[發(fā)明專利]一種用于水壓致裂實(shí)驗(yàn)的水壓供給控制裝置及其試驗(yàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510814587.4
• 申請日: 2015-11-20
• 公開（公告）號: CN105352788A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張波;劉紀(jì)陽;李術(shù)才;李海燕;張敦福;楊為民;王琦;楊磊;李邦翔;劉剛;張運(yùn)鴻;唐鵬越;王新;胡玉慶
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/12
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于水壓致裂實(shí)驗(yàn)的水壓供給控制裝置及其試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

水壓致裂是近幾十年發(fā)展起來的一種新興技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是利用流體傳壓的特性，將流體注入到多孔介質(zhì)中，促使裂隙生成并沿一定方向擴(kuò)展。水壓致裂在石油工業(yè)中采用以來，對油氣田的勘測和開發(fā)起到了重要的作用。自1947年美國進(jìn)行第一次水壓致裂以來，從理論研究到現(xiàn)場實(shí)踐在國內(nèi)外都取得了較大的發(fā)展。水壓致裂室內(nèi)模擬試驗(yàn)是直觀認(rèn)識裂縫起裂和延伸，探索裂縫起裂及擴(kuò)展機(jī)理的重要手段，對實(shí)際工程中，更好的發(fā)揮水壓致裂技術(shù)的作用具有十分重要意義。

目前常用的水壓致裂設(shè)備是大型三軸水壓致裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由大型真三軸試驗(yàn)架，水壓加載裝置，壓力板，穩(wěn)壓源，控制器及其他輔助設(shè)備構(gòu)成。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)三軸圍壓下的水壓致裂。缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，建設(shè)成本高，占用物理空間較大，不易實(shí)現(xiàn)水壓致裂實(shí)驗(yàn)的大量推廣。我們發(fā)明的水壓供給和控制裝置，在現(xiàn)有單軸、雙軸及三軸壓力機(jī)的配合下，很容易實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸及三軸圍壓下的水壓致裂實(shí)驗(yàn)。目前在國內(nèi)高校及科研機(jī)構(gòu)中，單軸、雙軸及三軸壓力機(jī)已是大量存在的常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置，配合上我們發(fā)明的水壓供給和控制裝置，可以使水壓致裂實(shí)驗(yàn)的大面積推廣成為現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于水壓致裂實(shí)驗(yàn)的水壓供給控制裝置及其試驗(yàn)方法，該裝置可以與已有壓力機(jī)方便連接，進(jìn)行水壓致裂試驗(yàn)，以解決現(xiàn)有水壓致裂實(shí)驗(yàn)設(shè)備成本過高的問題。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于水壓致裂實(shí)驗(yàn)的水壓供給控制裝置，包括隔膜泵、增壓泵和導(dǎo)水鋼墊板；所述隔膜泵的入口端與水源管路連通，隔膜泵出口端與所述增壓泵的出口端管路連通；所述增壓泵的出口端的另一出口通過高壓管路與所述導(dǎo)水鋼墊板的導(dǎo)水通道管路連通，所述導(dǎo)水鋼墊板可拆卸的置于壓力機(jī)中的試件表面，所述增壓泵將增壓后的高壓液體通過所述導(dǎo)水通道傳送至試件內(nèi)部。

利用增壓泵將水等壓裂液加壓至高壓液體，不僅能滿足水壓致裂試驗(yàn)對高壓水的要求，而且結(jié)構(gòu)簡單，可以直接連到單軸、雙軸及三軸伺服壓力機(jī)上，成本低廉，具有廣泛的適用范圍。

所述增壓泵的入口端與空氣壓縮機(jī)的出口端管路連通。

所述隔膜泵的輸入端與水箱管路連通。

所述導(dǎo)水鋼墊板的橫截面與所述試件接觸面的尺寸一致。

導(dǎo)水鋼墊板的橫截面與試件接觸面的尺寸一致，可以有效的保證液體加壓的密封效果。

所述導(dǎo)水通道在所述導(dǎo)水鋼墊板內(nèi)設(shè)有折彎，所述導(dǎo)水通道的入口端偏離所述導(dǎo)水鋼墊板中心位置處設(shè)定距離，所述導(dǎo)水通道出口端位于所述導(dǎo)水鋼墊板的中心位置。

導(dǎo)水鋼墊板內(nèi)導(dǎo)水通道結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)，可以使壓力機(jī)的壓力加載和水壓控制裝置的水壓加載同時工作，既能承受壓力機(jī)的高壓，又解決了傳統(tǒng)水壓加載裝置無法獨(dú)立于壓力機(jī)的技術(shù)難題。

所述導(dǎo)水鋼墊板的上下表面平滑。

所述增壓泵所提供的壓力范圍為0-300MPa。

所述高壓管路上設(shè)有用以觀測并記錄水壓-時間數(shù)據(jù)的智能儀表。

所述智能儀表設(shè)有用以傳輸所記錄數(shù)據(jù)的USB接口。

一種用于水壓致裂實(shí)驗(yàn)的水壓供給控制裝置的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟1：將隔膜泵和增壓泵的輸入端分別與水源和空氣壓縮機(jī)管路連接，將所述隔膜泵的出口端與所述增壓泵的出口端管路連接；

步驟2：將導(dǎo)水鋼墊板置于試件與壓力機(jī)的加載端頭之間；所述導(dǎo)水鋼墊板的導(dǎo)水通道與所述增壓泵的出口端管路連接；

步驟3：啟動空氣壓縮機(jī)，為所述增壓泵提供初始的氣體壓力，之后啟動增壓泵和隔膜泵，高壓液體的壓力大小通過智能儀表顯示，所述增壓泵將增壓后的高壓液體通過所述導(dǎo)水通道傳送至試件內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)所述高壓液體對試件的致裂加壓；所述空氣壓縮機(jī)、增壓泵和隔膜泵的開啟不分先后順序。

本發(fā)明的有益效果是：

所述的增壓泵可以在0-300MPa內(nèi)，穩(wěn)定、準(zhǔn)確的為設(shè)備提供所需壓力；隔膜泵可以將水等壓裂液提供給增壓泵，將水等壓裂液變?yōu)楦邏阂后w；空氣壓縮機(jī)可以提供初始的氣體壓力；智能儀表可以觀測并記錄水壓-時間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以用USB設(shè)備導(dǎo)出；高壓水管可以傳送液體，并連接本水壓供給裝置和壓力機(jī)；導(dǎo)水鋼墊板內(nèi)部有導(dǎo)水通道可以將高壓液體傳到試塊內(nèi)部，墊板上下表面平滑，可以將壓力機(jī)荷載加載到試件上模擬圍壓。

本發(fā)明可以穩(wěn)定提供水壓，連接到壓力機(jī)上就可以進(jìn)行水壓致裂試驗(yàn)。因此本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，較為簡易、準(zhǔn)確的進(jìn)行水壓的供給、控制和記錄。