CN111006947A - 超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非常规油气资源开发及岩土工程领域，具体涉及一种超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置及方法。本发明的技术方案如下：超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，包括三轴岩心夹持器、超临界二氧化碳注入系统、三轴加载系统及声发射测试系统，所述三轴岩心夹持器用于夹持试样，所述三轴加载系统对试样施加围压和轴压，所述超临界二氧化碳注入系统用于向所述三轴岩心夹持器中注入超临界二氧化碳对试样开展压裂作业，所述声发射测试系统用于监测试样压裂过程中的声发射信号。本发明能够有效监测高地应力、高孔隙压力条件下超临界二氧化碳压裂岩石的裂缝起裂扩展规律，为后续超临界二氧化碳致裂机理研究提供参考。
Description
技术领域
本发明属于非常规油气资源开发及岩土工程领域，具体涉及一种超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置及方法。
背景技术
水力压裂技术是目前非常规油气资源开发的主要技术，该技术的应用需要消耗大量水资源，且容易带来地下水污染等环境问题，甚至可能还会诱发地质灾害。对于油气资源的开发，尤其是致密油气藏，裂缝的存在及扩展是决定油气采收率的主要因素，为了提高单井产量和采收率，需形成复杂的裂缝网络。超临界二氧化碳具有独特的物理化学性质，如较低的黏度，接近于零的表面张力，较大的扩散系数，以及超强溶解能力等，超临界二氧化碳逐渐成为一种非常有应用前景的压裂液。相比于一般的常规水力压裂的简单、平直裂缝，超临界二氧化碳因其易进入微空隙和微裂缝，易促进裂缝起裂和扩展，从而能够产生较为复杂的微裂缝网络。因此，为了将超临界二氧化碳压裂更好地应用于现场，超临界二氧化碳致裂岩石的裂纹扩展规律和致裂机理需进行大量的室内物理模拟试验研究。
目前关于水压致裂裂纹特征显现主要集中于声发射技术，CT技术，激光扫描断裂面等。其中，声发射技术基于材料内部微裂缝产生而激发的弹性波分析岩石内部动态微破裂，是揭示岩石内部损伤演化及破坏机制的简单便捷的常用技术手段。
为了使用声发射监测岩石破裂，得到岩石在应力作用下的损伤演化特征，目前关于圆柱形岩样声发射探头的安装，主要有以下几种方法：第一种是圆柱形试样单轴压缩试验时将声发射探头用胶带或橡皮带箍在岩石表面，该方法尽管在岩样和声发射传感器界面上涂有耦合剂，但是仍然会因为声发射探头前端陶瓷面为平面，或试验人员的操作误差，或绑带的松紧程度，或胶带的粘合程度，都有可能导致探头与圆柱形试样贴合不紧或脱落，进而定位不准或缺失部分信号而影响试验结果；第二种是通过一些辅助零件，如定位弹簧和降压弹簧，利用探头与试件间的摩擦力将声发射探头固定安装在试件指定位置，或者是将声发射探头置于一种设计的声发射传感器密封室中，该密封室通过螺钉和螺栓孔固定在圆柱侧表面，尽管这些方法能解决单轴试验中声发射探头精确定位的问题，但是前者局限于无围压条件，后者无法用于一般的三轴岩心夹持器中；第三种是在三轴应力条件下的模拟试验中，将声发射探头置于加载筒体外壁，该方法因筒体及三轴室中液压介质等的影响，使声发射信号容易受到干扰，后期数据分析时需考虑的干扰因素也比较多，若分析不恰当，则对试验结果影响很大；第四种是围压条件下将声发射探头布置在围压腔内的胶套中，该方法存在的一个主要弊端在于，高地应力条件下，胶套变形很大，但声发射探头无法承受该变形，因此利用常规声发射传感器研究高地应力条件下岩石损伤破裂的物理模拟试验时，声发射传感器极易因实验中围压的过度加载而造成损坏。除上述以外，常规声发射传感器对于表面粗糙或湿岩样，试验过程中还会经常出现接收信号不明显或无法接收信号的情况。
