本發(fā)明涉及石油工程領(lǐng)域，具體涉及一種平面展布水力壓裂裂縫擴(kuò)展的模擬方法及裝置。
背景技術(shù)：
由于非常規(guī)頁(yè)巖儲(chǔ)層滲透性極差，必須經(jīng)過(guò)形成縫網(wǎng)裂縫的體積壓裂才能形成工業(yè)生產(chǎn)能力，因此非常規(guī)頁(yè)巖儲(chǔ)層縫網(wǎng)裂縫形成機(jī)制是世界能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。非常規(guī)頁(yè)巖儲(chǔ)層中天然裂縫發(fā)育，當(dāng)人工裂縫與天然裂縫交匯后轉(zhuǎn)向擴(kuò)展，就有可能形成復(fù)雜縫網(wǎng)，而當(dāng)人工裂縫穿過(guò)天然裂縫擴(kuò)展則不能形成縫網(wǎng)，因此分析人工裂縫與天然裂縫交匯后的擴(kuò)展規(guī)律對(duì)于揭示縫網(wǎng)裂縫的形成機(jī)制具有重要意義。
在現(xiàn)有室內(nèi)水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)中，可以較好的模擬單裂縫擴(kuò)展，在模擬網(wǎng)絡(luò)裂縫擴(kuò)展時(shí)存在以下幾個(gè)方面的不足：(1)試件尺寸受到限制，一般實(shí)驗(yàn)裝置裂縫尺寸為300mm×300mm×300mm(廊坊分院進(jìn)行了1000mm×1000mm×1000mm的大物模水力壓裂裝置的研制，但實(shí)驗(yàn)成本高，試件體積大，加工困難)，網(wǎng)絡(luò)裂縫無(wú)法在試件內(nèi)充分發(fā)展，因此，在研究致密巖或頁(yè)巖的可壓性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方面受到了限制；(2)裂縫擴(kuò)展發(fā)生在試件內(nèi)部，裂縫形態(tài)不易觀察，采用ct掃描技術(shù)，成本高，無(wú)法投入到大量的實(shí)驗(yàn)研究中，聲發(fā)射測(cè)試裝置只能進(jìn)行裂縫定性描述，受到外界環(huán)境的影響較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確觀測(cè)裂縫形態(tài)，造成壓后試件的裂縫形態(tài)不能直觀觀測(cè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種平面展布水力壓裂裂縫擴(kuò)展的模擬方法及裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
一種平面展布水力壓裂裂縫擴(kuò)展的模擬方法，包括如下步驟：
s1、首先將試件前后兩表面用兩塊透明玻璃鋼夾住，并擰緊加緊螺栓，用金屬加載板夾緊試件上下表面，連接恒壓恒流泵到試件中的不銹鋼套管；
s2、打開(kāi)恒壓恒流泵向試件內(nèi)部注入液體，并逐漸達(dá)到試件完全破裂，加載過(guò)程中，使用高速照相機(jī)獲取試件表面散斑場(chǎng)的連續(xù)變化圖片，并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中；
s3、利用分析軟件來(lái)獲得載荷施加過(guò)程中，試件表面位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的變化規(guī)律。
本發(fā)明還提供了一種平面展布水力壓裂裂縫擴(kuò)展的模擬裝置，包括兩透明玻璃鋼、兩金屬加載板和一恒壓恒流泵，試件夾持在兩透明玻璃鋼之間，兩透明玻璃鋼通過(guò)加緊螺栓相連，兩金屬加載板夾緊試件上下表面，恒壓恒流泵的出料端與不銹鋼套管的一端相連，不銹鋼套管的另一端預(yù)埋在試件內(nèi)，還包括一高速照相機(jī)和一計(jì)算機(jī)，所述高速照相機(jī)獲取試件表面散斑場(chǎng)的連續(xù)變化圖片，并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)并通過(guò)分析軟件完成試件表面位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的變化規(guī)律分析。
