[發明專利]一種模擬地層巖石動態破壞試驗裝置

有效

• 申請號: 201310334244.9
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN103411870A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 付英軍;姜偉;朱榮東;李永平;孫豐成
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種動態破壞試驗裝置，特別是關于一種模擬地層巖石動態破壞試驗裝置。

背景技術

目前在低滲透油氣田的開發中主要采用水力壓裂和酸化技術改造油層。但在滲透率很低的油氣藏，只有在水力壓裂形成的主裂縫鄰域油氣可通過巖石中原有微小孔隙流入主裂縫產出，遠離主裂縫較遠的油氣仍難采出，有效提高低滲透油氣田采收率是低滲透油氣田開發面臨的重要問題。無論是低滲透油田開發的常規措施，還是開發低滲透油氣田的物理法采油措施，有一個非常關鍵的問題就是巖石在動載情況下的破壞情況研究，也是進行壓裂施工的一個核心關鍵問題。物理法采油作用機理就是把動態載荷作用在油層上，提高油層滲透率，從而提高增產增注效果。巖石在動載情況下的破壞情況研究對于低滲透油田開發有十分重要的意義。然而如何對巖石在動載情況下的破壞情況進行評價，建立一套適合的模擬試驗裝置和評價手段將至關重要。

經對現有技術的文獻檢索發現，目前國內外用于測量巖石動載特性大多采用SPHB（Split?Hopkinson?Pressure?Bar，分離式霍普金森桿）裝置，該裝置多為單軸受壓狀態，雖然少數國家采用了三軸SHPB裝置，但是圍壓和沖擊速度還很低。隨著采礦、石油工業開采深度逐步加深，預測深部穿孔、爆破效果以及由此而產生的動應力場周圍巖體的力學特征就成為亟待解決的問題。該裝置在巖土工程中使用較多，但是在石油工程中，由于巖石尺寸大小的限制以及地下巖層真實受力情況模擬條件有限等缺點，該裝置不能完全滿足動態地層巖石破壞的試驗研究要求。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠模擬地層巖石在恒定圍向壓力和軸向壓力時動載荷破壞情況的模擬地層巖石動態破壞試驗裝置。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種模擬地層巖石動態破壞試驗裝置，其特征在于：它包括試驗用巖樣、厚壁鋼筒、上活塞、下活塞、上蓋板和下蓋板；在所述試驗用巖樣外面套設所述厚壁鋼筒，在所述試驗用巖樣與所述厚壁鋼筒之間設置有一密封膠囊，且所述厚壁鋼筒與所述密封膠囊之間存在一環空；在所述密封膠囊上放置所述上蓋板，在所述密封膠囊下表面放置所述下蓋板，將若干調平螺栓穿設在所述上蓋板、所述下蓋板和所述厚壁鋼筒對應設置的安裝孔中，并通過多個螺母將所述上蓋板、所述下蓋板和所述厚壁鋼筒固定成一體；在所述厚壁鋼筒上設置有連通所述厚壁鋼筒與密封膠囊之間環空的施加圍壓孔；在所述上活塞和試驗用巖樣的中心位置軸向設置有一用于放置動載荷施加工具的動載荷壓力孔；所述下蓋板處設置一用于測量所述試驗用巖樣的中心內壁孔動載荷值的動載荷測量壓力計。

所述試驗用巖樣頂部與所述上活塞之間設置一密封墊，所述試驗用巖樣底部與所述下活塞之間設置另一密封墊。

所述上活塞和所述下活塞周向設置有若干O型密封圈。

所述施加圍壓孔包括沿所述厚壁鋼筒軸向設置的注油孔，以及沿所述厚壁鋼筒徑向設置的注氣孔。

所述施加圍壓孔為一個，或者為對稱布置的兩個。

所述動載荷施加工具內部裝有火藥，通過控制火藥量，以及點火頭電點火起爆使之爆燃，釋放可控的動載荷。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明由于在施加圍壓孔一端連接一氣瓶，因此能夠按照需要施加一定氣體壓力，通過在密封膠囊和厚壁鋼筒之間的液壓油將壓力傳遞給試驗巖樣，進而實現對試驗用巖樣施加恒定圍向壓力。2、本發明可以通過刻度扳手調節試驗用巖樣所在厚壁鋼筒上蓋板處的螺栓，施加對試驗用巖樣恒定軸向壓力。3、本發明可以通過動載荷壓力孔上施加的動載荷壓力工具所釋放的動載荷作用在試驗用巖樣內壁孔，并通過下蓋板處安放的動載荷測量壓力計，在恒定圍向壓力和軸向壓力確定后，測量動載荷情況，從而對巖石動載荷破壞情況進行評估。4、本發明還可以去掉試驗用巖樣周圍的密封膠囊，通過氣瓶從施加圍壓孔施加壓力，采用氣體壓力對試驗用巖樣外部向中心孔進行滲流，測量中心孔壓力變化情況，反推出試驗用巖樣的滲透率值。實現該裝置不需要變動即可測量巖樣在動載荷施加前后的滲透率的變化情況，進一步用滲透率變化情況來評價巖樣在動載荷下破壞的情況。本發明可以作為動態破壞試驗裝置廣泛用于模擬地層巖石動態破壞試驗過程中。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖

圖2是本發明內部結構示意圖

圖3是本發明巖樣裝備示意圖

圖4是本發明施加圍壓結構示意圖

圖5是本發明上蓋板結構示意圖

圖6是本發明下蓋板結構示意圖

具體實施方式