综上所述，对于常规三轴应力条件下超临界二氧化碳致裂圆柱形岩样试验中利用声发射或声波技术监测压裂过程中裂缝扩展规律和致裂机理，上述四种安装方法尚不能较好地满足常规声发射探头在高地应力、高孔隙压力条件下超临界二氧化碳致裂岩石模拟试验中的应用条件。
发明内容
本发明提供一种超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置及方法，能够有效监测高地应力、高孔隙压力条件下超临界二氧化碳压裂岩石的裂缝起裂扩展规律，为后续超临界二氧化碳致裂机理研究提供参考。
本发明的技术方案如下：
超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，包括三轴岩心夹持器、超临界二氧化碳注入系统、三轴加载系统及声发射测试系统，所述三轴岩心夹持器用于夹持试样，所述三轴加载系统对试样施加围压和轴压，所述超临界二氧化碳注入系统用于向所述三轴岩心夹持器中注入超临界二氧化碳对试样开展压裂作业，所述声发射测试系统用于监测试样压裂过程中的声发射信号。
进一步地，所述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，其中所述三轴岩心夹持器包括夹持器筒体、左调节堵头、右调节堵头、调节螺母、左端面螺套、右端面螺套、O型密封圈环槽、导线槽、导线出口、声发射探头安装槽、弹簧支架安装槽、高分子材料耦合圈、密封端套、轴压注液孔、围压注液孔、注液轴和橡胶套；
所述夹持器筒体左右两端面的内边缘分别有一个标记点，所述标记点沿筒身处于同一横向轴线；左端面螺套、右端面螺套圆环内外边缘上有两个标记点，所述标记点与中心点位于同一纵向轴线；所述调节螺母侧壁有两条实基线，所述实基线与中心轴线两两平行且共面；左调节堵头、右调节堵头与试样接触的端面内设有四个均匀分布的声发射探头安装槽，相邻两个声发射探头安装槽中心与试样端面中心之间的夹角成90°；左调节堵头、右调节堵头外侧表面各有四条实基线，四条实基线分别对应于声发射探头安装槽中心点位置，每两条实基线之间等间距平行布置一条虚基线；
所述声发射探头安装槽中心线与左调节堵头、右调节堵头外侧面的距离由三轴岩心夹持器规格确定，声发射探头安装槽尺寸由声发射探头规格确定，所述弹簧支架安装槽中心与所述声发射探头安装槽中心对齐，两者相通；所述声发射探头安装槽内侧壁装有2mm厚的缓冲海绵；与所述声发射探头安装槽相通底部的所述弹簧支架安装槽中安有弹簧支架，用于顶紧声发射探头使声发射探头与所述高分子材料耦合圈始终紧密接触；所述高分子材料耦合圈置于左调节堵头、右调节堵头和注液轴形成的圆环中，在三轴应力加载和高孔隙压力的试验条件下能够发生一定协调变形，始终能够与试样表面和所述声发射测试系统的声发射探头的耦合面紧密地接触，保证试验过程中的声发射信号接收；
所述导线槽位于左调节堵头、右调节堵头和注液轴的侧壁之间，用于引出连于声发射探头上的端子及其相连的导线；连接左调节堵头、右调节堵头和注液轴的六角螺栓之间均设有带四个导线出线口的垫块，能够将声发射探头的导线引出连至所述声发射测试系统。
进一步地，所述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，其中所述超临界二氧化碳注入系统包括二氧化碳供给源、气体增压系统、恒温水浴箱和高压高速电动液压泵；所述二氧化碳供给源为气态二氧化碳；所述气体增压系统包括空气压缩机、气动增压器和活塞式耐高压中间容器，所述空气压缩机与所述气动增压器连接并为所述气动增压器提供驱动力，将加压后的二氧化碳储存至所述活塞式耐高压中间容器中；所述恒温水浴箱的工作介质由蒸馏水、乙二醇和其他添加剂通过配比形成，工作温度范围为-20～100℃，为确保注入岩心的介质为超临界二氧化碳，所述活塞式耐高压中间容器及其互联管路均置于所述恒温水浴中，当所述恒温水浴箱温度调至31.1℃以上时能够保证所述活塞式耐高压中间容器中已储存的二氧化碳为超临界二氧化碳；所述高压高速电动液压泵与活塞式耐高压中间容器相连，所述高压高速电动液压泵驱动所述活塞式耐高压中间容器中的活塞来输送超临界二氧化碳，实现的孔隙压力范围为0～70MPa。
