用于進(jìn)行巖石壓裂試驗(yàn)的設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于進(jìn)行巖石壓裂試驗(yàn)的設(shè)備及相關(guān)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水力壓裂技術(shù)目前在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用。但是現(xiàn)有技術(shù)具有一定的局限性，例如其需要消耗大量的水資源，注入的化學(xué)液體(壓裂液)容易造成儲(chǔ)層傷害，并且能量消耗也巨大?，F(xiàn)有的電弧脈沖強(qiáng)化采油技術(shù)，由于能量小、電壓低等特點(diǎn)，往往只能在巖石中造成微觀裂隙，產(chǎn)生不了一定規(guī)模的裂縫。
[0003]這就需要進(jìn)行與巖石壓裂相關(guān)的地面試驗(yàn)。然而與巖石壓裂相關(guān)的地面試驗(yàn)需要專門配置的設(shè)備及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在進(jìn)行與巖石壓裂相關(guān)的地面試驗(yàn)時(shí)，需要專門配置的設(shè)備及方法。對(duì)此，本發(fā)明對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。
[0005]本發(fā)明提出了一種用于進(jìn)行巖石壓裂試驗(yàn)的設(shè)備，包括:電壓施加裝置，用于容納流體和巖石樣品的容器，以及數(shù)據(jù)采集處理裝置，
[0006]其中，所述電壓施加裝置能夠?qū)λ隽黧w施加設(shè)定額度的電壓，從而將所述流體擊穿以對(duì)所述巖石樣品進(jìn)行壓裂，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置能夠采集并處理針對(duì)所述巖石樣品的裂縫的數(shù)據(jù)。
[0007]優(yōu)選地，所述容器為高壓釜，和/或所述容器內(nèi)部溫度能夠控制。高壓釜的主要作用就是模擬井下的溫度和壓力環(huán)境。
[0008]優(yōu)選地，所述高壓釜的容積位于400L-540L的范圍之間，和/或所述高壓釜的壁厚位于60mm-8Ctam的范圍之間。
[0009]優(yōu)選地，所述電壓施加裝置包括:第一電極和第二電極，二者之間具有火花間隙，用于對(duì)所述流體進(jìn)行放電擊穿；充放電控制單元，用于對(duì)所述第一電極和第二電極進(jìn)行充電放電的控制；以及脈沖調(diào)制單元，用于調(diào)制電流波形和/或脈沖寬度。
[0010]優(yōu)選地，所述脈沖調(diào)制單元包括:由所述充放電控制單元所控制的放電開關(guān)，電容器，與所述電容器相連的調(diào)波電感，以及與所述調(diào)波電感并聯(lián)的續(xù)流二極管。續(xù)流二極管可用于防止調(diào)波電感的感應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)造成破壞，有效保證了電路的安全運(yùn)行。
[0011]優(yōu)選地，所述電容器和所述調(diào)波電感設(shè)置為使得電流波形為非振蕩波形或振蕩波形。
[0012]優(yōu)選地，所述容器包括:筒狀的側(cè)壁，密封式位于所述側(cè)壁一端的頂蓋，以及密封式位于所述側(cè)壁另一端的截面為U形的底蓋，其中，所述頂蓋上具有用于所述第一電極穿過的第一通孔，所述底蓋上具有用于所述第二電極穿過的第二通孔。如此設(shè)置，更有利于產(chǎn)生電弧放電。同時(shí)流體所產(chǎn)生的機(jī)械波會(huì)沿著容器的徑向方向傳遞到巖石樣品中，更有利于產(chǎn)生裂縫。
[0013]優(yōu)選地，所述第一通孔位于所述頂蓋的中心處，所述第二通孔位于所述底蓋的U形的頂點(diǎn)處，且所述第一電極和所述第二電極之間的距離能夠調(diào)節(jié)。如此地，可以有效補(bǔ)償二者之間的火花間隙的變化，使得高壓電極和低壓電極之間的火花間隙保持恒定。
[0014]優(yōu)選地，所述流體被擊穿后對(duì)所述巖石樣品釋放沖擊波。沖擊波的巖石壓裂效果尤其明顯，使得所得到的巖石樣品的裂縫較大。較大的巖石裂縫有利于提高井下油氣開采的效率。
[0015]本發(fā)明還提出了一種用于進(jìn)行巖石壓裂試驗(yàn)的方法，包括:
[0016]a)設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備；
[0017]b)將流體和巖石樣品放入容器中；
[0018]c)將容器中的溫度和壓力分別預(yù)調(diào)節(jié)至初始溫度和初始?jí)毫Γ?br>[0019]d)通過電壓施加裝置對(duì)所述流體施加特定電壓，所述流體被擊穿后將機(jī)械能釋放到所述巖石樣品中以造成巖石裂縫；
[0020]e)通過所述數(shù)據(jù)采集處理裝置對(duì)與所述巖石裂縫相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。
[0021]在通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法進(jìn)行相關(guān)巖石壓裂實(shí)驗(yàn)后，可以利用所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的研判，例如何種放電能量和放電電壓施加參數(shù)適用于何種流體、何種井底位置，如此可為提高油氣增產(chǎn)的效率提供技術(shù)支持。
