CN108303517A - 薄体重载荷加压板 - Google Patents

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付海峰
胥云
刘云志
管保山
严玉忠
梁天成
张建华
顾吉胜
陈兆凤
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EXPLORATION AND DEVELOPMENT RESEARCH INST CHINA NATIONAL PETROLEM CORP
JIANGSU HUAAN SCIENTIFIC RESEARCH DEVICES Co Ltd
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EXPLORATION AND DEVELOPMENT RESEARCH INST CHINA NATIONAL PETROLEM CORP
JIANGSU HUAAN SCIENTIFIC RESEARCH DEVICES Co Ltd
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

薄体重载荷加压板，属于水力压裂模拟试验领域。包括方形的金属板体，金属板体内设置有流体介质空腔，金属板体上还连接有介质进口接头和介质出口接头。本发明的明显有益效果：1）结构简单，加工制造及维护简单；2）体积小、重量轻、加载面大、承载压力高；3）可以不受岩石尺寸的限制，任意加载；4）加载迅速并可以精确的控制各向压力；5）在真三轴岩石压裂模拟试验中取代油缸所能发挥的功能。

Description

薄体重载荷加压板
技术领域
本发明属于水力压裂模拟试验领域，具体为一种薄体重载荷加压板。
背景技术
水力压裂技术是石油能源工业中的重要技术之一，它在油气藏勘探开发中所表现出的地位和产生的效果使其成为石油勘探开发中不可缺少的一项配套技术、开发方式和增产手段。在油气田开发中，水力压裂可实现低渗透油气藏的高效开发，保持常规油田稳产增产，有助于老油田的开发调整及挖潜，实现特殊类型油气藏的开发和增产。压裂理论、压裂模拟模型、压裂裂缝监测及压裂效果评价方法等将仍是未来压裂技术研究的热点。
真三轴水力致裂压裂模拟装置，加载应力取决于地层深度，一般从地层表面到试验岩石的地层少则成百上千米，多则几千米。上覆岩层压力为0.023MPa/m，当岩石地层浓度为3000米时，上覆压力就是69MPa。如果实验岩石为1米×1米×1米，则需要1×1×69×1000000=69000000（牛顿）的油缸才能满足实验要求，换算成吨就是69000000÷9.8÷1000=7040（吨）。目前，常见有两种加载方式：外置式三轴液压缸、内置式短程液压缸式，加载应力的大小直接关系到液压缸的大小和重量；由于外置式液压缸正常液压流体加载不会超过50MPa，满足这样的吨位要求，需要外置式液压缸体积相当庞大，且造价高昂。因此，在大应力、大体积的岩石三轴压裂模拟试验采用外置式三轴液压缸是不现实的。而采用短程液压缸式大大减少了体积，但是，加载工作压力低，远不能满足最大压力0-69MPa（1000×1000×1000mm）的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种加载面大、承载压力高、加载迅速、占用体积小、重量轻的薄体重载荷加压板。
实现上述目的的技术方案是：薄体重载荷加压板，其特征在于：包括方形的金属板体，金属板体内设置有流体介质空腔，金属板体上还连接有介质进口接头和介质出口接头。
试验表明，薄体重载荷加压板的变形范围在0-3.5mm，适用于小变形范围内的加载。由于岩石的压缩系数小，就砂岩而言，泊松比u约为0.28，孔隙度约为15%，其孔隙压缩系数Cp约为0.054MPa-1，根据其孔隙体积压缩系数公式Cp=（φ/1-φ）×Cs，Cs为骨架压缩系数，根据公式求得Cs=0.306 MPa-1，根据骨架压缩系数公式Cs=3（1-2u）×104/E，E为弹性模量，这样求得砂岩的弹性模量约为43125MPa，根据弹性模量计算公式E=δ/ξ，δ为应力, ξ为应变，加载的应力为69MPa,则ξ=0.0016, ξ=△L/L，将L取为1000mm,则砂岩在69MPa的作用下变形量△L=在真三轴条件下岩石的最大压缩量为1-2mm，薄体重载荷加压板完全可以满足岩石的压缩变形要求。
本发明的明显有益效果：1）结构简单，加工制造及维护简单；2）体积小、重量轻、加载面大、承载压力高；3）可以不受岩石尺寸的限制，任意加载；4）加载迅速并可以精确的控制各向压力；5）在真三轴岩石压裂模拟试验中取代油缸所能发挥的功能。
进一步地，所述金属板体包括上板体和下板体，上板体和下板体的四周设置有相互密封焊接的折边。
进一步地，为保证内腔的液体彻底排空，所述金属板体内侧的下表面均布有纵横交错的沟槽，所述介质出口接头对应连通一个或两个沟槽的端口。
进一步地，所述折边呈弧形，上板体和下板体周向的折边相互贴合，便于焊接。
进一步地，折边与上板体、下板体的过渡位置设置有倒圆角结构。
进一步地，所述上板体、下板体四周的折边之间设置有加强板，上板体、下板体四周的折边与加强板之间相互密封焊接，保证焊接位置的密封效果。
进一步地，所述金属板体的四周设置有压条，压条的内侧中部设置有插槽，上板体和下板体四周相互焊接的折边边沿部插置于压条的插槽内、并密封焊接为整体。
进一步地，所述介质进口接头和介质出口接头安装在压条上、并与压条之间设置有密封圈。
进一步地，压条的厚度不大于金属板体的厚度，避免载荷施加在压条上。
进一步地，所述金属板体和压条均采用高强双相合金材料。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为模拟试验系统原理图；
图4为薄体重载荷加压板设置在试验模型内的结构示意图；
图5为金属板体内侧下表面的结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括设置有流体介质空腔3的金属板体1，金属板体1包括上板体11和下板体12，上板体11和下板体12的四周设置有弧形的折边13，折边13与上板体11、下板体12的过渡位置设置有倒圆角结构，上板体11、下板体12四周的折边13之间设置有加强板14，上板体11、下板体12四周的折边12与加强板14之间相互密封焊接。
金属板体1的四周设置有压条2，压条2的内侧中部设置有插槽21，上板体11和下板体12四周相互焊接的折边13的边沿部插置于压条2的插槽21内、并密封焊接为整体。
其中一端的压条2上安装有与流体介质空腔3连通的介质进口接头15和介质出口接头16，介质进口接头15、介质出口接头16与压条2之间设置有密封圈17。
作为本实施例的进一步说明，金属板体1和压条2均采用高强双相合金材料。
作为本实施例的进一步说明，压条2的厚度不大于金属板体1的厚度。
如图5所示，作为本实施例的进一步说明，金属板体1内侧的下表面均布有纵横交错的沟槽30，介质出口接头16对应连通一个或两个沟槽30的端口。
图3为本发明的模拟试验系统原理图，包括设置于试验模型4内的薄体重载荷加压板5、介质储罐6、加压泵7、真空泵8，加压泵7的进口端连接介质储罐6，介质储罐6内储存有任意气体或液体介质，加压泵7的出口端通过进口端阀门9连接薄体重载荷加压板5的介质进口接头，薄体重载荷加压板5的介质出口接头通过出口端阀门10连接真空泵8，出口端阀门10的输入端旁接有压力表21和安全溢流阀22。
如图4所示，试验模型4包括设置在刚性约束框41内的方形岩石42，方形岩石42的四周以及上下端面设置有刚性垫块43，薄体重载荷加压板5分别设置在刚性垫块43与刚性约束框41之间。
工作时，打开出口端阀门9，关闭进口端阀门9，启动真空泵8，此时薄体重载荷加压板5内的空气和残余液将通过沟槽30排出，当薄体重载荷加压板5的压力抽至-0.1Mpa后，关闭出口端阀门10，打开进口端阀门9，设置好薄体重载荷加压板5所需压力、并启动加压泵7。这时，介质储罐6内的介质会分别通过沟槽30进入薄体重载荷加压板5内，薄体重载荷加压板5就会膨胀，当薄体重载荷加压板5膨胀到接触刚性约束框41和方形岩石42的时候，加薄体重载荷加压板5的介质产生压力，直到达到设定的压力。当然，为避免误操作或加压泵7失控所导致压力不受控制一直上升，造成安全引患，我们在出口端阀门10的输入端旁接了安全溢流阀22，保证试验安全。
实验表明，薄体重载荷加压板的变形范围在0-3.5mm，适用于小变形范围内的加载。由于岩石的压缩系数小，就砂岩而言，泊松比u约为0.28，孔隙度约为15%，其孔隙压缩系数Cp约为0.054MPa-1，根据其孔隙体积压缩系数公式Cp=（φ/1-φ）×Cs，Cs为骨架压缩系数，根据公式求得Cs=0.306 MPa-1，根据骨架压缩系数公式Cs=3（1-2u）×104/E，E为弹性模量，这样求得砂岩的弹性模量约为43125MPa，根据弹性模量计算公式E=δ/ξ，δ为应力，ξ为应变，加载的应力为69MPa，则ξ=0.0016, ξ=△L/L，将L取为1000mm，则砂岩在69MPa的作用下变形量△L=在真三轴条件下岩石的最大压缩量为1-2mm，薄体重载荷加压板完全可以满足岩石的压缩变形要求。