进一步地，所述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，其中所述三轴加载系统通过两个液压泵连接轴压注液孔和围压注液孔，独立施加围压和轴压，围压范围为0～70MPa，轴压范围为0～100MPa。
进一步地，所述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，其中所述声发射测试系统包括声发射主机、声发射探头、计算机显示器和前置放大器，所述声发射主机通过导线分别与所述计算机显示器及前置放大器连接，所述前置放大器通过导线与所述声发射探头连接。
超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试方法，利用上述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，具体步骤包括：
步骤1：准备适配尺寸的圆柱试样；
步骤2：断铅试验检测所述高分子材料耦合圈对声发射信号的衰减程度；
步骤3：将四个声发射探头安装至右调节堵头中的四个声发射探头安装槽中，并将导线经由所述导线槽至所述导线出线口引出，通过前置放大器连接至声发射主机；声发射探头安装结束后将右侧注液轴滑插至右调节堵头中，再将所述高分子材料耦合圈置于右调节堵头和右侧注液轴之间，其间所述高分子材料耦合圈与声发射探头及试样接触面之间的所有空隙全部涂上专用耦合剂；
步骤4：将所述夹持器筒体右端的标记点、右端面螺套标记点、右调节堵头的任意一条实基线对齐，再通过所述右端面螺套组装步骤3中的组合体与夹持器筒体；
步骤5：将四个声发射探头安装至左调节堵头中的四个声发射安装槽中，并将导线经由所述导线槽至所述导线出口槽引出，通过前置放大器连接至声发射主机；声发射探头安装结束后将左侧注液轴滑插至左调节堵头中，再将所述高分子材料耦合圈置于左调节堵头和左侧注液轴之间，其间所述高分子材料耦合圈与声发射探头及试样接触面之间的所有空隙全部涂上专用耦合剂；
步骤6：通过所述调节螺母匹配试样长度，将所述夹持器筒体左端的标记点、左端面螺套标记点、左调节堵头的任意一条虚基线对齐，其目的在于保证左右两端声发射探头并非在同一条水平轴线上，而是通过错位45°达到较好的声发射测试效果，再通过所述左调节螺母和左端面螺套组装步骤5中的组合体与夹持器筒体；
步骤7：将组装完的所述三轴岩心夹持器和所述活塞式耐高压中间容器置于所述恒温水浴箱中，设置温度大于31.1℃，保证整个恒温水浴箱中温度均匀，直至岩心温度达到恒温水浴箱设定的温度值；
步骤8：启动液压泵，对试样施加围压和轴压，直至达到试验设定值；同时启动所述气体增压泵，将气态二氧化碳变成超临界二氧化碳后储至所述活塞式耐高压中间容器；
步骤9：启动所述高压高速电动液压泵，向所述三轴岩心夹持器的左侧注液轴中注入超临界二氧化碳开展压裂作业，同步监测试样压裂过程中的声发射信号。
本发明的有益效果为：
(1)本发明中高分子材料耦合圈在三轴应力加载和高孔隙压力试验条件下可发生一定协调变形，一方面能够有效保护高地应力，高孔隙压力条件下超临界二氧化碳压裂模拟试验中声发射探头不被损坏，另一方面能够保证高分子材料耦合圈始终与岩石表面和声发射探头耦合面紧密地接触，满足岩石压裂过程中声发射测试要求，保证测试结果的准确性。
(2)本发明结构简单，操作方便，能够保证声发射探头的精确定位，并且通过保证夹持器筒体标记点、端面螺套标记点及调节堵头上虚基线的对齐实现试样两端声发射探头安装槽不处于同一轴线上，从而错位45°达到较好的声发射测试效果。同时，将上述虚基线的对齐改为实基线对齐还可实现两端声发射探头安装槽处于同一轴线上，再选取适配安装槽尺寸的声波探头开展超临界二氧化碳压裂模拟试验中的超声波测试。
