CN111220478A - 高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，包括：高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统、超临界二氧化碳发生系统、监测系统，本装置可以实现在高温和高压条件同时作用下进行试验；本装置中使用的铜管密封性好，便于施加围压，使得样块在围压下受力更加均匀，模拟的围压状态更为真实，耐高温，不会发生腐蚀，可多次循环使用；本装置中的压裂接头左端设有凹槽，内部放置密封圈，其与进口通道密封性能更好，右端设置锥形螺纹，与内锥形耐高温橡胶套配合，使得压裂时岩样处密封效果更好。本发明密封性能好、监测方便快捷、使用寿命长，能够有效的用于模拟超临界二氧化碳的岩芯致裂并获得相应数据用于分析研究。

Description

高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置

技术领域

本发明涉及岩芯测试设备技术领域，特别涉及一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置。

背景技术

随着经济的迅速发展，人们对环境保护的认识逐步提高，在能源使用类型正在发生巨大转变，干热岩的使用称为人们关注的焦点。为充分利用干热岩中的地热能，相关的理论和实践技术都应相应的提升。在实验室进行样块压裂试验，为实际应用中预测岩石致裂过程的模拟以及致裂参数的分析提供保证。

目前主要采用的压裂方式为水力压裂，但水力压裂仍有很多不足。首先水力压裂活动会造成地下水污染，其次，水力压裂活动还会引发地震活动，目前已有文献证明部分地震和水力压裂是相关的。二氧化碳作为一种温室气体，可作为压裂岩石的材质。二氧化碳在温度大于31.5℃和压力大于7.38MPa时处于超临界状态。超临界二氧化碳具有类似气体的扩散性以及液体的溶解能力和密度，同时还具有表面张力低、粘度小、渗透性以及流动性较好的特性，因此，可以代替水力压裂。

但目前能够试验超临界二氧化碳压裂的装置较少，已有的压裂装置使用寿命短，对于围压加载的模拟不够接近真实状况；由于超临界二氧化碳压裂条件苛刻，对压裂时的密封性要求较高，在现有压裂装置中，密封条件难以达到试验要求，在压裂过程中，易发生侧漏，导致试验失败；另外，现有装置通常使用橡胶套装载岩石样块进行压裂试验，在高温高压的超临界二氧化碳腐蚀下容易造成损坏影响装置使用寿命，提升试验成本。

发明内容

本发明提供了一种，其目的是为了提供一种使用寿命更长、围压加载更真实、密封效果更好、试验成本低的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，能够对实际应用中岩石致裂过程进行模拟以及对致裂参数的分析。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，包括：高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统和超临界二氧化碳发生系统；

所述高温高压筒体系统设置有一筒体，所述筒体两端分别堵设有左堵头和右堵头，所述左堵头和右堵头上分别套设有左锥形环和右锥形环，所述左堵头与右堵头通过所述左锥形环和右锥形环将所述筒体内部密封，所述左锥形环与右锥形环的前端为锥形，并且所述左锥形环的前端与右锥形环的前端之间套设有一铜管，所述铜管内部用于放置试验样块，所述筒体与铜管间形成围压腔体；所述左堵头的外侧分别设置有左压块，所述左压块内开设有螺纹孔，通过螺纹孔穿设有固定装置，所述固定装置内穿设有一进口通道，所述进口通道的一端为凸台另一端为圆柱，所述进口通道的凸台端的外径大于所述进口通道圆柱端的外径，所述进口通道的圆柱端穿设在所述左堵头和固定装置内所述进口通道的凸台端齐平地卡设在所述左堵头的内侧端面，并且所述进口通道的凸台端连接有一压裂接头，所述压裂接头沿两端面中心开设通孔与所述进口通道贯通；所述右堵头上的一部分套设有一右活塞，所述右活塞为环形柱状结构，所述右活塞一端套设在所述右堵头上，所述右活塞的中段套设有右活塞腔体，所述右活塞的另一端套设有右压块，所述右堵头、右活塞腔体和右压块之间端面紧密设置，所述右活塞与右活塞腔体间形成轴压空腔，所述右活塞内穿设有出口通道；

