CN107449879B - 岩石三轴压裂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岩石三轴压裂装置,它包括:支架、主腔体、推送机构、水平施力机构、旋转压杆和顶部施力机构;主腔体紧固连接在支架上,主腔体上具有用于容置待测岩石的贯通腔;推送机构设置在支架的底部,推送机构包括第一液压缸和托板;两水平施力机构分别固定连接在主腔体相互垂直的两侧面上,水平施力机构包括固定块和第二液压缸,在每一第二液压缸的活塞杆的顶端固定连接压块,在压块上设置电磁感应器;两旋转压杆分别设置在主腔体上与水平施力机构相对的侧面上,旋转压杆包括螺旋杆和手柄;顶部施力机构包括顶板、第三液压缸和压板,顶板设置在主腔体的顶部,压板固定连接在第三液压缸的活塞杆顶端。

Description

岩石三轴压裂装置
技术领域
本发明涉及一种岩石三轴压裂装置,属于岩石及岩体力学与工程技术领域。
背景技术
水力压裂已经作为提高油气井产量、注水井注入量的主要措施,国内低渗油田的产量和通过水力压裂改造获得的产量也在逐渐增加,特别是现在正处石油工业不景气的时代,对水力压裂技术的广泛应用和深入认真的研究有望给石油工业注入新的活力和生机,水力压裂技术的最优实施和关键性技术的突破,将给石油工业带来不可估量的前景。室内模拟实验是认识水力裂缝起裂和扩展规律的有效研究手段。
当前的真三轴水力压裂设备,大多数无法施加分层应力,模拟真实的地层应力变化。水力压裂过程中,实时判断裂缝走势,当前的设备基本都是基于声发射进行裂缝监测,判断裂缝走势,并需要进行相应的后处理,并不能实时的知道裂缝如何起裂与裂缝延伸的实时走向,而且,当前设备的机械化程度低,需要耗费极大的人力,使实验效率较低。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种用于实验模拟地层水力压裂过程的岩石三轴压裂装置,该装置考虑地层分层应力的影响,能够实时监控岩石起裂和裂缝延伸走向,保证室内模拟实验结果的可信度,同时,该装置的机械化程度高,能够减少实验中的人为误差,提高实验精度和实验效率。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种岩石三轴压裂装置,其特征在于,它包括:支架;
主腔体,所述主腔体紧固连接在所述支架上,所述主腔体上具有用于容置待测岩石的贯通腔;
推送机构,所述推送机构设置在所述支架的底部,所述推送机构包括第一液压缸和托板,三个所述第一液压缸的缸体竖直贯穿所述主腔体,且分设在所述贯通腔的四周不同方位上,所述托板与每一所述第一液压缸的活塞杆固定连接;
水平施力机构,两所述水平施力机构分别固定连接在所述主腔体相互垂直的两侧面上,所述水平施力机构包括固定块和第二液压缸,所述固定块通过螺栓固定连接在所述主腔体的侧面上,在所述固定块上且与所述主腔体的侧面贴合的端面上垂直阵列多个所述第二液压缸,每一所述第二液压缸的活塞杆端伸入所述主腔体的所述贯通腔内,在每一所述第二液压缸的活塞杆的顶端固定连接压块,在所述压块上设置电磁感应器;
旋转压杆,两所述旋转压杆分别设置在所述主腔体上与所述水平施力机构相对的侧面上,所述旋转压杆包括螺旋杆和手柄,所述螺旋杆转动连接在所述主腔体上且其一端伸入所述主腔体的所述贯通腔内,所述手柄固定连接在所述螺旋杆的另一端上;
顶部施力机构,所述顶部施力机构包括顶板、第三液压缸和压板,所述顶板通过三个立柱支撑设置在所述主腔体的顶部,所述第三液压缸的缸体竖直固定在所述顶板上,所述第三液压缸的活塞杆穿过所述顶板后伸入所述主腔体的所述贯通腔内,所述压板固定连接在所述第三液压缸的活塞杆顶端。
所述主腔体、顶板、压板和托板的中心在同一轴线上,所述第三液压缸竖直穿设在所述顶板的中心位置,所述贯通腔位于所述主腔体的中心位置。