附图说明
图1是三轴岩心夹持器中心剖面示意图；
图2是图1中沿岩样左端面的剖面示意图；
图3是声发射探头安装的剖面示意图；
图4是注液轴和调节堵头间高分子材料耦合圈安装示意图；
图5是超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置示意图；
图中：01—左调节堵头；02—右调节堵头；03—夹持器筒体；04—调节螺母；05—左端面螺套；06—右端面螺套；07、08、09—O型密封圈；10—导线槽；11—导线出线口；12—声发射探头安装槽；13—弹簧支架安装槽；14—高分子材料耦合圈；15—密封端套；16—轴压注液孔；17—围压注液孔；18—注液轴；19—橡胶套；20—注入管道；21—试样；22—弹簧垫片；23—导线；24—声发射探头；25—声发射主机；26—计算机显示器；27—前置放大器；28—二氧化碳供给源；29—恒温水浴箱；30—高压高速电动液压泵；31—空气压缩机；32—气动增压器；33—活塞式耐高压中间容器；34、35—液压泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例及附图，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不是全部的实施例，说明书中所提到的“左”、“右”皆指以图1为参照的位置，仅用于说明本发明，并不限制本发明。
超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，包括三轴岩心夹持器、声发射测试系统、超临界二氧化碳注入系统及三轴加载系统。
如图1所示，所述三轴岩心夹持器包括左调节堵头01、右调节堵头02，夹持器筒体03，调节螺母04，左端面螺套05、右端面螺套06，O型密封圈环07、08、09，导线槽10及导线出线口11，声发射探头安装槽12及对应的弹簧支架安装槽13，高分子材料耦合圈14，密封端套15，轴压注液孔16、围压注液孔17及其环腔，注液轴18，橡胶套19，注入管道20，试样21，试样21尺寸为直径100mm、高200mm的圆柱。
所述夹持器筒体03左右两端面的内边缘分别有一个标记点，所述标记点沿筒身处于同一横向轴线；左端面螺套05、右端面螺套06圆环内外边缘上有两个标记点，所述标记点与中心点位于同一纵向轴线；所述调节螺母04侧壁有两条实基线，所述实基线与中心轴线两两平行且共面。
所述密封端套15内设有所述O型密封圈07，是为了防止围压腔中介质泄露。所述右调节堵头02和右调节螺母06中设置O型密封圈08，其用途是防止轴压腔中介质泄露。与试样21接触的左、右注液轴端面中的O型密封圈09，是为了将超临界二氧化碳限制在O型密封圈09内的端面，保证注入超临界二氧化碳时的密封性，为试样正常提供孔隙压力且不损坏所述三轴岩心夹持器；所述注液轴18中的注入管道20用于超临界二氧化碳的注入，注液轴(左或右)均可实现压裂介质的注入。
左调节堵头01、右调节堵头02与试样21接触的端面内设有四个均匀分布的声发射探头安装槽12，相邻两个声发射探头安装槽12中心与端面中心之间的夹角成90°；左调节堵头01、右调节堵头02外侧表面各有四条实基线，所述四条实基线分别对应于所述声发射探头安装槽12中心点位置，所述每两条实基线之间等间距平行布置一条虚基线。
如图2和图3所示，所述声发射探头安装槽12中心线与所述调节堵头外侧面的距离为15～25mm，所述声发射探头安装槽12尺寸由声发射探头24规格确定，所述弹簧支架安装槽13中心与所述声发射探头安装槽12中心对齐，两者相通，所述弹簧支架安装槽13尺寸为所述声发射探头安装槽12尺寸的1/2。所述声发射探头安装槽12内侧壁装有2mm厚的缓冲海绵。与所述声发射探头安装槽12相通底部的所述弹簧支架安装槽13中安有弹簧垫片22，用于顶紧声发射探头24使声发射探头24与所述高分子材料耦合圈14始终紧密接触。位于左调节堵头01、右调节堵头02和左、右注液轴18之间的所述导线槽10，目的在于引出连于声发射探头24上的端子及其相连的导线23，导线23通过导线出线口11与声发射主机25连接。