其中，所述試件為長(zhǎng)、寬、高為300mm×150mm×50mm的相似材料試件。
其中，所述兩金屬加載板通過(guò)兩加緊螺桿，兩加緊螺桿一端分別穿過(guò)金屬加載板連接有螺栓。
其中，所述試件表面設(shè)有預(yù)制天然裂縫。
其中，所述試件表面粘結(jié)有一層遇水溶解膠層。
其中，所述試件通過(guò)以下步驟制備所得：
步驟一、通過(guò)配比不同比例石膏相似材料，并根據(jù)尺寸進(jìn)行試件模型的構(gòu)建，同時(shí)完成不銹鋼套管的埋設(shè)；
步驟二、在所得試件模型中使用鋼絲鋸切割不同角度和不同長(zhǎng)度裂縫，并填充弱強(qiáng)度材料，完成天然裂縫的布置；
步驟三、在步驟二所得的試件表面涂抹一層遇水溶解膠水，厚度為1-2mm。
本發(fā)明具有以下有益效果：
借助于數(shù)字散斑擴(kuò)展技術(shù)，能夠獲得垂向載荷加載裂縫擴(kuò)展過(guò)程中，試件表面應(yīng)變場(chǎng)和位移場(chǎng)的分布規(guī)律，通過(guò)分析應(yīng)變場(chǎng)和位移場(chǎng)的變化規(guī)律，可以獲得人工裂縫擴(kuò)展過(guò)程中及人工裂縫與天然裂縫交匯后，人工裂縫與天然裂縫之間的相互影響機(jī)制，為頁(yè)巖儲(chǔ)層縫網(wǎng)裂縫的形成機(jī)制的研究奠定基礎(chǔ)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例平面展布水力壓裂裂縫擴(kuò)展的模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種平面展布水力壓裂裂縫擴(kuò)展的模擬方法，包括如下步驟：
s1、首先將試件6前后兩表面用兩塊透明玻璃鋼2夾住，并擰緊加緊螺栓9，用金屬加載板5夾緊試件上下表面，連接恒壓恒流泵1到試件中的不銹鋼套管7；
s2、打開(kāi)恒壓恒流泵1向試件6內(nèi)部注入液體，并逐漸達(dá)到試件完全破裂，加載過(guò)程中，使用高速照相機(jī)11獲取試件表面散斑場(chǎng)的連續(xù)變化圖片，并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)12中；
s3、利用分析軟件來(lái)獲得載荷施加過(guò)程中，試件表面位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的變化規(guī)律。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種平面展布水力壓裂裂縫擴(kuò)展的模擬裝置，包括兩透明玻璃鋼2、兩金屬加載板5和一恒壓恒流泵1，試件6夾持在兩透明玻璃鋼2之間，兩透明玻璃鋼2通過(guò)加緊螺栓9相連，兩金屬加載板5夾緊試件6上下表面，恒壓恒流泵1的出料端與不銹鋼套管7的一端相連，不銹鋼套管7的另一端預(yù)埋在試件6內(nèi)，還包括一高速照相機(jī)11和一計(jì)算機(jī)12，所述高速照相機(jī)11獲取試件表面散斑場(chǎng)8的連續(xù)變化圖片，并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)12中，計(jì)算機(jī)12接收數(shù)據(jù)并通過(guò)分析軟件完成試件表面位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的變化規(guī)律分析。所述兩金屬加載板5通過(guò)兩加緊螺桿3，兩加緊螺桿3一端分別穿過(guò)金屬加載板5連接有螺栓4。所述試件6表面設(shè)有預(yù)制天然裂縫10。所述試件6為長(zhǎng)、寬、高為300mm×150mm×50mm的相似材料試件，通過(guò)以下步驟制備所得：
步驟一、通過(guò)配比不同比例石膏相似材料，并根據(jù)尺寸進(jìn)行試件模型的構(gòu)建，同時(shí)完成不銹鋼套管的埋設(shè)；
步驟二、在所得試件模型中使用鋼絲鋸切割不同角度和不同長(zhǎng)度裂縫，并填充弱強(qiáng)度材料，完成天然裂縫的布置；
步驟三、在步驟二所得的試件表面涂抹一層遇水溶解膠水。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。