在所述托板的底面中心位置设置旋转座,所述旋转座伸出所述托板顶面的一端固定连接底板。
在所述压板的外周固定连接边框,在所述边框的四周边沿处均布多个顶紧螺栓。
还包括手推车,沿所述手推车的车箱长度方向间隔设置多个滚子,所述滚子与所述车箱的两内侧壁转动连接,所述手推车上的行走轮上配有锁紧件。
在所述顶板上且在所述第三液压缸与所述立柱之间设置加强筋。
本发明采用以上技术方案,其具有如下优点:1、本发明通过水平施力机构对待测岩石两相互垂直侧面进行施力,实现对待测岩石的分层施力,同时,水平施力机构的压块上的电磁感应器能够实时记录待测岩石压裂裂缝的起裂和扩展,能够保证室内模拟实验结果的可信度,加深对裂缝起裂的机理认识,对于指导油田矿场水力压裂施工等方面具有重要意义。2、本发明的推送机构、水平施力机构、顶部施力机构均采用液压缸驱动,能够提高整个装置的机械化程度,能够减少实验中的人为误差,提高实验精度和实验效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明的主视结构示意图;
图3是本发明水平施力机构的结构示意图;
图4是本发明液压推杆的结构示意图;
图5是本发明顶部施力机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1~5所示,本发明提供了一种岩石三轴压裂装置,它包括支架1、主腔体2、推送机构3、水平施力机构4和顶部施力机构5;主腔体2紧固连接在支架1上,主腔体2上具有用于容置待测岩石的贯通腔21;推送机构3包括液压缸31和托板32,三个液压缸31的缸体竖直贯穿主腔体2,且分设在贯通腔21的四周不同方位上,托板32与每一液压缸31的活塞杆固定连接;在主腔体2相互垂直的两侧面上分别固定连接一水平施力机构4,水平施力机构4包括固定块41和液压缸42,固定块41通过螺栓固定连接在主腔体2的侧面上,在固定块41上且与主腔体2的侧面贴合的端面上垂直阵列多个液压缸42,每一液压缸42的活塞杆端伸入主腔体2的贯通腔21内,在每一液压缸42的活塞杆的顶端固定连接压块43,在压块43上设置电磁感应器44;在主腔体2上与每一水平施力机构4相对的侧面均设置一旋转压杆6,旋转压杆6包括螺旋杆61和手柄62,螺旋杆61转动连接在主腔体2上且其一端伸入主腔体2的贯通腔21内,在螺旋杆61的另一端上固定连接手柄62;顶部施力机构5设置在主腔体2的顶部,顶部施力机构5包括顶板51、液压缸52和压板53,顶板51通过三个立柱56支撑设置在主腔体2的顶部,液压缸52的缸体竖直固定在顶板51上,液压缸52的活塞杆穿过顶板51后伸入主腔体2的贯通腔21内,压板53固定连接在液压缸52的活塞杆顶端。
进一步地,主腔体2、顶板51、压板53和托板32的中心在同一轴线上,液压缸52竖直穿设在顶板51的中心位置,贯通腔21位于主腔体2的中心位置。
进一步地,在托板32的底面中心位置设置旋转座33,旋转座33伸出托板32顶面的一端固定连接底板34,当待测岩石放置在底板34上时,可通过转动旋转座33调节待测岩石的放置方位。
进一步地,在压板53的外周固定连接边框54,在边框54的四周边沿处均布多个顶紧螺栓55,随着水平施力机构4和顶部施力机构5对待测岩石的挤压施力,调节顶紧螺栓55保证边框54始终夹紧待测岩石顶面四周,保证待测岩石顶面中心位置受力。
进一步地,本发明还包括一手推车7,沿手推车7的车箱71长度方向间隔设置多个滚子72,滚子72与车箱71的两内侧壁转动连接,手推车7上的行走轮73上配有锁紧件,能够将岩石方便的送至整个岩石三轴压裂装置的底部,降低工作人员的劳动强度。
进一步地,在顶板51上且在液压缸52与立柱56之间设置一加强筋,保证顶板51与立柱56的连接强度以及液压缸52与顶板51之间的竖直连接强度。