如图4所示，所述高分子材料耦合圈14置于左调节堵头01、右调节堵头02和注液轴18形成的圆环中，其间空隙及所述高分材料耦合圈14与试样21接触面和声发射探头24接触面均全部抹上专用耦合剂。所述高分子材料耦合圈14在三轴应力加载和高孔隙压力的试验条件下可发生一定协调变形，始终能够与试样21表面和声发射探头24耦合面较为紧密地接触，保证试验过程中的声发射信号接收。
如图5所示，所述声发射测试系统包括：声发射主机25、计算机显示器26、前置放大器27，声发射探头24与所述三轴岩心夹持器中的声发射探头安装槽14、所述弹簧支架安装槽13、所述导线槽11、导线出线口19及所述高分子耦合圈15共同发挥作用，通过所述导线出线口19能够将声发射探头24的导线引出连至前置放大器27，并通过电缆与声发射主机25相连。
所述超临界二氧化碳注入系统主要包括：二氧化碳供给源28，气体增压系统，恒温水浴箱29，高压高速电动液压泵30。所述二氧化碳供给源28为气态二氧化碳。所述气体增压系统包括空气压缩机31，气动增压器32，活塞式耐高压中间容器33(HNBR密封，耐CO2，全316不锈钢，可浸水使用)。所述空气压缩机31与所述气动增压器32连接，为所述气动增压器32提供驱动力，将加压后的二氧化碳(>7.38MPa)储存至所述活塞式耐高压中间容器33中。所述恒温水浴箱29的工作介质由蒸馏水，乙二醇和其他添加剂通过配比形成，工作温度范围为-20～100℃，为确保注入岩心的介质为超临界二氧化碳，所述活塞式耐高压中间容器33及其互联管路均置于所述恒温水浴中，当所述恒温水浴箱29温度调至31.1℃以上时可保证所述活塞式耐高压中间容器33中已储存的二氧化碳为超临界二氧化碳。所述超临界二氧化碳注入系统为高压高速电动液压泵30与所述活塞式耐高压中间容器33相连，驱动所述活塞式耐高压中间容器33中的活塞来不断地输送超临界二氧化碳，能够实现的孔隙压力范围为0～70MPa。
所述三轴加载系统，通过两个液压泵34、35连接所述轴压注液孔16和围压注液孔17，独立施加围压和轴压，围压范围为0～70MPa，轴压范围为0～100MPa。
超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试方法，具体步骤包括：
步骤1：准备适配本发明所述夹持器尺寸的圆柱试样21，尺寸为直径100mm，高200mm，在试样一端中心垂直钻孔来模拟井筒。
步骤2：断铅试验检测所述高分子材料耦合圈14对声发射信号的衰减程度。
步骤3：将四个声发射探头24安装至所述右调节堵头02中的四个声发射探头安装槽12中，并将导线23经由所述导线槽10至所述导线出线口11引出，通过前置放大器27连接至声发射主机25。声发射探头24安装结束后将右侧注液轴18滑插至所述右调节堵头02中，再将所述高分子材料耦合圈14置于所述右调节堵头02和右侧注液轴18之间，其间所述高分子材料耦合圈14与声发射探头24及试样21接触面之间的所有空隙全部涂上专用耦合剂。
步骤4：将所述夹持器筒体03右端的标记点、右端面螺套06标记点、右调节堵头02的任意一条实基线对齐，再通过所述右端面螺套06组装步骤3中的组合体与夹持器筒体03。
步骤5：将四个声发射探头24安装至所述左调节堵头01中的四个声发射安装槽14中，并将导线23经由所述导线槽10至所述导线出线口11引出，通过前置放大器27连接至声发射主机25。声发射探头24安装结束后将左侧注液轴18滑插至所述左调节堵头01中，再将所述高分子材料耦合圈14置于所述左调节堵头02和左侧注液轴18之间，其间所述高分子材料耦合圈14与声发射探头24及试样21接触面之间的所有空隙全部涂上专用耦合剂。