所述压力加载系统包括轴压泵、轴压表、围压泵和围压表，所述压力加载系统用于为所述高温高压筒体系统提供轴压与围压；

所述温度控制系统包括加温控制组件、内部控温组件、加热电阻、保温层和保温套，所述温度控制系统用于为所述高温高压筒体系统提供高温环境；

所述超临界二氧化碳发生系统包括二氧化碳气瓶、冷浴装置、压力泵、储罐、回压阀、回压表、预热器和压力表，所述超临界二氧化碳发生系统用于为所述高温高压筒体系统提供超临界二氧化碳。

其中，所述铜管的两端为扩口结构，所述铜管的两端内壁与所述左锥形环和右锥形环的前端紧密贴合，所述铜管与所述左锥形环和右锥形环接触处缠绕有耐高温水胶布。

其中，所述右活塞腔体与所述右活塞间设置有第一密封橡胶圈，所述右压块与所述右活塞间设置有第二密封橡胶圈，所述左锥形环和右锥形环设有凹槽，凹槽内放置有第三密封橡胶圈和第四密封橡胶圈。

其中，所述样块的一侧开设有盲孔，所述压裂接头右端套设有内锥形耐高温橡胶套，所述压裂接头与所述内锥形耐高温橡胶套放置于所述样块的盲孔中，所述进口通道的凸台通孔内设螺纹与所述压裂接头左端通过螺纹连接，所述压裂接头左端面开设有O形槽，所述O形槽内设置有第五密封橡胶圈。

其中，所述二氧化碳气瓶、冷浴装置、压力泵、储罐、回压阀和预热器逐一通过管道连通，位于所述二氧化碳气瓶与冷浴装置中间处设置有第一阀门，位于所述压力泵与储罐中间处设置有第二阀门，位于所述储罐与回压阀中间处设置有第三阀门，位于所述回压阀与预热器中间处设置有第四阀门，位于所述预热器的出口端设置有第五阀门，所述第五阀门与所述进口通道连通；所述回压表用于监测所述回压阀与储罐间的压力，所述压力表用于检测所述第五阀门的输出压力。

其中，所述超临界二氧化碳发生系统，通过保温的不锈钢高压管路与所述进口通道连接，将通过所述预热器的超临界二氧化碳通入所述高温高压筒体系统内。

其中，所述加热电阻设置在所述筒体外，所述保温层套设在所述加热电阻、左压块和右活塞腔体外侧，所述保温层外套设有所述保温套，所述保温套与所述保温层通过一端盖固定安装在一起；所述筒体上开设有一加热端口并且密封穿设有一测温探头，所述加温控制组件通过所述加热端口与所述加热电阻电连接，所述内部控温组件与所述测温探头电连接。

其中，所述围压泵通过第六阀门接入所述围压腔体，所述轴压泵通过第七阀门接入所述轴压空腔；所述筒体上开设有围压入口，所述围压表通过所述围压入口读取围压数值。

其中，还包括监测系统，所述监测系统分别与所述围压表、轴压表、压力表、回压表、内部控温组件和加温控制组件电连接。

其中，所述出口通道外连接有一排出阀门。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明设置有高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统和超临界二氧化碳发生系统，可在高温和高压条件同时作用下进行试验，模拟岩石在地层深部时超临界二氧化碳压裂的状态，并且装置中的监测系统可监测超临界二氧化碳压裂时的压力变化、温度变化等，同时可以通过设置不同的轴压和围压，模拟不同深度地层的状态，从而可以更加全面地对超临界二氧化碳压裂地层岩块机制的研究和分析；试验所需样块外围的铜管两端有扩口，端口处与锥形环的密封性更好，且铜管可以耐高温，热膨胀系数较小，与样块的热膨胀系数更接近，在耐高温水胶布的配合下，试验高温过程中与样块贴合更紧密，更加真实模拟深地层的地应力状态，另外由于铜管为铜材质不会与超临界二氧化碳发生反应，不会被其腐蚀，能够在压裂试验多次循环使用；压裂接头螺纹压入橡胶套内壁，使的橡胶套向外扩张，外壁紧压样块盲孔侧壁，既确保了压裂液不会从压裂接头与橡胶套间流出，也确保压裂液不会从橡胶套与盲孔侧壁间流出，从而形成良好的密封性，在试验增加压裂压力时，压裂接头进一步挤压橡胶套，确保密封效果。其左端外设有螺纹，左端面设有O形槽，O形槽内部放置第五密封橡胶圈，压裂接头与进口通道通过螺纹连接，在螺纹的作用下第五密封橡胶圈与进口通道贴紧，螺纹与密封圈双层保障，形成良好的密封。本发明密封性能好、监测方便快捷、使用寿命长，能够有效的用于模拟超临界二氧化碳的岩芯致裂并获得相应数据用于分析研究。

