CN109916725B - 一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法 - Google Patents
一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109916725B CN109916725B CN201910058287.6A CN201910058287A CN109916725B CN 109916725 B CN109916725 B CN 109916725B CN 201910058287 A CN201910058287 A CN 201910058287A CN 109916725 B CN109916725 B CN 109916725B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid nitrogen
- rock sample
- central hole
- top plate
- rock
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 288
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 178
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 144
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000008014 freezing Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 238000007710 freezing Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005336 cracking Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 113
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 claims description 6
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 47
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009967 tasteless effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法，系统：顶板和底座上下相对地设置，并通过多根连接杆固定连接，在顶板、底座和多根连接杆之间形成圆柱形的夹持空间；所述岩心束缚套、液压缸同轴心地设置在夹持空间的上部、下部，且液压缸的缸筒座支设在底座的上部，岩心束缚套的上下两端分别与顶板的下端面、液压缸的活塞杆的端部抵接配合；顶板在对应夹持空间的轴心处开设有贯穿厚度方向的轴向中心孔，并在径向上开设有与轴向中心孔相连通的径向孔道A和B；方法：制造岩样；加载岩样；注入液氮，并记录实验数据；结束。该系统能得到岩性、液氮流量、液氮注入时间等因素对岩石损伤特性的影响，能获取岩石在液氮气化膨胀作用下的宏观破坏特征。
Description
技术领域
本发明涉及涉及低温流体冷冻及气化膨胀致裂的实验测试系统，具体涉及一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法，属于岩石破碎及油气开采技术领域。
背景技术
当前，水力压裂技术是维持油气经济开采的必要手段，包括页岩气、煤层气等非常规资源大多需要经过压裂改造后方能投产。但随着油气勘探开始向更加致密地层的发展，水力压裂在现场应用中逐步呈现出一系列问题。首先，在水力压裂结束后，大量水分会滞留在裂缝附近的地层中，导致这些区域含水饱和度升高，从而产生水锁伤害。另外，储层中粘土矿物遇水会发生膨胀，进而会堵塞渗流通道。再者，水力压裂需要消耗大量的水资源，会进一步加剧干旱地区水资源的紧张形势。同时，压裂液中含有大量的化学成分，会对地表及地下水资源造成污染。
为了能够解决水力压裂存在的问题，同时消除该技术对环境造成的不利影响。石油工作者们正致力于寻找水基压裂液的替代用品。液氮无色无味，在大气压下温度约为-195.8℃，曾作为压裂液用于储层压裂改造中，并取得了较好的增产效果。随着无水压裂技术的发展，该技术开始受到重视。液氮不含任何水相，有望解决常规水力压裂存在的储层伤害，水资源消耗和污染等问题。液氮压裂一个最显著特点就是液氮能引起储层周围温度的骤降，从而在岩石内部产生热应力，使岩石内部产生裂隙。热应力还会在裂隙尖端产生应力集中，当应力强度因子大于岩石断裂韧性时，裂隙会进一步扩展。