Claims (10)

1.薄体重载荷加压板，其特征在于：包括方形的金属板体，金属板体内设置有流体介质空腔，金属板体上还连接有介质进口接头和介质出口接头。
2.根据权利要求1所述的薄体重载荷加压板，其特征在于：所述金属板体包括上板体和下板体，上板体和下板体的四周设置有相互密封焊接的折边。
3.根据权利要求1所述的薄体重载荷加压板，其特征在于：所述金属板体内侧的下表面均布有纵横交错的沟槽，所述介质出口接头对应连通一个或两个沟槽的端口。
4.根据权利要求2所述的薄体重载荷加压板，其特征在于：所述折边呈弧形。
5.根据权利要求2所述的薄体重载荷加压板，其特征在于：折边与上板体、下板体的过渡位置设置有倒圆角结构。
6.根据权利要求2所述的薄体重载荷加压板，其特征在于：所述上板体、下板体四周的折边之间设置有加强板，上板体、下板体四周的折边与加强板之间相互密封焊接。
7.根据权利要求2—6中任一项所述的薄体重载荷加压板，其特征在于：所述金属板体的四周设置有压条，压条的内侧中部设置有插槽，上板体和下板体四周相互焊接的折边边沿部插置于压条的插槽内、并密封焊接为整体。
8.根据权利要求7所述的薄体重载荷加压板，其特征在于：所述介质进口接头和介质出口接头安装在压条上、并与压条之间设置有密封圈。
9.根据权利要求7所述的薄体重载荷加压板，其特征在于：压条的厚度不大于金属板体的厚度。
10.根据权利要求1—6中任一项权利要求所述的薄体重载荷加压板，其特征在于：所述金属板体和压条均采用高强双相合金材料。
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