附图说明

图1为本发明的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置的结构示意图；

图2为本发明的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置的高温高压筒体结构示意图；

图3为本发明的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置的左锥形环结构示意图；

图4为本发明的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置的左锥形环剖面图；

图5为本发明的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置的铜管结构示意图；

图6为本发明的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置的压裂接头结构示意图；

图7为本发明的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置的内锥形耐高温橡胶套结构示意图。

【附图标记说明】

101-筒体；102-左堵头；103-右堵头；104-左锥形环；105-右锥形环；106-铜管；107-围压腔体；108-左压块；109-固定装置；110-进口通道；111-压裂接头；112-右活塞；113-右活塞腔体；114-右压块；115-轴压空腔；116-出口通道；117-第一密封橡胶圈；118-第二密封橡胶圈；119-加热端口；120-围压入口；121-排出阀门；122-第三密封橡胶圈；123第四密封橡胶圈；124-第五密封橡胶圈；125-内锥形耐高温橡胶套；201-轴压泵；202-轴压表；203-围压泵；204-围压表；301-加温控制组件；302-内部控温组件；303-加热电阻；304-保温层；305-保温套；306-测温探头；401-二氧化碳气瓶；402-冷浴装置；403-压力泵；404-储罐；405-回压阀；406-回压表；407-预热器；408-压力表；V1-第一阀门；V2-第二阀门；V3-第三阀门；V4-第四阀门；V5-第五阀门；V6-第六阀门；V7-第七阀门；501-监测系统。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的试验超临界二氧化碳压裂岩块的装置较少，且现有试验装置难以有效适应超临界二氧化碳试验环境导致使用寿命较短、围压加载不够真实、密封效果不好、试验成本较高等问题，提供了一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置。

如图1至图4所示，本发明的实施例提供了一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，包括：高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统和超临界二氧化碳发生系统；所述高温高压筒体系统设置有一筒体101，所述筒体101两端分别堵设有左堵头102和右堵头103，所述左堵头102和右堵头103上分别套设有左锥形环104和右锥形环105，所述左堵头102与右堵头103通过所述左锥形环104和右锥形环105令所述筒体形成封闭空间，所述左锥形环104与右锥形环105的前端为锥形，并且所述左锥形环104的前端与右锥形环105的前端之间套设有一铜管106，所述铜管106内部用于装载试验用的样块，所述筒体101与铜管106间形成围压腔体107；所述左堵头102的外侧设置有左压块108，所述左压块108内开设有螺纹孔，通过螺纹孔穿设有固定装置109，所述固定装置109内穿设有一进口通道110，所述进口通道110的一端为凸台另一端为圆柱，所述进口通道110的凸台端的外径大于所述进口通道110的圆柱端的外径，所述进口通道110的圆柱端穿设在所述左堵头102和固定装置109内所述进口通道110的凸台端齐平地卡设在所述左堵头108的内侧端面，并且所述进口通道110的凸台端卡设有一压裂接头111，所述压裂接头111沿两端面中心开设通孔与所述进口通道110贯通；所述右堵头103上的一部分套设有一右活塞112，所述右活塞112为环形柱状结构，所述右活塞112一端套设在所述右堵头103上，所述右活塞112的中段套设有右活塞腔体113，所述右活塞112的另一端套设有右压块114，所述右堵头103、右活塞腔体113和右压块114之间端面紧密设置，所述右活塞112与右活塞腔体113间形成轴压空腔115，所述右活塞112内穿设有出口通道116；所述压力加载系统包括轴压泵201、轴压表202、围压泵203和围压表204，所述压力加载系统用于为所述高温高压筒体系统提供轴压与围压；所述温度控制系统包括加温控制组件301、内部控温组件302、加热电阻303、保温层304和保温套305，所述温度控制系统用于为所述高温高压筒体系统提供高温环境；所述超临界二氧化碳发生系统包括二氧化碳气瓶401、冷浴装置402、压力泵403、储罐404、回压阀405、回压表406、预热器407和压力表408，所述超临界二氧化碳发生系统用于为所述高温高压筒体系统提供超临界二氧化碳。