当液氮与岩石接触时，除了对岩石产生低温致裂效果之外，自身还会发生气化膨胀。液氮气化后体积会迅速膨胀，进而导致压力快速升高。研究表明，井底条件下，液氮气化膨胀后体积可以增加8倍左右。因此，在液氮压裂过程中，液氮的气化膨胀可以有效提高井底以及裂缝内的流量，从而提高储层的破裂体积。液氮在短时间内的气化膨胀还会在裂缝内产生强烈的压力波，在气压冲击作用下，裂缝周围的岩石还会发生松动形成微裂缝体系，从而增加岩石基质的渗透率。微裂隙内的液氮发生气化膨胀时，还会促进微裂隙面张开和延伸，使得微裂隙尺度和密度增加，有利于增加储层的整体改造体积。
当前，关于液氮致裂方面的研究主要针对于岩石与液氮接触后微观结构及力学性质的变化规律，对于岩石在液氮低温冷冻和气化膨胀共同作用下的破裂特征及机理尚缺乏系统研究。特别是，液氮低温冷冻对岩石造成的损伤对岩石宏观破裂特征的影响无法进行定量的评价。因此，开展液氮冷冻及气化膨胀作用下的岩石破裂实验研究，对于完善液氮压裂基础理论具有重要意义。为此，设计了一套液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，用于模拟液氮注入过程中岩石的液氮冷冻及气化膨胀作用下的破裂过程，根据实验所监测的压力数据及岩石破裂参数，揭示岩石的损伤及破裂机理，评价液氮冷冻-气化膨胀对岩石的致裂造缝能力。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，该系统不仅能够测试岩石与液氮接触过程中的微破裂特征，得到岩性、液氮流量、液氮注入时间等因素对岩石损伤特性的影响，还能进一步获取岩石在液氮气化膨胀作用下的宏观破坏特征，能为评价液氮提高储层岩石可压性和破裂程度的可行性提供理论依据。
为了实现上述目的，本发明提供一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，包括岩样夹持单元、数据采集单元和液氮加载单元；
所述液氮加载单元包括自增压式液氮罐、液氮注入管路、导管和液氮排出管路，所述自增压式液氮罐上连接有出液阀，出液阀通过液氮注入管路与导管的进液端连接；
所述岩样夹持单元包括顶板、底座、岩心束缚套和液压缸；所述顶板和底座上下相对地设置，并通过周向均匀分布的多根连接杆固定连接，在顶板、底座和多根连接杆之间形成圆柱形的夹持空间；所述岩心束缚套、液压缸同轴心地设置在夹持空间的上部、下部，且液压缸的缸筒座支设在底座的上部，岩心束缚套的上下两端分别与顶板的下端面、液压缸的活塞杆的端部抵接配合；顶板在对应夹持空间的轴心处开设有贯穿厚度方向的轴向中心孔，并在径向上开设有与轴向中心孔相连通的径向孔道A和径向孔道B；液压缸的无杆腔连接有动力源；
所述数据采集单元包括压力传感器、温度传感器和智能终端；压力传感器连接在液氮排出管路上，温度传感器连接在径向孔道B中，智能终端分别与压力传感器和温度传感器连接；
所述导管的出液端穿过轴向中心孔伸入到夹持空间中，导管与轴向中心孔上端之间的间隙通过密封件A密封；液氮排出管路的进液端与径向孔道A的端部连接。
在该技术方案中，顶板和底板之间通过连接杆固定连接，并在顶板、底板和连接杆之间围成的夹持空间的上部和下部分别设置岩心束缚套和液压缸，这样，能在岩样加载到岩心束缚套中时，通过液压缸活塞杆的伸出使岩样的上端面与顶板的下端面紧密接触，以利于实现岩样和顶板之间的密封连接，从而能保证岩样中心孔与轴向中心孔的连接处具有良好的密封性，密封件A的设置能实现导向与轴向中心孔上端之间的良好密封，从而能保证注入的液氮能够有效的作用于岩样，同时，能保证排出的液氮全部通过径向通道A排入液氮排出管路。该系统能模拟液氮注入过程中岩石的液氮冷冻及气化膨胀作用下的破裂过程，有助于根据实验所监测的压力数据及岩石破裂参数，揭示岩石的损伤及破裂机理，评价液氮冷冻和气化膨胀共同作用下对岩石的致裂造缝的能力。
进一步，为了便于手动控制活塞杆的伸出过程，所述动力源为手压泵，所述手压泵的出液端通过液压油液供应管路与液压缸的无杆腔连通，所述液压油液供应管路上连接有压力表A。
进一步，为了提高实验过程中的安全系数，所述自增压式液氮罐上连接有压力表B和安全阀。
进一步，为了便于精确控制实验过程，所述液氮加载单元还包括耐低温球阀A和耐低温球阀B，耐低温球阀A和耐低温球阀B分别设置在液氮排出管路和液氮注入管路上。
进一步，为了便于对岩样进行包裹，所述岩心束缚套由两个半圆形套筒围合而成，两个半圆形套筒之间通过螺栓固定连接。
进一步，为了便于安装，同时，也为了能保证良好的密封性能，所述密封件A为内卡套接头。
进一步，为了便于自动化地采集和记录实验数据，所述压力表A和压力表B均与智能终端连接。
作为一种优选，所述岩心束缚套的内径为100mm，其高度为200mm。
作为一种优选，所述径向孔道A和径向孔道B均位于顶板厚度方向的中心。
本发明还提供了一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试方法，包括收下步骤：
S1:制作圆柱形的岩样，并在岩样一端的轴心处钻出岩样中心孔；
S2:在顶板的中心开设轴向中心孔、径向通道A和径向通道B；顶板和底座以上下相对的方式布置，并通过周向均匀分布的多根连接杆固定连接形成夹持空间；
