置有預(yù)制裂縫31，用于引導(dǎo)水力裂縫走向。在實際使用時，如圖3至圖5所示，優(yōu)選是在所述模擬井筒3的出液口處固定兩個硬質(zhì)的半圓形塑料片32，進(jìn)而形成預(yù)制裂縫，具體而言，向預(yù)制模具內(nèi)倒入水泥砂漿前，可直接在所述模擬井筒3的后端的出液口處通過縫合等方式固定兩個半圓形硬質(zhì)塑料片，使塑料片32沿模擬井筒的軸向放置，澆筑水泥砂漿并凝固后，使兩個半圓形硬質(zhì)塑料片之間形成與所述模擬井筒3相連通的縫隙，從而預(yù)制形成所述裂縫。

本發(fā)明提供的室內(nèi)實時動態(tài)監(jiān)測水力裂縫縫寬的實驗方法，流程簡單，操作方便；利用光纖光柵、調(diào)制解調(diào)器以及真三軸水力壓裂模擬裝置，能夠在水力壓裂模擬實驗過程中對水力裂縫縫寬進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)實驗結(jié)果建立水力裂縫延伸機(jī)理的模型，可以為壓裂理論的研究和論證提供一種重要的監(jiān)測手段，所得到的研究結(jié)果可為現(xiàn)場壓裂提供有力的技術(shù)支撐和保障。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。