本发明上述实施例所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，本装置的试验轴压最大值为25MPa，围压最大值为20MPa，最高温度为300℃，能够有效模拟高温高压环境；所述高温高压筒体系统通过所述铜管106、左堵头102、右堵头103、左锥型环104和右锥型环105形成密闭空间，密封空间内用于放置所述样块，所述铜管106采用铜材质，热膨胀系数与样块更贴近，因此压力加载情况更加真实，且能够避免超临界二氧化碳的腐蚀，可在试验中多次使用；所述铜管106外侧套设有所述筒体101，所述筒体101与铜管106间存在有所述围压腔体107，当所述围压腔体107通入气压时所述铜管106内的样块会收到围压；所述右活塞腔体113与所述筒体101紧贴安装，所述右活塞112与右活塞腔体113之间设置有位移腔与所述轴压空腔115，所述位移腔与所述轴压空腔115隔离，当所述轴压空腔115通入压力时，所述右活塞112会沿所述位移腔前进挤压所述右堵头103进而对所述铜管106内的所述样块提供轴压；所述进入通道110采用耐压耐腐蚀结构制成，所述进入通道110两端分别与所述左堵头102和固定装置109的端面齐平，所述进入通道110的凸台端外径大于圆柱端的外径，因此所述进入通道110十分紧密牢固的卡设在所述左堵头102内，所述进入通道110内插设有所述致裂接头111，所述致裂接头111与进入通道110同心设置，所述进入通道110的贯通小孔与所述致裂接头111的贯通小孔相互连通，当通入超临界二氧化碳时，会从所述进入通道110的贯通小孔流入所述致裂接头110的贯通小孔进而作用在样块上；所述压力加载系统能够为所述高温高压筒体系统提供围压与轴压并能实时检测压力大小；所述温度控制系统能够对所述高温高压筒体系统进行加热并能实时检测温度值；超临界二氧化碳发生系统能够为所述高温高压筒体系统提供输出压力流量稳定的超临界二氧化碳。

如图5所示，所述铜管106的两端为扩口结构，所述铜管106的两端内壁与所述左锥形环104和右锥形环105的前端紧密贴合，所述铜管106与所述左锥形环104和右锥形环105接触处缠绕有耐高温水胶布。

本发明上述实施例所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，所述铜管106两端的扩口套设在所述左锥形环104的前端和右锥形环105的前端，所述左锥形环104和右锥形环105在保证所述铜管106密封的同时形状与所述铜管106扩口贴合，同时由于所述铜管106两端为扩口因此与所述左锥形环104和右锥形环105的接触面积较大，因此具有较强的密封性，缠绕在所述铜管106与所述左锥形环104和右锥形环105接触处的耐高温水胶布能够耐受本装置的高温并且进一步提升本装置的密封性。

其中，所述右活塞腔体113与所述右活塞112间设置有第一密封橡胶圈117，所述右压块114与所述右活塞112间设置有第二密封橡胶圈118，所述左锥形环104和右锥形环105设有凹槽，凹槽内放置有第三密封橡胶圈122和第四密封橡胶圈123。

本发明上述实施例所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，所述第一密封橡胶圈117与第二密封橡胶圈118能够保证所述轴压空腔115两端头的密封性，从而能够更稳定的提供轴压。

如图6和图7所示，所述压裂接头111右端设置于内锥形耐高温橡胶套125中，所述压裂接头111与所述内锥形耐高温橡胶套125放置于所述样块的盲孔中，所述进口通道110的凸台通孔内设螺纹，与所述压裂接头111左端通过螺纹连接，所述压裂接头111左端面开设有O形槽，所述O形槽内设置有第五密封橡胶圈124。

