本发明涉及地热能勘探开发，具体涉及一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试装置及方法。
背景技术：
1、新能源正在逐步取代传统化石能源，成为能源领域的支柱。地热能作为一种绿色的新型非碳基能源之一，目前，主流的开采思路是增强型地热技术(egs)，即在干热岩中通过水力压裂等手段建造一个具有渗透性的人造热储，然后建设至少两口井与地下热储连通，再通过其中一口井向地下热储注入可流动介质(水、co2等)，吸热后从另外的井流出的方式进行开发，此过程中水力压裂技术对储层连通性的改造对后期开采地热至关重要。
2、由于地热开采系统需要一直循环工作，因此人造储层需要不断接触低温流动介质的冲击和冷伤害，这种冷伤害致使岩石产生的热应力对热储区岩石的力学强度及渗流物性的影响不可忽略。现阶段关于干热岩原位脉冲冷伤害测试中多采用外场测试的方法，即将采集到的干热岩岩样放置在加热装置中加热，加热后将岩样取出后固定，再向岩样倾倒冷流体介质如水，待热交换完成后使用试验机测试岩样的力学参数。上述测试中由于岩样从加热到冷冲击再到收集其受冷伤害后力学参数由于实验场所的改变和外环境变化，会导致岩石应力提前或延后释放，容易造成测试数据出现偏差，这会导致对地热开采过程中低温冲击对岩石力学强度及热储改造区的认识具有一定误导，因此亟需开发一种专门用于干热岩的冷伤害测试装置。
技术实现思路
1、本发明意在提供一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试装置及方法，以解决现有干热岩冷伤害测试方法中存在岩样岩石应力释放与检测不同步而导致测试数据存在偏差的技术问题。
2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试装置，包括实验单元、流体泵注单元和控制单元，所述实验装置与流体泵注单元之间设有泵注管道和回收管道；所述实验单元包括壳体，所述壳体内部的两端分别设有上堵头和下堵头，中部设有活塞；所述上堵头开设有上接口一和上接口二，所述下堵头开设有下接口一和下接口二，所述上接口一和上接口二与泵注管道连通，所述下接口一与回收管道连通；
3、所述上堵头与活塞间形成压力加载室，所述压力加载室中设有伸缩管，所述伸缩管两端分别与上堵头和活塞固定连接；所述活塞与下堵头间形成测试室，所述测试室中设有承压垫块和岩样固定块，所述承压垫块上端与活塞固定连接，所述承压垫块与岩样固定块之间用于放置实验岩样，所述下堵头上端固定设有压力传感器，所述压力传感器上端与岩样固定块固定连接；
4、所述上堵头、伸缩管、活塞和承压垫块内部开设有连通的渗流通道；所述渗流通道通过上接口一与泵注管道连通；所述泵注管道通过上接口二与压力加载室连通；
5、所述测试室的壳体上还设有加热单元和摄像单元；所述加热单元和摄像单元的信号输出端与控制单元的信号输入端电连接，所述加热单元和摄像单元的信号输入端与控制单元的信号输出端电连接，所述控制单元的信号输入端还与压力传感器电连接，所述控制单元的信号输出端还与流体泵注单元电连接。
6、本发明还提供一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害实验方法，包括以下步骤：
7、步骤1：将待测的实验岩样先预热后放入实验单元中岩样固定块上固定；
8、步骤2：将测试室抽真空后，开启加热单元加热测试室和实验岩样；
9、步骤3：开启流体泵注单元向测试室中注入流体介质，待压力与温度达到实验条件后停止泵入流体介质测试实验；
10、步骤4：将流体介质放出后，重复步骤2、3进行数次冷伤害冲击；冷伤害冲击后，开启流体泵注单元向压力加载室中注入流体介质，再测试实验岩样受压下的力学参数，收集测试数据并处理。
11、本方案的原理及优点是：
12、本方案中测试装置可以实现在原位环境下进行干热岩的原位脉冲冷伤害评价和测试，其中测试装置中实验单元的测试室可以固定实验岩样并通过加热单元对实验岩样进行加热至干热岩实际工作温度，通过流体泵注单元泵注入冷却流体模拟干热岩开采中岩样所受冷伤害情况。实验单元中的压力加载室可以在实验岩样受到冷伤害后进行原位压力测试，并通过压力传感器、摄像单元收集实验岩样受压后的力学参数，通过上述实验装置的设计，将岩石未经过低温冷冲击伤害的岩石力学强度与经过不同脉冲冷伤害后的岩石力学强度进行对比，即可以得出原位脉冲低温冷冲击作用对干热岩岩心力学强度的改变，实现模拟多环境下一体化测试评价方法，为地热资源高效换热方案制定提供实验支撑。
13、并且测试装置中多功能活塞在冷冲击实验过程中可作为渗流通道，在冷冲击后可作为压力加载面给实验岩样施加压力，实现了原位测试环境的模拟。压力传感器能够收集到实验岩样受压后的压力变化情况；加热单元、摄像单元与控制单元能够保证实现检测一体化的信息收集和反馈。这种原位环境下收集到的测试数据，能够及时检测到岩石在冷冲击后应力释放的情况，且能对实验岩样全程所受压力和测试环境数据进行收集，实验岩样不会由于变化实验环境而导致后续测试力学参数时出现偏差，有效的提高了测试的准确性。
