[實用新型]一種圍壓水力壓裂實驗裝置

有效

• 申請號: 201420254276.8
• 申請日: 2014-05-17
• 公開（公告）號: CN203822282U
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 成云海;馬衍坤;朱萌萌;鞏華剛;王維德;孫建;田厚強;吳振虎;成琦
• 申請（專利權）人: 成云海
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B47/00;E21B49/00
• 代理公司: 合肥順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 周發軍

技術領域

本實用新型涉及一種圍壓水力壓裂實驗裝置。

背景技術

水力致裂技術最早應用在石油工程來提高貧油井的產量，逐漸成為測定深部地層原地應力的最可靠方法之一。在地熱資源的開發、核廢料的儲存等領域也得到了重要應用。因此，水力壓裂技術具有重要工業價值和經濟效益。

水力壓裂中的破裂壓力是使地層產生水力裂縫或張開原有裂縫時井底流體壓力，而破裂壓力梯度是指破裂壓力和深度的比值稱之為破裂壓力梯度，地層破裂壓力是確定井下管柱、井下工具、井口裝置壓力極限的主要依據；根據破裂壓力可以確定壓裂施工時的最高地面泵壓、泵注排量以及需用設備功率。目前地層破裂壓力較高，是因為地層地應力大；非均勻性弱，高溫高壓下塑性強，泊松比大；地層滲透性低；高滲透和非滲透層間的破裂壓力差值可達30％以上；地層塑性大，可變形性強，不易壓裂。

在水力壓裂中，水力裂縫起裂從點源開始，逐步連接成線源縫，井筒周圍裂縫起裂可能是多條縫，在裂縫延伸過程中逐步形成一條主縫，地層破裂形成裂縫，首先要克服地應力及巖石的抗張強度。一般來說，巖石的抗張強度比抗壓強度低得多，而且由于節理或天然裂縫的作用，在一些地層破裂的模式中，也采用巖石抗張強度為零的假說。裂縫的延伸是指巖石破裂形成裂縫后，在縫內液體壓力作用下繼續向前擴展的過程，主要研究側向與垂向上的延伸，它的延伸平面總是垂直于最小主地應力方向，也即沿著最大主地應力方向。地層破裂在近井筒地帶形成裂縫的幾何形態是較復雜的，也可能是多條縫。隨著裂縫的延伸，逐漸形成一條主縫，在天然裂縫發育等條件下，將會出現多裂縫。裂縫的延伸壓力是指擴展裂縫所需要的壓力，一般低于破裂壓力，但有些天然裂縫發育的地層，地層破裂壓力并不明顯。

在中國專利申請號：201010612685中公開了一種煤巖鉆孔水力致裂實驗裝置,包括樣品裝置系統、圍壓系統、致裂系統、封閉系統和監測系統,樣品裝置系統包括樣品缸,樣品缸內的底部設有篩筒,篩筒底部設有出水管,篩筒上方的樣品缸內盛裝有樣品,樣品內設有模擬鉆孔；圍壓系統包括充氣子系統和充水子系統,致裂系統包括致裂高壓水泵,致裂高壓水泵的出水口通過致裂管路與所述模擬鉆孔相連通；封閉系統包括樣品缸密封裝置和實驗缸密封裝置；監測系統包括設在樣品缸外壁上的聲發射傳感器。該技術方案可以在實驗室進行模擬實驗,查明煤礦井下本煤層鉆孔水力壓裂過程裂縫起裂、擴展、延伸變化規律,了解裂縫延伸方向,進而指導現場壓裂,從而大大提高壓裂效果。但是，預測得到的裂縫延伸壓力往往與實測數值有很大差距，這是由于該技術方案不能對裂縫進行準確定位，也不能進行應力、應變效應的分析，設計模型的一些假設條件，并不一定符合實際的地層條件,所以該實驗裝置還有待進一步改進。

實用新型內容

針對上述問題，本實用新型提供了一種能夠在不同圍壓下對不同煤巖樣進行注水壓破裂模擬實驗，并在實驗中有效地觀察水力裂縫形態和位置的裝置，即一種圍壓水力壓裂實驗裝置。

為了解決上述問題，本實用新型提供的技術方案為：

一種圍壓水力壓裂實驗裝置，涉及試樣，包括圍壓裝置、采集所述試樣的事件發生時與事件有關信息的采集裝置；所述圍壓裝置包括承壓軸、端蓋、與所述端蓋形成密封空間的腔體、排氣閥、第一、第二、第三注水閥、真空泵、壓力變送器、水泵、注水管；所述承壓軸穿過所述端蓋并深入所述腔體中，所述排氣閥與所述腔體內部連通，所述注水管一端插入所述試樣中，另一端與所述第二注水閥相連，所述第二注水閥的另一端與所述真空泵管道連接，所述壓力變送器一端與真空泵管道連接，另一端與所述第一注水閥管道連接，所述第三注水閥與所述腔體內部連通，所述第一注水閥、第三注水閥均與所述水泵管道連接；所述采集裝置包括聲發射傳感器、聲音接收器、應力應變片、應力應變儀，所述聲發射傳感器、應力應變片安裝在所述試樣表面，所述聲發射傳感器與所述聲音接收器電連接，所述應力應變片與所述應力應變儀電連接。通過利用聲發射原理、應力、應變效應，能夠較為試樣真實的壓裂過程，尤其能定位出破裂位置，記錄破裂釋放出的波形和頻率等系列特征，模擬不同圍壓條件下、不同煤巖樣水力壓裂的相關參數變化及破裂規律。

優選的，所述注水管為金屬管。

優選的，所述金屬管為銅管。

優選的，所述水泵為柱塞計量泵；柱塞計量泵的流量可從百分之零到百分之百動態調節；脈沖小，工作平穩。

優選的，所述試樣為地層的煤巖試樣。

優選的，所述腔體上設有放水閥，便于將腔體內水放掉，從而繼續下一組實驗，

優選的，所述腔體為透明腔體，便于在腔體外進行觀察。