本发明的使用过程如下:先用手推车7将待测岩石送至整个岩石三轴压裂装置的底部,利用锁紧件将手推车7的行走轮73锁紧,将手推车7固定在合适位置;推送机构3的三个液压缸31的活塞杆向下运动,将托板32下降至适当位置;将待测岩石移至底板34上,转动旋转座33调整待测岩石的方位,再控制液压缸31的活塞杆向上运动,将待测岩石送至主腔体2的贯通腔21内;待测岩石两互为垂直的侧面通过两个水平施力机构4施力,同时待测岩石两互为垂直的侧面的对侧面分别通过旋转压杆6的螺旋杆62顶紧;顶部施力机构5的液压缸52的活塞杆下移,带动压板53下移对岩石顶面施力;水平施力机构4的多个液压缸42的活塞杆伸长,带动压块43对待测岩石侧面施力,压块43上设有电磁感应器44,当待测岩石由于受力开始出现裂纹时,待测岩石侧面形成裂缝面会改变电磁感应器44周围的磁场,根据电磁感应器44上的数据进行采集、处理、分析研究,能够实现实时记录待测岩石压裂裂缝的起裂和扩展,保证室内模拟实验结果的可信度,可以加深对裂缝起裂的机理认识,对于指导油田矿场水力压裂施工等方面具有重要意义,同时,该装置的机械化程度高,能够减少实验中的人为误差,提高实验精度和实验效率。
本发明仅以上述实施例进行说明,各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上,凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换,均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种岩石三轴压裂装置,其特征在于,它包括:
支架;
主腔体,所述主腔体紧固连接在所述支架上,所述主腔体上具有用于容置待测岩石的贯通腔;
推送机构,所述推送机构设置在所述支架的底部,所述推送机构包括第一液压缸和托板,三个所述第一液压缸的缸体竖直贯穿所述主腔体,且分设在所述贯通腔的四周不同方位上,所述托板与每一所述第一液压缸的活塞杆固定连接;
水平施力机构,两所述水平施力机构分别固定连接在所述主腔体相互垂直的两侧面上,所述水平施力机构包括固定块和第二液压缸,所述固定块通过螺栓固定连接在所述主腔体的侧面上,在所述固定块上且与所述主腔体的侧面贴合的端面上垂直阵列多个所述第二液压缸,每一所述第二液压缸的活塞杆端伸入所述主腔体的所述贯通腔内,在每一所述第二液压缸的活塞杆的顶端固定连接压块,在所述压块上设置电磁感应器;
旋转压杆,两所述旋转压杆分别设置在所述主腔体上与所述水平施力机构相对的侧面上,所述旋转压杆包括螺旋杆和手柄,所述螺旋杆转动连接在所述主腔体上且其一端伸入所述主腔体的所述贯通腔内,所述手柄固定连接在所述螺旋杆的另一端上;
顶部施力机构,所述顶部施力机构包括顶板、第三液压缸和压板,所述顶板通过三个立柱支撑设置在所述主腔体的顶部,所述第三液压缸的缸体竖直固定在所述顶板上,所述第三液压缸的活塞杆穿过所述顶板后伸入所述主腔体的所述贯通腔内,所述压板固定连接在所述第三液压缸的活塞杆顶端。
2.如权利要求1所述的岩石三轴压裂装置,其特征在于:所述主腔体、顶板、压板和托板的中心在同一轴线上,所述第三液压缸竖直穿设在所述顶板的中心位置,所述贯通腔位于所述主腔体的中心位置。
3.如权利要求1或2所述的岩石三轴压裂装置,其特征在于:在所述压板的外周固定连接边框,在所述边框的四周边沿处均布多个顶紧螺栓。
4.如权利要求1所述的岩石三轴压裂装置,其特征在于:还包括手推车,沿所述手推车的车箱长度方向间隔设置多个滚子,所述滚子与所述车箱的两内侧壁转动连接,所述手推车上的行走轮上配有锁紧件。
5.如权利要求1所述的岩石三轴压裂装置,其特征在于:在所述顶板上且在所述第三液压缸与所述立柱之间设置加强筋。
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