14、优选的，作为一种改进，所述流体泵注单元包括流体储集罐一和流体储集罐二；所述流体储集罐一通过泵注管道与上接口一和上接口二连通，所述流体储集罐二通过回收管道与下接口一连通；所述泵注管道与回收管道上均设有电磁三通阀和压力表。
15、本技术中，流体泵注单元用于提供冷却的流动介质和收集测试后的流动介质，其中流体储集罐一通过泵注管道分别与压力加载室和测试室连通，分别为压力加载室提供压力和为测试室提供冷伤害流体介质。三通阀用于控制流体储集罐中流体介质的流动方向。
16、优选的，作为一种改进，所述摄像单元包括高速摄像头一和高速摄像头二，所述高速摄像头一端部与岩样顶端齐平并水平设置，所述高速摄像头二端部与岩样底部齐平并与水平向上呈10～20°夹角；所述高速摄像头一和高速摄像头二不在同一垂直线上。
17、本技术中，摄像单元用于收集实验岩样受压力后裂缝发展的情况以及破碎后岩样碎屑尺寸和速度数据。将高速摄像头一和高速摄像头二设置在不同高度和不同水平度上可以更全面的收集到实验数据。
18、优选的，作为一种改进，所述加热单元包括加热板、温控器和温度传感器，所述加热板设置在壳体内层，所述温控器和温度传感器设置在加热板上。
19、本技术中，所述加热板用于加热测试室和实验岩样，温控器用于根据设置的温度控制加热板的启闭，温度传感器用于收集测试室中温度变化情况。
20、优选的，作为一种改进，所述步骤1中实验岩样预热后温度为100℃～150℃。
21、优选的，作为一种改进，所述步骤2中测试室加热温度为200～250℃，测试室空间压力为10mpa～15mpa。
22、优选的，作为一种改进，所述步骤3中测试实验的时间为10～20min。
23、优选的，作为一种改进，所述步骤4中测试数据处理包括计算岩石破裂总能量，所述岩石破裂总能量计算公式为：
24、
25、式中：e为总动能；m1为粗碎片质量，v1为平均速度；i为碎屑段数，1、2、3分别代表粗碎片、中碎片、细碎片。
26、优选的，作为一种改进，所述步骤4中测试数据处理包括还包括计算峰前脆性指数，所述峰前脆性指数计算公式为：
27、
28、式中，bpre为岩石峰前脆性指数；dwp为岩石材料的耗散能量；dwe为岩石材料可释放应变能增量；h为强化模量，计算公式为：
29、
30、式中，σmax为岩石峰值应力；σci为岩石起裂应力；εmax为岩石峰值应变；εci为岩石起裂应力对应应变值。
1.一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试装置，其特征在于：包括实验单元、流体泵注单元和控制单元，所述实验装置与流体泵注单元之间设有泵注管道和回收管道；所述实验单元包括壳体，所述壳体内部的两端分别设有上堵头和下堵头，中部设有活塞；所述上堵头开设有上接口一和上接口二，所述下堵头开设有下接口一和下接口二，所述上接口一和上接口二与泵注管道连通，所述下接口一与回收管道连通；
2.根据权利要求1所述的一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试装置，其特征在于：所述流体泵注单元包括流体储集罐一和流体储集罐二；所述流体储集罐一通过泵注管道与上接口一和上接口二连通，所述流体储集罐二通过回收管道与下接口一连通；所述泵注管道与回收管道上均设有电磁三通阀和压力表。
3.根据权利要求2所述的一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试装置，其特征在于：所述摄像单元包括高速摄像头一和高速摄像头二，所述高速摄像头一端部与岩样顶端齐平并水平设置，所述高速摄像头二端部与岩样底部齐平并与水平向上呈10～20°夹角；所述高速摄像头一和高速摄像头二不在同一垂直线上。
4.根据权利要求3所述的一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试装置，其特征在于：所述加热单元包括加热板、温控器和温度传感器，所述加热板设置在壳体内层，所述温控器和温度传感器设置在加热板上。
5.用于权利要求1～4中任意一项所述的一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试方法，其特征在于：所述步骤1中实验岩样预热后温度为100℃～150℃。
7.根据权利要求6所述的一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试方法，其特征在于：所述步骤2中测试室加热温度为200～250℃，测试室空间压力为10mpa～15mpa。
8.根据权利要求7所述的一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试方法，其特征在于：所述步骤3中测试实验的时间为10～20min。
9.根据权利要求8所述的一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试方法，其特征在于：所述步骤4中测试数据处理包括计算岩石破裂总能量，所述岩石破裂总能量计算公式为：
10.根据权利要求9所述的一种基于原位脉冲的干热岩冷伤害测试方法，其特征在于：