步骤6：通过所述调节螺母04匹配试样长度，将所述夹持器筒体03左端的标记点、左端面螺套05标记点、左调节堵头01的任意一条虚基线对齐，其目的在于保证左右两端声发射探头24并非在同一条水平轴线上，而是通过错位45°达到较好的声发射测试效果，再通过所述调节螺母04和左端面螺套05组装步骤5中的组合体与夹持器筒体03。
步骤7：将组装完的所述三轴岩心夹持器和所述活塞式耐高压中间容器33置于所述恒温水浴箱29中，设置温度大于31.1℃，保证整个恒温水浴箱29中温度均匀，直至岩心温度达到恒温水浴箱设定的温度值。
步骤8：启动所述液压泵34、35，对试样21施加围压和轴压，直至达到试验设定值。启动所述气体增压器32，将气态二氧化碳变成超临界二氧化碳后储至所述活塞式耐高压中间容器33。
步骤9：启动所述高压高速电动液压泵30，向所述三轴岩心夹持器的左侧注液轴18中注入超临界二氧化碳开展压裂作业，同步监测压裂过程中的声发射信号。
最后说明的是，以上应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，其特征在于，包括三轴岩心夹持器、超临界二氧化碳注入系统、三轴加载系统及声发射测试系统，所述三轴岩心夹持器用于夹持试样，所述三轴加载系统对试样施加围压和轴压，所述超临界二氧化碳注入系统用于向所述三轴岩心夹持器中注入超临界二氧化碳对试样开展压裂作业，所述声发射测试系统用于监测试样压裂过程中的声发射信号。
2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，其特征在于，所述三轴岩心夹持器包括夹持器筒体、左调节堵头、右调节堵头、调节螺母、左端面螺套、右端面螺套、O型密封圈环槽、导线槽、导线出口、声发射探头安装槽、弹簧支架安装槽、高分子材料耦合圈、密封端套、轴压注液孔、围压注液孔、注液轴和橡胶套；
所述夹持器筒体左右两端面的内边缘分别有一个标记点，所述标记点沿筒身处于同一横向轴线；左端面螺套、右端面螺套圆环内外边缘上有两个标记点，所述标记点与中心点位于同一纵向轴线；所述调节螺母侧壁有两条实基线，所述实基线与中心轴线两两平行且共面；左调节堵头、右调节堵头与试样接触的端面内设有四个均匀分布的声发射探头安装槽，相邻两个声发射探头安装槽中心与试样端面中心之间的夹角成90°；左调节堵头、右调节堵头外侧表面各有四条实基线，四条实基线分别对应于声发射探头安装槽中心点位置，每两条实基线之间等间距平行布置一条虚基线；
所述声发射探头安装槽中心线与左调节堵头、右调节堵头外侧面的距离由三轴岩心夹持器规格确定，声发射探头安装槽尺寸由声发射探头规格确定，所述弹簧支架安装槽中心与所述声发射探头安装槽中心对齐，两者相通；所述声发射探头安装槽内侧壁装有2mm厚的缓冲海绵；与所述声发射探头安装槽相通底部的所述弹簧支架安装槽中安有弹簧支架，用于顶紧声发射探头使声发射探头与所述高分子材料耦合圈始终紧密接触；所述高分子材料耦合圈置于左调节堵头、右调节堵头和注液轴形成的圆环中，在三轴应力加载和高孔隙压力的试验条件下能够发生一定协调变形，始终能够与试样表面和所述声发射测试系统的声发射探头的耦合面紧密地接触，保证试验过程中的声发射信号接收；
所述导线槽位于左调节堵头、右调节堵头和注液轴的侧壁之间，用于引出连于声发射探头上的端子及其相连的导线；连接左调节堵头、右调节堵头和注液轴的六角螺栓之间均设有带四个导线出线口的垫块，能够将声发射探头的导线引出连至所述声发射测试系统。