本发明上述实施例所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，所述压裂接头111的右端开设有锥形螺纹，所述压裂接头111的右端外侧套设有所述内锥形耐高温橡胶套125，将所述压裂接头111与内锥形耐高温橡胶套置入所述样块盲孔中后，拧动所述压裂接头111，所述压裂接头111螺纹压入所述内锥形耐高温橡胶套125的内壁，使得所述内锥形耐高温橡胶套125向外扩张紧压所述样块的盲孔内壁，既确保了超临界二氧化碳不会从所述压裂接头111与内锥形耐高温橡胶套125间流出，也确保超临界二氧化碳不会从所述内锥形耐高温橡胶套125与所述样块的盲孔内壁间流出，从而形成良好的密封性，在试验增加压裂压力时，所述压裂接头111会进一步挤压所述内锥形耐高温橡胶套125，提高密封效果；所述压裂接头111与进口通道110通过螺纹连接，在螺纹的作用下所述第五密封橡胶圈124与进口通道111贴紧，所述压裂接头11与所述进口通道110之间通过螺纹锁紧与所述第五密封橡胶圈111的双重保障，形成良好的密封，在调整所述压裂接头与111与进口通道125时，会将所述压裂剂头110左端和右端的螺纹都拧的更紧。

其中，所述二氧化碳气瓶401、冷浴装置402、压力泵403、储罐404、回压阀405和预热器407逐一通过管道连通，位于所述二氧化碳气瓶401与冷浴装置402中间处设置有第一阀门V1，位于所述压力泵403与储罐404中间处设置有第二阀门V2，位于所述储罐404与回压阀405中间处设置有第三阀门V3，位于所述回压阀405与预热器407中间处设置有第四阀门V4，位于所述预热器407的出口端设置有第五阀门V5，所述第五阀门V5与所述进口通道连通110；所述回压表406用于监测所述回压阀405与储罐404间的压力，所述压力表408用于检测所述第五阀门V5的输出压力。

其中，所述超临界二氧化碳发生系统，通过保温的不锈钢高压管路与所述进口通道110连接，将通过所述预热器的超临界二氧化碳通入所述高温高压筒体系统内。

本发明的上述实施例所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，所述超临界二氧化碳发生系统通过所述二氧化碳气瓶401用于储存反应需要的二氧化碳气体，所述冷浴装置402能够对二氧化碳进行冷浴处理之后通过所述压力泵403进入所述储罐404，同时所述回压表406与回压阀405能够抬升系统压力从而模拟地层压力，二氧化碳通过所述预热器后407后会成为超临界二氧化碳经由所述第五阀门V5流入所述进入通道110，同时所述压力表408会实时监测所述第五阀门V5输出超临界二氧化碳的压力；其中所述第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4和第五阀门V5能够保证二氧化碳能够在不同部件中停留足够多的时间，从而保证完全地转化为超临界二氧化碳，所述超临界二氧化碳发生系统通过保温的不锈钢高压管路与所述进入通道110连接能够使得超临界二氧化碳的温度及压力得到保留。

其中，所述加热电阻303设置在所述筒体外，所述保温层304套设在所述加热电阻303、左压块108和右活塞腔体113外侧，所述保温层304外套设有所述保温套305，所述保温套305与所述保温层304通过一端盖306固定安装在一起；所述筒体101上开设有一加热端口119并且密封穿设有一测温探头306，所述加温控制组件301通过所述加热端口119与所述加热电阻303电连接，所述内部控温组件302与所述测温探头306电连接。

本发明上述实施例所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，所述加温控制组件301能够控制所述加热电阻303的通断从而对所述高温高压筒体系统进行加热，所述内部温控组件302能够通过所述测温探头306实时监测温度从而能够将本装置温度控制在设定值。

其中，所述围压泵203通过第六阀门V6接入所述围压腔体107，所述轴压泵201通过第七阀门V7接入所述轴压空腔115；所述筒体101上开设有围压入口120，所述围压表204通过所述围压入口120读取围压数值。

本发明上述实施例所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，所述第六阀门V6为围压阀门，所述围压泵203通过所述第六阀门V6控制通断，所述围压泵203能够向所述围压腔体107施加压力进而为样块提供围压，同时所述围压表204能够实时监控围压大小；所述第七阀门V7为轴压进程阀门，所述轴压泵201通过所述第七阀门V7控制通断，所述轴压泵203能够向所述轴压空腔115施加压力进而为样块提供轴压，同时所述轴压表202能够实时监控围压大小

其中，还包括监测系统501，所述监测系统501分别与所述围压表204、轴压表202、压力表408、回压表406、内部控温组件302和加温控制组件301电连接。

本发明上述实施例所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，所述监测系统501能够实时检测到围压、轴压、超临界二氧化碳系统的回压以及输出压力，同时所述监测系统501能够实时检测所述高温高压筒体系统的实时温度进而通过所述加温控制组件301对温度进行调控。

