[0001] 本发明涉及油气勘探开发技术领域，尤其涉及一种页岩的热致微裂缝模拟实验装置以及实验方法。

[0002] 在石油热采、页岩油原位转化、地热储层的改造等领域中，都会涉及到岩体的热效作用问题，在页岩油原位热解开采中，在高温作用下，页岩产生热破裂，提高了页岩的渗透率，从而为油气产物的运输提供导流通道。然而，在三次采油中使用的火烧油层方法之所以能够增加原油的产量，主要是利用原油中的焦炭燃烧产生高温使得原油黏度降低，但是这种方法产生的高温不仅会使得油层破裂，同时也会诱发上覆岩层破裂，从而使得油层中的烃类物质流入到其他地层中，尤其是水层，使得水层的污染程度变得更加严重。因此，研究页岩热致裂缝形成机理成为页岩油勘探开发的热点。

[0003] 目前，研究页岩热致裂缝形成的物理模拟实验有很多，主要都是将页岩样品先经过热处理，之后取出样品将其放入扫描电镜下进行人工观察与识别。这些实验存在的问题主要为，第一，大多数页岩热致裂物理实验中都没有考虑围压的作用，第二，在加热与观察的两个环节中，必须把加热后的样品取出，这样页岩样品在扫描电镜观察中的温度和压力降低，从而有可能会导致部分微裂缝发生改变；从而导致数据的准确性降低。

[0036] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

[0037] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0038] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0039] 在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

[0040] 如图1‑3所示，本实施例提供一种页岩的热致微裂缝模拟实验装置，该装置包括箱体1，其中箱体1内设置有夹持件2以能够夹持待检测的页岩，箱体1上设置有观察窗3；还具有压力控制组件和温度控制组件，压力控制组件包括加压泵4，加压泵4连通箱体1以能够为箱体1内增加压力；而温度控制组件包括加热器5，加热器5设置在箱体1内以能够为箱体1内升温；还设置有监测组件，监测组件包括温度监测件6和压力检测件7以监测箱体1内的压力和温度；还具有信息采集件8和信息处理系统9，信息采集件8被配置为通过观察窗3实时监测页岩的热致微裂缝产生、延展或发育的状态信息；信息处理系统9连接信息采集件8和监测组件以能够对信息采集件8采集的信息和监测组件的监测信息进行数据处理。

[0041] 通过在箱体1内设置压力控制组件和温度控制组件，能够实现在箱体1内对夹持件2夹持的页岩的环境升温升压从而达到真实模拟的地层状态，而在此基础上信息采集件8能够对页岩的热致微裂缝在不同温度和不同压力下的产生、延展或发育的状态信息进行监测，而后传送给信息处理系统9形成数据曲线或图表，以能够使热致微裂缝的产生、延展或发育的监测更加的准确，能够表征页岩在热效作用过程中页岩微裂缝的产生、延展或发育的形成机理，实现对页岩热致微裂缝的连续动态可视化，为石油热采、页岩油原位转化、地热储层的改造等提供支撑。

[0042] 下面详细介绍本实施例，如图1‑3所示，本实施例提供一种页岩的热致微裂缝模拟实验装置，该装置包括箱体1，其中箱体1的周壁由耐高温高压钢板制作而成。箱体1内设置有夹持件2以能够夹持待检测的页岩；具体的，夹持件2包括相对设置的夹持板21，两个夹持板21的相对外侧设置有伸缩杆22，伸缩杆22能够带动两个夹持板21互相靠近或远离，而两个夹持板21之间夹持设置有间隔的两个夹持玻璃板23，待检测的页岩能够夹持固定在两个夹持玻璃板23之间固定，本实施例中夹持玻璃板23为蓝宝石玻璃板。即可以将页岩夹持在夹持玻璃板23之间，然后通过左右互相靠近的夹持板21将夹持玻璃板23夹持住。进一步地，为了增大夹持板21与夹持玻璃板23之间的摩擦力，夹持板21与夹持玻璃板23的互相接触面均为防滑面。为了对页岩的双面进行观测，箱体1的内壁上设置有旋转座24，伸缩杆22的一端连接夹持板21，伸缩杆22的另一端连接于旋转座24以能够使伸缩杆22围绕自身轴线旋转，从而带动夹持的页岩进行旋转方便进行双面观测；更为具体的，还具有夹持驱动件，夹持驱动件设置在箱体1外部，夹持驱动件连接伸缩杆22以控制伸缩杆22的伸缩和旋转，本实施例中，夹持驱动件为驱动电机。此外箱体1还设置有观察窗3以方便从箱体1的外侧对夹持件2夹持的页岩进行观测，以避免观测用具在高温高压下出现异常甚至损坏。具体的，观察窗3设置在箱体1上端，观察窗3的边缘与箱体1之间设置有密封圈32，从而能够通过密封圈32将观察窗3的边缘进行密封，本实施例中密封圈32采用耐高温的橡胶材料。而观察窗3包括至少两层隔热玻璃31，两层隔热玻璃31设置有真空腔33，本实施例中隔热玻璃31为蓝宝石玻璃。采用上述结构能够使箱体1内部的热量不易从观察窗3处溢出，一方面为箱体1内创造稳定的监测环境，另一方面也避免高温溢出对操作实验人员形成危害。在其他实施例中，观察窗3可以直接作为箱体1的顶部以能够扩大监测的范围，从而可以减少调整夹持件2的位置以使夹持件2和观察窗3相对。可以理解的是，箱体1上还设置有封闭的开关门以能够打开或关闭，从而取放页岩。