3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，其特征在于，所述超临界二氧化碳注入系统包括二氧化碳供给源、气体增压系统、恒温水浴箱和高压高速电动液压泵；所述二氧化碳供给源为气态二氧化碳；所述气体增压系统包括空气压缩机、气动增压器和活塞式耐高压中间容器，所述空气压缩机与所述气动增压器连接并为所述气动增压器提供驱动力，将加压后的二氧化碳储存至所述活塞式耐高压中间容器中；所述恒温水浴箱的工作介质由蒸馏水、乙二醇和其他添加剂通过配比形成，工作温度范围为-20～100℃，为确保注入岩心的介质为超临界二氧化碳，所述活塞式耐高压中间容器及其互联管路均置于所述恒温水浴中，当所述恒温水浴箱温度调至31.1℃以上时能够保证所述活塞式耐高压中间容器中已储存的二氧化碳为超临界二氧化碳；所述高压高速电动液压泵与活塞式耐高压中间容器相连，所述高压高速电动液压泵驱动所述活塞式耐高压中间容器中的活塞来输送超临界二氧化碳，实现的孔隙压力范围为0～70MPa。
4.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，其特征在于，所述三轴加载系统通过两个液压泵连接轴压注液孔和围压注液孔，独立施加围压和轴压，围压范围为0～70MPa，轴压范围为0～100MPa。
5.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，其特征在于，所述声发射测试系统包括声发射主机、声发射探头、计算机显示器和前置放大器，所述声发射主机通过导线分别与所述计算机显示器及前置放大器连接，所述前置放大器通过导线与所述声发射探头连接。
6.超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试方法，其特征在于，利用如权利要求1-5之一所述的超临界二氧化碳压裂模拟试验的声发射测试装置，具体步骤包括：
步骤1：准备适配尺寸的圆柱试样；
步骤2：断铅试验检测所述高分子材料耦合圈对声发射信号的衰减程度；
步骤3：将四个声发射探头安装至右调节堵头中的四个声发射探头安装槽中，并将导线经由所述导线槽至所述导线出线口引出，通过前置放大器连接至声发射主机；声发射探头安装结束后将右侧注液轴滑插至右调节堵头中，再将所述高分子材料耦合圈置于右调节堵头和右侧注液轴之间，其间所述高分子材料耦合圈与声发射探头及试样接触面之间的所有空隙全部涂上专用耦合剂；
步骤4：将所述夹持器筒体右端的标记点、右端面螺套标记点、右调节堵头的任意一条实基线对齐，再通过所述右端面螺套组装步骤3中的组合体与夹持器筒体；
步骤5：将四个声发射探头安装至左调节堵头中的四个声发射安装槽中，并将导线经由所述导线槽至所述导线出口槽引出，通过前置放大器连接至声发射主机；声发射探头安装结束后将左侧注液轴滑插至左调节堵头中，再将所述高分子材料耦合圈置于左调节堵头和左侧注液轴之间，其间所述高分子材料耦合圈与声发射探头及试样接触面之间的所有空隙全部涂上专用耦合剂；
步骤6：通过所述调节螺母匹配试样长度，将所述夹持器筒体左端的标记点、左端面螺套标记点、左调节堵头的任意一条虚基线对齐，其目的在于保证左右两端声发射探头并非在同一条水平轴线上，而是通过错位45°达到较好的声发射测试效果，再通过所述左调节螺母和左端面螺套组装步骤5中的组合体与夹持器筒体；
步骤7：将组装完的所述三轴岩心夹持器和所述活塞式耐高压中间容器置于所述恒温水浴箱中，设置温度大于31.1℃，保证整个恒温水浴箱中温度均匀，直至岩心温度达到恒温水浴箱设定的温度值；
步骤8：启动液压泵，对试样施加围压和轴压，直至达到试验设定值；同时启动所述气体增压泵，将气态二氧化碳变成超临界二氧化碳后储至所述活塞式耐高压中间容器；
步骤9：启动所述高压高速电动液压泵，向所述三轴岩心夹持器的左侧注液轴中注入超临界二氧化碳开展压裂作业，同步监测试样压裂过程中的声发射信号。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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