S3：将液压缸设置在底座上，再将岩样以岩样中心孔朝上的方式放置在活塞杆的上端，并保证岩样中心孔对准轴向中心孔；
S4：将导管通过轴向中心孔插入岩样中心孔的内部，并使导管的出液端靠近岩样中心孔底部，通过密封件A将导管与轴向中心孔上端之间的间隙密封；
S5:将两个半圆形套筒围合并包裹在岩样的外侧，并通过螺栓固定连接形成岩心束缚套；
S6:利用手压泵向液压缸的无杆腔中压入乳化液，推动活塞杆向上移动，直至岩样的上端与顶板的下端面紧密接触；
S7:关闭自增压式液氮罐上的排空阀，打开出液阀，并打开液氮排出管路上的耐低温球阀A和液氮注入管路上的耐低温球阀B；液氮在自增压式液氮罐内压力的作用下依次通过液氮注入管路和导管的通路进入岩样中心孔内，然后再经导管与岩样中心孔壁面之间的环形间隙、径向孔道A和液氮排出管路的通路排出；智能终端分别通过压力传感器、温度传感器实时采集并记录实验过程中排出液的压力、温度；
S8:实验结束后，关闭自增压式液氮罐上的出液阀，并打开排空阀，同时，关闭液氮排出管路和液氮注入管路上的耐低温球阀A和耐低温球阀B。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中岩样夹持单元的结构示意图；
图3是图2的立体图；
图4是图3的俯视图；
图5是岩样与顶板相配合的结构示意图。
图中：1、自增压式液氮罐，2、压力表B，3、安全阀，4、岩样，5、顶板，6、岩心束缚套，7、液压缸，8、底座，9、压力传感器，10、温度传感器，11、智能终端，12、液氮注入管路，13、导管，14、液氮排出管路，15、连接杆，16、手压泵，17、活塞杆，18、压力表A，19、岩样中心孔，20、轴向中心孔，21、密封件A，22、径向孔道A，23、密封件B，24、螺栓，25、耐低温球阀A，26、电缆，27、耐低温球阀B，28、放空阀，29、出液阀，30、径向孔道B。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示，一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，包括岩样夹持单元、数据采集单元和液氮加载单元；
所述岩样夹持单元包括顶板5、底座8、岩心束缚套6和液压缸7；所述顶板5和底座8上下相对地设置，并通过周向均匀分布的多根连接杆15固定连接，作为一种优选，顶板5和底座8均为圆盘形，作为一种优选，所述连接杆15为拉丝杆，其数量为四根。在顶板5、底座8和多根连接杆15之间形成圆柱形的夹持空间；所述岩心束缚套6、液压缸7同轴心地设置在夹持空间的上部、下部，且液压缸7的缸筒座支设在底座8的上部，岩心束缚套6的上下两端分别与顶板5的下端面、液压缸7的活塞杆17的端部抵接配合，活塞杆17的端部为平面状。顶板5在对应夹持空间的轴心处开设有贯穿厚度方向的轴向中心孔20，轴向中心孔20的内径略大于导向13的外径，并在径向上开设有与轴向中心孔20相连通的径向孔道A22和径向孔道B30，作为一种优选，径向孔道A22和径向孔道B30位于同一条直线的延长线上。作为一种优选，顶板5的下端面于轴向中心孔20的外侧开设有环形凹槽，环形凹槽中装配有密封件B23，以提高实验过程中整个系统的密封性，作为一种优选，所述密封件B23为密封环，密封环的直径为15mm，宽度为50mm。液压缸7的无杆腔连接有动力源。
所述数据采集单元包括压力传感器9、温度传感器10和智能终端11；压力传感器9连接在液氮排出管路14上，温度传感器10连接在径向孔道B30中，智能终端11分别通过电缆16与压力传感器9和温度传感器10连接，以便对实验过程中系统内的温度和压力进行自动化地实时采集。作为一种优选，所述智能终端11为计算机，这样，可以便于在计算机内设置数据采集软件，以便于系统地对实验参数进行快速分析处理。
所述液氮加载单元包括自增压式液氮罐1、液氮注入管路12、导管13和液氮排出管路14，所述自增压式液氮罐1上连接有出液阀29，出液阀29通过液氮注入管路12与导管13的进液端连接；所述导管13的出液端穿过轴向中心孔20伸入到夹持空间中，导管13与轴向中心孔20上端之间的间隙通过密封件A21密封；液氮排出管路14的进液端与径向孔道A22的端部连接。自增压式液氮罐1不仅可以作为液氮的储存容器，还可以向岩样4内注入液氮。
所述动力源为手压泵16，当然，也可以采用电动机同轴驱动的液压泵及与液压泵连接的油箱组成，本方案中优选手压泵16，所述手压泵16的出液端通过液压油液供应管路与液压缸7的无杆腔连通，所述液压油液供应管路上连接有压力表A18。通过操作手压泵16可以推动液压缸7内的活塞杆17向上移动，进而推动岩心束缚套6内的岩样4与顶板5紧密接触，通过压力表A18，可以得知所施加轴向载荷的大小，轴向载荷可以保证岩样4与顶板之5间的密封性。
所述自增压式液氮罐1上连接有压力表B2和安全阀3。
所述液氮加载单元还包括耐低温球阀A25和耐低温球阀B27，耐低温球阀A25和耐低温球阀B27分别设置在液氮排出管路14和液氮注入管路12上。