[0043] 页岩的热致微裂缝模拟实验装置还具有信息采集件8，信息采集件8被配置为通过观察窗3实时监测页岩的热致微裂缝的产生、延展或发育的状态信息。具体的，本实施例中信息采集件8为设置在箱体1外部的扫描电子显微镜，为了方便进行观测，扫描电子显微镜连接有移动臂15，移动臂15带动信息采集件8在观察窗3的上方移动。可以理解的是移动臂15可以带动信息采集件8相对于观察窗3进行上下和左右移动，从而能够得到较好的观测视域，而移动臂15可以采用自由机械手。此外页岩的热致微裂缝模拟实验装置还具有信息处理系统9，信息处理系统9连接信息采集件8以能够对信息采集件8采集的信息进行数据处理。

[0044] 而为了使箱体1内的压力和温度能够调整，页岩的热致微裂缝模拟实验装置还包括压力控制组件和温度控制组件，其中压力控制组件包括加压泵4，加压泵4连通箱体1以能够为箱体1内增加压力。具体的，压力控制组件还包括压力管道，压力管道的一端连接设置在箱体1外的加压泵4，压力管道的另一端深入箱体1内。更为具体的，压力管道上设置有压力表10和调压阀11以对管道压力和流量进行调节。本实施例中了，加压泵4为氮气加压泵4以能够向箱体1内充入氮气。此外压力控制组件还包括泄压阀12，泄压阀12设置在箱体1上以对箱体1内部进行泄压。而温度控制组件包括加热器5，加热器5设置在箱体1内以能够为箱体1内升温，温度控制组件还包括设置在箱体1外部的温度控制器13以控制加热器5的温度设置。进一步地，还具有监测组件，监测组件包括温度监测件6和压力检测件7以监测箱体1内的温度和压力；本实施例中，温度监测件6和压力检测件7分别为温度传感器和压力传感器，具体的，温度监测件6和压力检测件7连接有数据收集器14以进行数据采集，数据收集器
14连接信息处理系统9以对温度信息和压力信息进行数据汇总和分析，更为进一步的，温度控制组件和压力控制组件可以连接于信息处理系统9从而进行自动化控制。

[0045] 本实施例还提供一种页岩的热致微裂缝的实验方法，应用上述的页岩热致微裂缝模拟实验装置，包括以下步骤：

[0046] S1、试样准备，取一块页岩，测量其孔隙度和渗透率，之后将其打磨成长宽高分别为1cm×0.8cm×0.5cm的页岩；

[0047] S2、连接好实验装置，将S1步骤中制作的页岩用耐高温薄膜25包裹后夹持于夹持件2上的两个夹持玻璃板23之间进行固定，并调整伸缩杆22的伸缩使两个夹持板21抵住夹持玻璃板23的相对侧进行稳固；并通过调整伸缩杆22的伸缩使夹持件2与观察窗3相对。

[0048] S3、原位监测，通过加压泵4和泄压阀12向箱体1注入惰性气体从而排净箱体1内空气，本实施例采用的是氮气；控制箱体1内温度在M°，其中M为50‑100中的任意值，控制箱体1内压力在nMP,其中n为10‑20中的任意值，控制信息采集件8监测页岩的状态并将监测数据信息传输至信息处理系统9进行处理；其中页岩的状态包括是否裂缝或者裂缝大小等原始状态信息；

[0049] S4、恒定实验温度监测，调整箱体1内温度在M°，其中M为50‑100中的任意值，通过加压泵4向箱体1注入氮气以增加压力，通过加压泵4和调压阀11使箱体1的压力按照△T压进行恒定增长至200MP，其中△T压＝10Mp‑20Mp中的任意值，控制信息采集件8监测页岩的热致微裂缝在不同压力下的产生、延展或发育的状态变化信息，并将上述状态变化信息传输至信息处理系统9进行处理；

[0050] S5、恒定实验压力监测，通过泄压阀12调整箱体1内压力在nMP，其中n为10‑20中的任意值，通过加热器5对箱体1升温，使所述箱体1的温度按照△T温进行增长至1000°，其中△T温为10°‑50°中的任意值，控制信息采集件8监测页岩的热致微裂缝在不同温度下的产生、延展或发育的状态变化信息，并将上述状态变化信息传输至信息处理系统9进行处理；

[0051] 进一步地，在S3‑S5步骤中，通过所述夹持件2中的伸缩杆22在旋转座24上旋转以将所述页岩翻转进行双面观察，从而监测不同压力和不同的温度下页岩的情况。

[0052] S6、根据信息处理系统9记录的页岩的热致微裂缝的产生、延展或发育的状态变化绘制成曲线，存储并导出数据后进行分析；

[0053] S7、关闭加热器5以及加压泵4，通过泄压阀12释放压力，并打开箱体1取出页岩，并重复S1继续对其他页岩进行测试。

[0054] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。