[實用新型]一種大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920043019.2
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN209542309U
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫維吉;劉奇;劉香江;趙航;梁冰;秦冰;代樹紅;張柴;馬楊奇
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

一種大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗裝置，由大尺寸真三軸加載模塊、水力伺服泵壓模塊、聲發(fā)射定位模塊、紅外監(jiān)測模塊、試樣裝卸模塊和計算機組成，其中加載板由通過球面相互配合的內(nèi)板和外板組合而成。用該裝置進行頁巖水力壓裂模擬試驗的優(yōu)點是，試驗結(jié)果準(zhǔn)確性不受試樣加工尺寸和平行度偏差的影響，從而降低了對試樣尺寸加工精度的要求，提高了試驗的可靠性；可實時監(jiān)測試驗過程中三軸加載室內(nèi)頁巖受載情況；能夠滿足多尺寸試樣壓裂條件；配合高速攝像機用于單軸水力壓裂模擬試驗，可直接觀測水力裂縫動態(tài)擴展規(guī)律，實現(xiàn)一機多用。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及頁巖氣開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗裝置。

背景技術(shù)

頁巖氣指吸附或游離狀態(tài)下存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖層中的天然氣。我國頁巖氣資源豐富，隨著開采技術(shù)的進步，頁巖氣的開發(fā)利用進入快速發(fā)展時期。

頁巖氣儲層具有質(zhì)密低滲的特點，自然狀態(tài)下頁巖氣藏?zé)o法通過常規(guī)天然氣開采技術(shù)獲得工業(yè)產(chǎn)能，利用水力壓裂技術(shù)對頁巖儲層進行壓裂改造以獲得工業(yè)氣流是目前開采頁巖氣的主要途徑。水力壓裂對增大頁巖儲層滲流空間及導(dǎo)流能力，提高壓裂井初始產(chǎn)量及最終采收率都具有明顯效果。而基于儲層特性開展的室內(nèi)水力壓裂物理模擬試驗，可獲得頁巖水力壓裂基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和裂縫起裂、擴展規(guī)律，為指導(dǎo)現(xiàn)場壓裂施工和預(yù)測產(chǎn)能提供科學(xué)依據(jù)。

針對頁巖氣儲層室內(nèi)水力壓裂物理模擬試驗，一般采用大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗裝置來完成。例如，石油大學(xué)陳勉等在“大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗與分析”(《巖土力學(xué)與工程學(xué)報》2000年6月年第19卷增刊)中披露的由大尺寸真三軸試驗架、伺服增壓泵、聲發(fā)射儀及其它輔助裝置組成的大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗裝置；CN107907422A專利文獻公開的由加載模塊、泵壓模塊、聲發(fā)射模塊、裝卸模塊組成的含溫控系統(tǒng)的大尺寸真三軸水力壓裂試驗機。這些大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗裝置存在以下缺陷：

1、對試樣施加荷載的加載板為單一平板，平板式加載板對試樣的尺寸和平行度要求極其嚴(yán)苛。因試樣尺寸較大，加工偏差導(dǎo)致試件尺寸和平行度無法得到保證時，不規(guī)則試樣在平板加載板施加荷載作用下受力會發(fā)生偏心，影響加載效果；而對不規(guī)則試樣采取澆筑混凝土使其成為規(guī)則試樣，又會影響聲發(fā)射定位的準(zhǔn)確性，試驗結(jié)果的可靠性降低。

2、試樣和加載板緊密接觸，加載空間有限，試驗過程中不能實時監(jiān)測三軸加載室的內(nèi)部情況。

3、加載裝置固定在反力架上，加載裝置行程小，對試樣尺寸大小的適用性差。

4、裝置功能單一，只能用于荷載施加和水力壓裂，不能實時記錄水壓致裂過程中頁巖表面裂縫起裂擴展?fàn)顩r。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗裝置，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

本實用新型提供的大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗裝置，包括用于對大尺寸正方體試樣施加三軸荷載以模擬地應(yīng)力的大尺寸真三軸加載模塊、用于向試樣內(nèi)部輸送高壓壓裂液的水力伺服泵壓模塊、用于實時監(jiān)測水力壓裂過程中裂縫擴展規(guī)律的聲發(fā)射定位模塊、用于試樣裝載和卸載的試樣裝卸模塊和計算機；其特點是，還包括用于試驗過程中實時監(jiān)測三軸加載室內(nèi)部情況的紅外監(jiān)測模塊和用于單軸加載水力壓裂模擬試驗記錄水力裂縫擴展?fàn)顩r的高速攝像機；

所述大尺寸真三軸加載模塊包括電液伺服壓力機、三軸加載室、對試樣施壓的第一扁平千斤頂和第二扁平千斤頂及真三軸加載伺服系統(tǒng)控制箱；其中三軸加載室中有上墊板、下墊板和五塊加載板；每塊加載板由通過球面相互配合的內(nèi)板和外板組成，內(nèi)板的球面為外凸形，外板的球面為凹陷形，球面底面的直徑r2為加載板邊長L的90％；五塊加載板中有四塊對應(yīng)試樣的四個立面置于三軸加載室的四個邊部，其中相鄰的兩塊外板分別與所述第一扁平千斤頂和第二扁平千斤頂相接；另一塊加載板位于所述上墊板的上部，其外板與電液伺服壓力機相接；所述上墊板帶有直角形壓裂液輸送管線通道；所述下墊板的四個角處有起吊用圓孔，三軸加載室底座上有壓裂液出口；