所述岩心束缚套6由两个半圆形套筒围合而成，两个半圆形套筒之间通过螺栓24固定连接。作为一种优选，所述岩心束缚套6的内部设置有紫铜垫片，紫铜垫片的设置能防止装入岩心束缚套6中的岩样4与岩心束缚套6之间存在间隙。
所述密封件A21为内卡套接头。
所述压力表A18和压力表B2均与智能终端11连接。
所述岩心束缚套6的内径为100mm，其高度为200mm。
所述径向孔道A22和径向孔道B30均位于顶板5厚度方向的中心。
一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试方法，包括收下步骤：
S1:制作圆柱形的岩样4，并在岩样4一端的轴心处钻出岩样中心孔19，岩样中心孔19的孔径与轴向中心孔20的孔径相适配；作为一种优选，岩样4的直径为100mm，高度为200mm，岩样中心孔19的直径为10mm，深度为100mm；
S2:在顶板5的中心开设轴向中心孔20、径向通道A22和径向通道B30；顶板5和底座8以上下相对的方式布置，并通过周向均匀分布的多根连接杆15固定连接形成夹持空间；
S3：将液压缸7设置在底座8上，再将岩样4以岩样中心孔19朝上的方式放置在活塞杆17的上端，并保证岩样中心孔19对准轴向中心孔20；
S4：将导管13通过轴向中心孔20插入岩样中心孔19的内部，并使导管13的出液端靠近岩样中心孔19底部，通过密封件A21将导管13与轴向中心孔20上端之间的间隙密封；
S5:将两个半圆形套筒围合并包裹在岩样4的外侧，并通过螺栓24固定连接形成岩心束缚套6；
S6:利用手压泵16向液压缸7的无杆腔中压入乳化液，推动活塞杆17向上移动，直至岩样4的上端与顶板5的下端面紧密接触；
S7:关闭自增压式液氮罐1上的排空阀28，打开出液阀29，并打开液氮排出管路14上的耐低温球阀A25和液氮注入管路12上的耐低温球阀B27；液氮在自增压式液氮罐1内压力的作用下依次通过液氮注入管路12和导管13的通路进入岩样中心孔19内，然后再经导管13与岩样中心孔19壁面之间的环形间隙、径向孔道A22和液氮排出管路14的通路排出；智能终端11分别通过压力传感器9、温度传感器10实时采集并记录实验过程中排出液的压力、温度；
S8:实验结束后，关闭自增压式液氮罐1上的出液阀29，并打开排空阀28，同时，关闭液氮排出管路14和液氮注入管路12上的耐低温球阀A25和耐低温球阀B27。
通过控制液氮注入时间，可以研究岩样4在液氮不同低温冷冻时间下的损伤特性。可在岩心束缚套6外壁面安装声发射探头，并使声发射探头与智能终端11连接，以便于通过采集岩样破裂产生的声发射信号以进一步分析液氮低温冷冻对岩样的致裂特性。当液氮停止注入后，岩样中心孔内残余的液氮会遇热膨胀，利用液氮气化膨胀产生的压力致裂岩石。在此过程中，可以继续采集岩样的声发射信号参数。在实验结束后，分析岩石的宏观破裂特征，结合声发射信号参数、压力和温度数据，研究岩石在液氮低温冷冻和气化膨胀作用下的破裂特征。还可以选取孔眼周围的岩石制作切片，研究岩石的微观结构变化特征。
Claims (10)
1.一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，包括岩样夹持单元、数据采集单元和液氮加载单元，所述液氮加载单元包括自增压式液氮罐（1）、液氮注入管路（12）和导管（13），所述自增压式液氮罐（1）上连接有出液阀（29），出液阀（29）通过液氮注入管路（12）与导管（13）的进液端连接，其特征在于，所述液氮加载单元还包括液氮排出管路（14）；
所述岩样夹持单元包括顶板（5）、底座（8）、岩心束缚套（6）和液压缸（7）；所述顶板（5）和底座（8）上下相对地设置，并通过周向均匀分布的多根连接杆（15）固定连接，在顶板（5）、底座（8）和多根连接杆（15）之间形成圆柱形的夹持空间；所述岩心束缚套（6）、液压缸（7）同轴心地设置在夹持空间的上部、下部，且液压缸（7）的缸筒座支设在底座（8）的上部，岩心束缚套（6）的上下两端分别与顶板（5）的下端面、液压缸（7）的活塞杆（17）的端部抵接配合；顶板（5）在对应夹持空间的轴心处开设有贯穿厚度方向的轴向中心孔（20），并在径向上开设有与轴向中心孔（20）相连通的径向孔道A（22）和径向孔道B（30）；液压缸（7）的无杆腔连接有动力源；
所述数据采集单元包括压力传感器（9）、温度传感器（10）和智能终端（11）；压力传感器（9）连接在液氮排出管路（14）上，温度传感器（10）连接在径向孔道B（30）中，智能终端（11）分别与压力传感器（9）和温度传感器（10）连接；
所述导管（13）的出液端穿过轴向中心孔（20）伸入到夹持空间中，导管（13）与轴向中心孔（20）上端之间的间隙通过密封件A（21）密封；液氮排出管路（14）的进液端与径向孔道A（22）的端部连接；
所述导管（13）通过轴向中心孔（20）插入岩样中心孔（19）的内部，并使导管（13）的出液端靠近岩样中心孔（19）底部。