其中，所述出口通道116外连接有一排出阀门121。

本发明上述实施例所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，所述排出阀门121用于试验完成后排出剩余二氧化碳。

本发明的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置的试验方法，其具体实验过程如下：

1.准备试验用的样品，取试验所用的样品岩芯，对岩芯的两端进行磨平后，自其某一水平端面沿轴线自中心向内钻一盲孔。

2.将样块圆柱侧缠绕耐高温水胶布，将压裂接头111与内锥形耐高温橡胶套125置入样块盲孔中后，拧动压裂接头111，拧紧后将压裂接头111与所述进口通道110通过螺纹连接拧紧，并将所述左堵头102和右堵头103及缠绕耐高温水胶布的所述左锥形环104和右锥形环105配合安装在所述铜管106的两端，并将所述左堵头102和右堵头103固定在所述筒体101上；随后将安装好的部分与所述加热电阻303和保温层304进行组装，将所述测温探头306伸入开设在所述筒体101的温度监测口内。

3.利用所述围压泵203和轴压泵201对样块进行围压和轴压的施加，当压力达到要求后，将第六阀门V6和第七阀门V7关闭；随后通过外部电源对所述加热电阻303进行加热，间接传导至所述筒体101内的样块；因在加热过程中温度的变化将使已泵入的作为环压和轴压媒介的流体产生热膨胀等变化，使得已施加的围压和轴压增大，针对此问题，所述监测系统501检测围压和轴压的压力值，不断微调围压和轴压的大小，将压力保持在设定值，可较好保证试验精度；当温度达到所需要求后即设置为保温状态。

4.在超临界二氧化碳发生系统中，关闭所有阀门，只打开所述第一阀门V1，使所述二氧化碳气瓶401中的二氧化碳通过所述冷浴装置402进入所述压力泵403中，设定压力值，打开第二阀门V2，通过使用所述压力泵403将二氧化碳注入所述储罐404中，设定所述回压阀405的压力值，打开第三、第四和第五阀门V3、V4、V5，最终二氧化碳会通过所述预热器407变为超临界二氧化碳进入所述高温高压筒体系统。

5.当所述高温高压筒体系统的温度和压力稳定后，利用超临界二氧化碳发生系统向所述高温高压筒体系统注入超临界二氧化碳，在监测系统501中通过所述压力表408观测注入压力，当所述压力表408数值突然降低，意味着实验完成；在监测系统中查的压力最大值，待温度自然冷却后，卸掉围压和轴压，取出样块。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，包括：高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统和超临界二氧化碳发生系统；

所述高温高压筒体系统设置有一筒体(101)，所述筒体(101)两端分别堵设有左堵头(102)和右堵头(103)，所述左堵头(102)和右堵头(103)上分别套设有左锥形环(104)和右锥形环(105)，所述左堵头(102)与右堵头(103)通过所述左锥形环(104)和右锥形环(105)令所述筒体形成封闭空间，所述左锥形环(104)与右锥形环(105)的前端为锥形，并且所述左锥形环(104)的前端与右锥形环(105)的前端之间套设有一铜管(106)，所述铜管(106)内部用于装载试验用的样块，所述筒体(101)与铜管(106)间形成围压腔体(107)；所述左堵头(102)的外侧设置有左压块(108)，所述左压块(108)内开设有螺纹孔，通过螺纹孔穿设有固定装置(109)，所述固定装置(109)内穿设有一进口通道(110)，所述进口通道(110)的一端为凸台另一端为圆柱，所述进口通道(110)的凸台端的外径大于所述进口通道(110)圆柱端的外径，所述进口通道(110)的圆柱端穿设在所述左堵头(102)和固定装置(109)内所述进口通道(110)的凸台端齐平地卡设在所述左堵头(108)的内侧端面，并且所述进口通道(110)的凸台端卡设有一压裂接头(111)，所述压裂接头(111)沿两端面中心开设通孔与所述进口通道(110)贯通；所述右堵头(103)上的一部分套设有一右活塞(112)，所述右活塞(112)为环形柱状结构，所述右活塞(112)一端套设在所述右堵头(103)上，所述右活塞(112)的中段套设有右活塞腔体(113)，所述右活塞(112)的另一端套设有右压块(114)，所述右堵头(103)、右活塞腔体(113)和右压块(114)之间端面紧密设置，所述右活塞(112)与右活塞腔体(113)间形成轴压空腔(115)，所述右活塞(112)内穿设有出口通道(116)；