[0022]上述技術(shù)特征可以各種適合的方式組合或由等效的技術(shù)特征來替代，只要能夠達(dá)到本發(fā)明的目的。
【附圖說明】
[0023]在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0024]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的原理示意圖；
[0025]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的電壓施加裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的脈沖調(diào)制單元的局部電路圖；
[0027]圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的高壓釜的縱向剖視圖；
[0028]圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的高壓釜的橫向剖視圖。
[0029]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031]本發(fā)明提出了一種用于進(jìn)行巖石壓裂試驗(yàn)的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備主要包括以下三部分，即:電壓施加裝置、用于容納流體和巖石樣品的容器以及數(shù)據(jù)采集處理裝置。
[0032]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的原理示意圖。
[0033]將流體和待壓裂的巖石樣品放入容器中，電壓施加裝置能夠?qū)λ隽黧w施加設(shè)定額度的能量和電壓，從而將所述流體擊穿以對(duì)所述巖石樣品進(jìn)行脈沖壓裂，所述數(shù)據(jù)采集處理裝置能夠采集并處理針對(duì)所述巖石樣品的裂縫的數(shù)據(jù)。
[0034]下面首先具體介紹電壓施加裝置。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的電壓施加裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]電壓施加裝置包括:高壓電極51和低壓電極52，二者之間具有火花間隙，用于對(duì)所述流體進(jìn)行放電擊穿；充放電控制單元，用于對(duì)所述高壓電極51和低壓電極52進(jìn)行充電放電的控制；以及脈沖調(diào)制單元，用于調(diào)制電流波形和/或脈沖寬度。高壓電極51和低壓電極52之間采用絕緣體隔開。
[0036]具體地，再次參照?qǐng)D1，充放電控制單元發(fā)出充電信號(hào)，并對(duì)第一電極(例如高壓電極)和第二電極(例如低壓電極)進(jìn)行充電。在二者之間經(jīng)過了脈沖調(diào)制單元的調(diào)節(jié)。換言之，充放電控制單元可以提供脈沖調(diào)制單元所需的高電壓，以及充電的觸發(fā)信號(hào)。
[0037]下面介紹脈沖調(diào)制單元的具體結(jié)構(gòu)。圖3具體顯示了脈沖調(diào)制單元的局部電路圖。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，脈沖調(diào)制單元包括:由充放電控制單元所控制的放電開關(guān)2 ；電容器1，用于存儲(chǔ)電壓；與電容器1相連的調(diào)波電感4 ；以及與調(diào)波電感4并聯(lián)的續(xù)流二極管3。
[0038]續(xù)流二極管3可用于防止調(diào)波電感4的感應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)造成破壞，有效保證了電路的安全運(yùn)行。
[0039]關(guān)于脈沖調(diào)制單元的功能方面，其主要通過如下方式來實(shí)現(xiàn)其調(diào)節(jié)功能。通過調(diào)節(jié)電容器1和調(diào)波電感4的大小(其本質(zhì)上構(gòu)成諧振電路)，就可以調(diào)節(jié)放電電流的波形和脈沖寬度。放電電流的波形可調(diào)節(jié)為振蕩波形或非振蕩波形；放電時(shí)間可以位于幾十微秒至數(shù)毫秒；放電電流的幅值可以為數(shù)十千安。當(dāng)流體被擊穿后，在高壓電極和低壓電極之間形成電流通路。流體被瞬間加熱氣化，產(chǎn)生機(jī)械波。以此方式，高壓電極和低壓電極所釋放的電能轉(zhuǎn)換為流體的機(jī)械能。流體的機(jī)械能以機(jī)械波、尤其是沖擊波的形式傳遞到流體周圍的巖石樣品中，對(duì)巖石樣品造成裂縫。沖擊波的巖石壓裂效果尤其明顯，使得所得到的巖石樣品的裂縫較大。較大的巖石裂縫有利于提高井下開采的效率。
[0040]脈沖調(diào)制單元可使得電流波形為非振蕩波形，或振蕩波形。由于剛才所闡述的原因，優(yōu)選地，電流波形選擇為使得流體被擊穿后對(duì)巖石樣品釋放沖擊波。沖擊波對(duì)巖石樣品的作用更加猛烈，釋放的能量也更多一些，可以在巖石樣品上制造一定規(guī)模的裂縫。優(yōu)選地，該沖擊波可持續(xù)幾十微秒至