2.根据权利要求1所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述动力源为手压泵（16），所述手压泵（16）的出液端通过液压油液供应管路与液压缸（7）的无杆腔连通，所述液压油液供应管路上连接有压力表A（18）。
3.根据权利要求1或2所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述自增压式液氮罐（1）上连接有压力表B（2）和安全阀（3）。
4.根据权利要求3所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述液氮加载单元还包括耐低温球阀A（25）和耐低温球阀B（27），耐低温球阀A（25）和耐低温球阀B（27）分别设置在液氮排出管路（14）和液氮注入管路（12）上。
5.根据权利要求4所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述岩心束缚套（6）由两个半圆形套筒围合而成，两个半圆形套筒之间通过螺栓（24）固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述密封件A（21）为内卡套接头。
7.根据权利要求6所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述压力表A（18）和压力表B（2）均与智能终端（11）连接。
8.根据权利要求7所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述岩心束缚套（6）的内径为100mm，其高度为200mm。
9.根据权利要求8所述的一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述径向孔道A（22）和径向孔道B（30）均位于顶板（5）厚度方向的中心。
10.一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试方法，其特征在于，包括收下步骤：
S1:制作圆柱形的岩样（4），并在岩样（4）一端的轴心处钻出岩样中心孔（19）；
S2: 在顶板（5）的中心开设轴向中心孔（20）、径向通道A（22）和径向通道B（30）；顶板（5）和底座（8）以上下相对的方式布置，并通过周向均匀分布的多根连接杆（15）固定连接形成夹持空间；径向孔道A（22）和径向孔道B（30）均与轴向中心孔（20）相连通；
S3：将液压缸（7）设置在底座（8）上，再将岩样（4）以岩样中心孔（19）朝上的方式放置在活塞杆（17）的上端，并保证岩样中心孔（19）对准轴向中心孔（20）；
S4：将导管（13）通过轴向中心孔（20）插入岩样中心孔（19）的内部，并使导管（13）的出液端靠近岩样中心孔（19）底部，通过密封件A（21）将导管（13）与轴向中心孔（20）上端之间的间隙密封；
S5: 将两个半圆形套筒围合并包裹在岩样（4）的外侧，并通过螺栓（24）固定连接形成岩心束缚套（6）；
S6:利用手压泵（16）向液压缸（7）的无杆腔中压入乳化液，推动活塞杆（17）向上移动，直至岩样（4）的上端与顶板（5）的下端面紧密接触；
S7:关闭自增压式液氮罐（1）上的排空阀（28），打开出液阀（29），并打开液氮排出管路（14）上的耐低温球阀A（25）和液氮注入管路（12）上的耐低温球阀B（27）；液氮在自增压式液氮罐（1）内压力的作用下依次通过液氮注入管路（12）和导管（13）的通路进入岩样中心孔（19）内，然后再经导管（13）与岩样中心孔（19）壁面之间的环形间隙、径向孔道A（22）和液氮排出管路（14）的通路排出；智能终端（11）分别通过压力传感器（9）、温度传感器（10）实时采集并记录实验过程中排出液的压力、温度；
S8:实验结束后，关闭自增压式液氮罐（1）上的出液阀（29），并打开排空阀（28），同时，关闭液氮排出管路（14）和液氮注入管路（12）上的耐低温球阀A（25）和出液阀（29）；当液氮停止注入后，岩样中心孔（19）和液氮注入管路（12）内残余的液氮会遇热膨胀，利用液氮气化膨胀产生的压力致裂岩石；在此过程中，智能终端（11）分别通过压力传感器（9）、温度传感器（10）继续实时采集并记录液氮气化膨胀致裂过程中的压力、温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910058287.6A CN109916725B (zh) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | 一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910058287.6A CN109916725B (zh) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | 一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109916725A CN109916725A (zh) | 2019-06-21 |