所述压力加载系统包括轴压泵(201)、轴压表(202)、围压泵(203)和围压表(204)，所述压力加载系统用于为所述高温高压筒体系统提供轴压与围压；

所述温度控制系统包括加温控制组件(301)、内部控温组件(302)、加热电阻(303)、保温层(304)和保温套(305)，所述温度控制系统用于为所述高温高压筒体系统提供高温环境；

所述超临界二氧化碳发生系统包括二氧化碳气瓶(401)、冷浴装置(402)、压力泵(403)、储罐(404)、回压阀(405)、回压表(406)、预热器(407)和压力表(408)，所述超临界二氧化碳发生系统用于为所述高温高压筒体系统提供超临界二氧化碳。

2.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述铜管(106)的两端为扩口结构，所述铜管(106)的两端内壁与所述左锥形环(104)和右锥形环(105)的前端紧密贴合，所述铜管(106)与所述左锥形环(104)和右锥形环(105)接触处缠绕有耐高温水胶布。

3.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述右活塞腔体(113)与所述右活塞(112)间设置有第一密封橡胶圈(117)，所述右压块(114)与所述右活塞(112)间设置有第二密封橡胶圈(118)，所述左锥形环(104)和右锥形环(105)设有凹槽，凹槽内放置有第三密封橡胶圈(122)和第四密封橡胶圈(123)。

4.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述样块的一侧开设有盲孔，所述压裂接头(111)右端设置于内锥形耐高温橡胶套(125)中，所述压裂接头(111)与所述内锥形耐高温橡胶套(125)放置于所述样块的盲孔中，所述进口通道(110)的凸台通孔内设螺纹，与所述压裂接头(111)左端通过螺纹连接，所述压裂接头(111)左端面开设有O形槽，所述O形槽内设置有第五密封橡胶圈(124)。

5.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述二氧化碳气瓶(401)、冷浴装置(402)、压力泵(403)、储罐(404)、回压阀(405)和预热器(407)逐一通过管道连通，位于所述二氧化碳气瓶(401)与冷浴装置(402)中间处设置有第一阀门(V1)，位于所述压力泵(403)与储罐(404)中间处设置有第二阀门(V2)，位于所述储罐(404)与回压阀(405)中间处设置有第三阀门(V3)，位于所述回压阀(405)与预热器(407)中间处设置有第四阀门(V4)，位于所述预热器(407)的出口端设置有第五阀门(V5)，所述第五阀门(V5)与所述进口通道连通(110)；所述回压表(406)用于监测所述回压阀(405)与储罐(404)间的压力，所述压力表(408)用于检测所述第五阀门(V5)的输出压力。

6.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述超临界二氧化碳发生系统，通过保温的不锈钢高压管路与所述进口通道连接，将通过所述预热器的超临界二氧化碳通入所述高温高压筒体系统内。

7.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述加热电阻(303)设置在所述筒体外，所述保温层(304)套设在所述加热电阻(303)、左压块(108)和右活塞腔体(113)外侧，所述保温层(304)外套设有所述保温套(305)，所述保温套(305)与所述保温层(304)通过一端盖(306)固定安装在一起；所述筒体(101)上开设有一加热端口(119)并且密封穿设有一测温探头(306)，所述加温控制组件(301)通过所述加热端口(119)与所述加热电阻(303)电连接，所述内部控温组件(302)与所述测温探头(306)电连接。

8.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述围压泵(203)通过第六阀门(V6)接入所述围压腔体(107)，所述轴压泵(201)通过第七阀门(V7)接入所述轴压空腔(115)；所述筒体(101)上开设有围压入口(120)，所述围压表(204)通过所述围压入口(120)读取围压数值。

9.根据权利要求5或7或8任一项所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，还包括监测系统(501)，所述监测系统(501)分别与所述围压表(204)、轴压表(202)、压力表(408)、回压表(406)、内部控温组件(302)和加温控制组件(301)电连接。

10.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述出口通道(116)外连接有一排出阀门(121)。

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