| CN109916725B true CN109916725B (zh) | 2021-07-20 |
Family
ID=66960609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910058287.6A Active CN109916725B (zh) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | 一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109916725B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113931606B (zh) * | 2020-07-14 | 2024-06-18 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种微胶囊岩石膨胀剂和页岩气体积压裂方法 |
| CN113804718A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-17 | 西安科技大学 | 水冰相变冻胀作用多维参数测试装置、测试方法 |
| CN114264551B (zh) * | 2021-11-24 | 2023-12-12 | 合肥通用机械研究院有限公司 | 一种压力容器的爆破试验方法及试验系统 |
| CN114264791B (zh) * | 2021-12-23 | 2022-08-12 | 中国矿业大学 | 一种模拟井下煤层低温流体相变膨胀压的测定装置及方法 |
| CN115600425B (zh) * | 2022-11-07 | 2023-05-02 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种基于蛭石热膨胀致裂的页岩可压性评价装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013088262A (ja) * | 2011-10-17 | 2013-05-13 | National Institute For Materials Science | 極低温超音波疲労非破壊試験評価装置及び解析・評価方法 |
| CN106404549A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-15 | 中国石油大学(北京) | 一种超临界二氧化碳压裂模拟实验装置 |
| CN106959246A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-07-18 | 中国石油大学(华东) | 一种液氮无水压裂模拟实验装置及方法 |
| CN107436262A (zh) * | 2016-05-26 | 2017-12-05 | 中国石油大学(北京) | 围压下低温液氮压裂实验系统 |
| CN109187177A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-01-11 | 中国石油大学(北京) | 岩石液氮压裂的监测方法和装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107741372B (zh) * | 2017-10-06 | 2024-03-29 | 大连理工大学 | 一种在液氮冷冲击作用下岩石破裂的实验装置 |
-
2019
- 2019-01-22 CN CN201910058287.6A patent/CN109916725B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013088262A (ja) * | 2011-10-17 | 2013-05-13 | National Institute For Materials Science | 極低温超音波疲労非破壊試験評価装置及び解析・評価方法 |
| CN107436262A (zh) * | 2016-05-26 | 2017-12-05 | 中国石油大学(北京) | 围压下低温液氮压裂实验系统 |
| CN106404549A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-15 | 中国石油大学(北京) | 一种超临界二氧化碳压裂模拟实验装置 |
| CN106959246A (zh) * | 2017-02-17 | 2017-07-18 | 中国石油大学(华东) | 一种液氮无水压裂模拟实验装置及方法 |
| CN109187177A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-01-11 | 中国石油大学(北京) | 岩石液氮压裂的监测方法和装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 低温对煤岩渗透性影响试验研究;杨兆中等;《岩土力学》;20161209;354-360 * |
| 液氮对页岩的致裂效应及在压裂中应用分析;蔡承政;《中国石油大学学报(自然科学版)》;20160220;79-85 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109916725A (zh) | 2019-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109916725B (zh) | 一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法 | |
| CN105510142B (zh) | 一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置与试验方法 | |
| CN102735547B (zh) | 真三轴状态下煤岩水压致裂试验方法 | |
| CN103267722A (zh) | 一种承压渗透注浆加固试验装置及方法 | |
| CN106645637B (zh) | 岩土材料冻融热循环三轴渗流多功能压力室 | |
| CN102735549B (zh) | 多功能真三轴流固耦合压力室 | |
| CN106437694B (zh) | 模拟煤层压裂作用排采煤粉变化监测装置及其实验方法 | |
| CN102735600B (zh) | 真三轴状态下煤样渗流测试方法 | |
| CN109870349B (zh) | 一种高温高压水压致裂夹持器及其试验方法 | |
| CN104833582A (zh) | 一种天然气水合物沉积物三轴试验装置 | |
| CN102735548A (zh) | 多功能真三轴流固耦合试验系统 | |
| CN108445193A (zh) | 一种开挖应力下预制含裂纹岩体注浆试验系统及使用方法 | |
| CN108412472B (zh) | 缝洞型碳酸盐岩油藏立体注采模型、模拟系统及实验方法 | |
| CN110593811B (zh) | 一种水泥环初始应力状态监测实验方法 | |
| CN110308052B (zh) | 基于声发射技术的空心岩样径向渗流试验装置和试验方法 | |
| CN112727444B (zh) | 一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置及方法 | |
| CN103335888A (zh) | 一种固井后期防气窜模拟试验装置 | |
| CN106640016A (zh) | 多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法 | |
| CN113281182A (zh) | 一种多手段集成的压裂缝定量评价方法 | |
| CN105241750B (zh) | 用于室内三轴水力压裂试验的压头系统 | |
| CN110441221B (zh) | 全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置及测量工艺 | |
| CN116411959A (zh) | 一种模拟真实地层环境下的油气井压裂试验装置及方法 | |
| Geng et al. | Development and application of triaxial seepage test system for gas-water two-phase in coal rock | |
| CN111999183A (zh) | 一种硬脆性泥页岩破裂实验装置及评价方法 | |
| CN110529107A (zh) | 煤层应变、渗流、驱替及射流综合试验装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 221000 No. 1, University Road, Xuzhou, Jiangsu Applicant after: China University of Mining and Technology Address before: 221000 Jiangsu province Xuzhou Quanshan District South 3rd Ring Rd No. 18 Xuzhou Institute of Technology University of science and Technology Park (Xuzhou City, 2.5 Industrial Park) Applicant before: China University of Mining and Technology |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |