CN111426570B - 一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置，涉及油气开采技术领域，包括试件、升降机构、限位机构以及进液调节机构，所述试件的上端开钻有两个对称的预制孔。本发明通过在限位机构中的承装槽内放置试件，对不同规格的试件均能够实现紧固且不会发生刚性损伤；通过设置进液调节机构，实现对不同规格的试件中存在偏差的预制孔亦能准确进行压裂；通过设置升降机构，便于装卸；通过设置进料机构和升降机构，并由控制变量法，控制超临界二氧化碳压裂液的射流大小，来观察试件的裂纹情况，并进行差异分析，能够得出压裂液的射流大小对实验结果的具体影响，且直接执行在一块试件上，能够保证得到的实验结果更具有普遍性。

Description

一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，具体涉及一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置。
背景技术
近年来，国际新兴对低渗透油页岩矿藏通过超临界二氧化碳压裂来进行开发，超临界二氧化碳压裂技术有效规避了水力压裂会引起的底层伤害、诱发地震和环境污染等问题，且由于其在起裂压力、沟通微裂缝、形成复杂缝网上的优势，是一项对花岗岩、砂岩、页岩等具有优越的压裂效果的无水压裂技术。
但是，由于目前关于超临界二氧化碳压裂方面的理论以及实验研究都很少，特别是在使用超临界二氧化碳在压裂实验过程中，针对二氧化碳的射流大小并未有明确的使用标准，而且现有的实验装置在使用过程中发现存在一定的弊端：一、现有的对试件进行限位的方式往往采用气缸进行固定，而压裂实验试件石料的规格较大，必然在体积上存在一定的差异，压紧气缸的行程固定，存在对石料压坏或者压不紧的情况，便无法完全拟态真实压裂环境；二、对不同规格的试件开孔位置往往存在差异，而出液管位置却是固定的，所以需要对不同试件进行重新开孔，浪费实验时间；三、试件在压裂后为散开状，实验结束后从装置内非常不易取出，而且向装置内安放试件同样不易；四、通常使用一根进料管道，对试件上开钻的预制孔进行压裂实验，由于试件虽然材质相同，可不同试件的内部构造和细密程度可能存在差异，得到的实验结果不严谨，存在一定的差异性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置，以解决现有技术中导致的上述缺陷。
一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置，包括试件、升降机构、限位机构以及进液调节机构，所述试件的上端开钻有两个对称的预制孔，试件安装于所述限位机构内，限位机构用于对规格存在差异的试件进行固定，限位机构的侧端设置进气管，以用于保持该实验装置内温度和气压的恒定，所述升降机构上安装有摄像机和两个对称设置的上盖板，升降机构安装于限位机构上，并用于摄像机和上盖板完成避让及使用，以及对试件完成上下料，同时还用于对所述进液调节机构进行升降调节，进液调节机构安装于升降机构上，并用于向预制孔内填充超临界二氧化碳，以及调节其输出端与预制孔完成配合。
优选的，所述升降机构包括气缸、固定筒以及安装部，所述气缸安装于安装部上，安装部上开设有两个对称设置的条形开口，安装部的两端面之间转动连接有两根对称设置的导轨，两根所述导轨上开设有两个反向螺纹设置的螺纹一，气缸的输出端安装有连接件，所述连接件的中部与导轨于所述螺纹一的位置相螺纹连接，连接件的下端固定有“H”形的安装架，所述安装架的内侧壁固定有滑槽，所述滑槽内滑动设置有安装头，所述摄像机安装于安装头的一端，安装头的另一端下部铰接有连杆，所述连杆的另一端铰接于安装部的侧端上，两个所述上盖板的侧端分别固定于两个所述导轨上。
优选的，所述限位机构包括基座、承装槽以及直角形的压紧板，所述承装槽置于基座内，所述上盖板置于基座的上端，承装槽的侧端开设有装卸口，盛装槽的另一侧与所述安装架的下端相固定，所述试件置于承装槽内，所述基座的内侧壁上固定有四个对称设置的导套，所述导套内滑动设置推杆，所述推杆上于细杆段滑动设置有推板，所述压紧板固定于推杆的另一端，推杆上于推板与压紧板之间套设有弹簧一，基座内还固定有导向板，所述导向板的中部开设有滑孔，推板的下部侧端滑动设置于滑孔内，推板的下端还铰接有顶杆，所述顶杆的另一端铰接有滑块，所述滑块的中部滑动连接有导柱，所述导柱的下端滑动设置于基座的底部，导柱的上端贯穿滑块、导向板及承装槽固定有限位头，所述限位头的上端与试件相抵接，导柱上于滑块与基座内底面之间还套设有弹簧二。
优选的，所述进液调节机构包括三通管、进料管一、进料管二以及转筒，所述三通管上两个出口的端部外表面开设有转动槽和限位槽，所述限位槽内设置转动环，所述转筒的侧端通过弧形的连接罩与转动环的侧端相固定，转动环内设有若干个周向设置的且与限位槽相配合的限位块，转筒的内部还滑动设有两根对称设置的滑杆，所述滑杆的一端贯穿转动环并固定连接有螺纹环，所述螺纹环通过螺纹二螺纹连接于三通管上，滑杆上于转动环与螺纹环之间套设有弹簧三，所述进料管一及进料管二分别滑动设置于三通管的两个出口端部，进料管一及进料管二的中部安装有用于管长伸缩的伸缩旋钮，进料管一及进料管二上还设置有可调节射流大小的调流旋钮，进料管一及进料管二的下端开设有若干个周向设置的射孔。
优选的，所述上盖板的中部开设有用于避让安装架的避让孔，避让孔与安装架的中部横梁相适配，上盖板上还安装有两块对称设置且相互适配的透视板。
优选的，所述安装部的下端与基座之间还固定有加强板。
本发明的优点在于：一、通过在限位机构中的承装槽内放置试件，由试件自身重量下压限位头，推板向试件方向移动，使得压紧板紧贴试件的侧端进而实现固定，此过程采用弹簧一的弹力进行推动，对不同规格的试件均能够实现紧固且不会发生刚性损伤；二、通过设置进液调节机构，试件在放入本装置后，先推动再转动转动环，能够调节进料管一及进料管二的竖直位置，进而实现对不同规格的试件中存在偏差的预制孔亦能准确进行压裂；三、通过设置升降机构在完成三通管升降的同时带动摄像机及上盖板进行避让，以及带动压裂后局部呈散开状的试件离开装置内，便于装卸；四、通过设置进液调节机构和升降机构，并由控制变量法，控制超临界二氧化碳压裂液的射流大小，来观察试件的裂纹情况，并进行差异分析，能够得出压裂液的射流大小对实验结果的具体影响，且直接执行在一块试件上，能够保证得到的实验结果更具有普遍性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中升降机构的结构示意图。
图3为本发明中限位机构的结构示意图。
图4为本发明中限位机构内部分结构的示意图。
图5为本发明中进液调节机构的结构示意图。
图6为本发明中上盖板的结构示意图。
图7为本发明中试件的结构示意图。
其中，1-试件，2-升降机构，3-限位机构，4-进液调节机构，5-预制孔，6-进气管，7-摄像机，8-上盖板，9-避让孔，10-透视板，11-加强板，201-气缸，202-固定筒，203-安装部，204-条形开口，205-导轨，206-螺纹一，207-连接件，208-安装架,209-滑槽，210-安装头，211-连杆，301-基座,302-承装槽，303-压紧板，304-装卸口，305-导套,306-推杆，307-推板，308-弹簧一，309-导向板，310-滑孔，311-顶杆，312-滑块，313-导柱，314-限位头，315-弹簧二，401-三通管，402-进料管一，403-进料管二，404-转筒，405-转动槽，406-限位槽，407-转动环，408-连接罩，409-限位块，410-滑杆，411-螺纹环，412-螺纹二，413-弹簧三，414-伸缩旋钮，415-调流旋钮，416-射孔。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图7所示，一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置，包括试件1、升降机构2、限位机构3以及进液调节机构4，所述试件1的上端开钻有两个对称的预制孔5，试件1安装于所述限位机构3内，限位机构3用于对规格存在差异的试件1进行固定，限位机构3的侧端设置进气管6，以用于保持该实验装置内温度和气压的恒定，所述升降机构2上安装有摄像机7和两个对称设置的上盖板8，升降机构2安装于限位机构3上，并用于摄像机7和上盖板8完成避让及使用，以及对试件1完成上下料，同时还用于对所述进液调节机构4进行升降调节，进液调节机构4安装于升降机构2上，并用于向预制孔5内填充超临界二氧化碳，以及调节其输出端与预制孔5完成配合。
在本实施例中，所述升降机构2包括气缸201、固定筒202以及安装部203，所述气缸201安装于安装部203上，安装部203上开设有两个对称设置的条形开口204，安装部203的两端面之间转动连接有两根对称设置的导轨205，两根所述导轨205上开设有两个反向螺纹设置的螺纹一206，气缸201的输出端安装有连接件207，所述连接件207的中部与导轨205于所述螺纹一206的位置相螺纹连接，连接件207的下端固定有“H”形的安装架208，所述安装架208的内侧壁固定有滑槽209，所述滑槽209内滑动设置有安装头210，所述摄像机7安装于安装头210的一端，安装头210的另一端下部铰接有连杆211，所述连杆211的另一端铰接于安装部203的侧端上，两个所述上盖板8的侧端分别固定于两个所述导轨205上。
在本实施例中，所述限位机构3包括基座301、承装槽302以及直角形的压紧板303，所述承装槽302置于基座301内，所述上盖板8置于基座301的上端，承装槽302的侧端开设有装卸口304，盛装槽302的另一侧与所述安装架208的下端相固定，所述试件1置于承装槽302内，所述基座301的内侧壁上固定有四个对称设置的导套305，所述导套305内滑动设置推杆306，所述推杆306上于细杆段滑动设置有推板307，所述压紧板303固定于推杆306的另一端，推杆306上于推板307与压紧板303之间套设有弹簧一308，基座301内还固定有导向板309，所述导向板309的中部开设有滑孔310，推板307的下部侧端滑动设置于滑孔310内，推板307的下端还铰接有顶杆311，所述顶杆311的另一端铰接有滑块312，所述滑块312的中部滑动连接有导柱313，所述导柱313的下端滑动设置于基座301的底部，导柱313的上端贯穿滑块312、导向板309及承装槽302固定有限位头314，所述限位头314的上端与试件1相抵接，导柱313上于滑块312与基座301内底面之间还套设有弹簧二315。
在本实施例中，所述进液调节机构4包括三通管401、进料管一402、进料管二403以及转筒404，所述三通管401上两个出口的端部外表面开设有转动槽405和限位槽406，所述限位槽406内设置转动环407，所述转筒404的侧端通过弧形的连接罩408与转动环407的侧端相固定，转动环407内设有若干个周向设置的且与限位槽406相配合的限位块409，转筒404的内部还滑动设有两根对称设置的滑杆410，所述滑杆410的一端贯穿转动环407并固定连接有螺纹环411，所述螺纹环411通过螺纹二412螺纹连接于三通管401上，滑杆410上于转动环407与螺纹环411之间套设有弹簧三413，所述进料管一402及进料管二403分别滑动设置于三通管401的两个出口端部，进料管一402及进料管二403的中部安装有用于管长伸缩的伸缩旋钮414，进料管一402及进料管二403上还设置有可调节射流大小的调流旋钮415，进料管一402及进料管二403的下端开设有若干个周向设置的射孔416。
需要说明的是，所述弹簧一308、弹簧二315以及弹簧三413均为高强度弹簧。
值得一提的是，所述进料管一402上开设的射孔416为进料管二403上开设的射孔416的数量的偶数倍，进料管一402及进料管二403的内部还设置有流量传感器，在图示中未示出。
值得注意的是，所述上盖板8的中部开设有用于避让安装架208的避让孔9，避让孔9与安装架208的中部横梁相适配，上盖板8上还安装有两块对称设置且相互适配的透视板10。
需要说明的是，所述透视板10的材质为高强度玻璃。
此外，所述安装部203的下端与基座301之间还固定有加强板11。
本发明在使用过程中，首先启动气缸201,其输出端带动连接件207上移，由于导轨205与连接件207为螺纹连接，于是带动导轨205转动，而两个所述导轨205上的两个螺纹一206为反向设置的螺纹，所以带动两个对称设置的上盖板8反向转动，同时同步上移的安装架208带动滑槽209上移，由于连杆211的铰接设置，使得滑动设置于滑槽209内的安装头210向靠近气缸201的方向移动，进而带动摄像机7同步移动，又同时在安装架208及固定筒202的带动下，使得进液调节机构4及限位机构3内的承装槽302上移，气缸201的输出端全部伸出时，承装槽302上的装卸口304置于基座301的上方，此时在装卸口304内放置开设有预制孔5的试件1则非常方便，放置完毕后，再次启动气缸201，使其输出端回程，从而实现反向进行上述操作过程，气缸201的输出端回程完毕后，承装槽302也停止下移，在试件1自身的重力作用下，下压限位头314，使得滑块312在导柱313上向下移动，通过顶杆311及导向板309带动推板307在滑孔310内向靠近试件1的方向移动，进而通过挤压弹簧一308来推动压紧板303将试件1夹紧，采用弹性推动进行限位，避免了刚性固定带来的一系列弊端，且试件1的各个转角处均匀受力。
限位完毕后，通过推动转筒404，使转动环407从限位槽406移动至转动槽405上，然后转动转筒404经滑杆410带动螺纹环411在螺纹二412上转动，直至合适位置后，松开转筒404，在弹簧三413的弹力作用下，推动转动环407移动至限位槽406后实现固定，进而使得进料管一402移动至预制孔5的正上方，对另一侧的进料管二403同样操作后，转动伸缩旋钮414让射孔416进入到预制孔5内，通过进气管6来控制该装置内部的气压计温度的恒定，最后经三通管401填充超临界二氧化碳压裂液即可，通过进料管一402及进料管二403内部设置的流量传感器，调节调流旋钮415来控制进料管一402及进料管二403内部流经的压裂液的流量，以及根据进料管一402上的射孔416为进料管二403的偶数倍，再经摄像机7透过透视板10观察试件1上的裂纹程度及趋势走向，将数据传输到相应的计算机进行处理，能够得到多组不同实验数据。
基于上述，本发明通过在限位机构3中的承装槽302内放置试件1，由试件1自身重量下压限位头314，推板307向试件1方向移动，使得压紧板303紧贴试件1的侧端进而实现固定，此过程采用弹簧一308的弹力进行推动，对不同规格的试件1均能够实现紧固且不会发生刚性损伤；
通过设置进液调节机构4，试件1在放入本装置后，先推动再转动转筒404，能够调节进料管一402及进料管二403的竖直位置，进而实现对不同规格的试件1中存在偏差的预制孔5亦能准确进行压裂；
通过设置升降机构2在完成三通管401升降的同时带动摄像机7及上盖板8进行避让，以及带动压裂后局部呈散开状的试件1离开装置内，便于装卸；通过设置进液调节机构4和升降机构2，并由控制变量法，控制超临界二氧化碳压裂液的射流大小，来观察试件1的裂纹情况，并进行差异分析，能够得出压裂液的射流大小对实验结果的具体影响，且直接执行在一块试件上，能够保证得到的实验结果更具有普遍性。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (3)

1.一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置，其特征在于，包括试件（1）、升降机构（2）、限位机构（3）以及进液调节机构（4），所述试件（1）的上端开钻有两个对称的预制孔（5），试件（1）安装于所述限位机构（3）内，限位机构（3）用于对规格存在差异的试件（1）进行固定，限位机构（3）的侧端设置进气管（6），以用于保持该实验装置内温度和气压的恒定，所述升降机构（2）上安装有摄像机（7）和两个对称设置的上盖板（8），升降机构（2）安装于限位机构（3）上，并用于摄像机（7）和上盖板（8）完成避让及使用，以及对试件（1）完成上下料，同时还用于对所述进液调节机构（4）进行升降调节，进液调节机构（4）安装于升降机构（2）上，并用于向预制孔（5）内填充超临界二氧化碳，以及调节其输出端与预制孔（5）完成配合，所述升降机构（2）包括气缸（201）、固定筒（202）以及安装部（203），所述气缸（201）安装于安装部（203）上，安装部（203）上开设有两个对称设置的条形开口（204），安装部（203）的两端面之间转动连接有两根对称设置的导轨（205），两根所述导轨（205）上开设有两个反向螺纹设置的螺纹一（206），气缸（201）的输出端安装有连接件（207），所述连接件（207）的中部与导轨（205）于所述螺纹一（206）的位置相螺纹连接，连接件（207）的下端固定有“H”形的安装架（208），所述安装架（208）的内侧壁固定有滑槽（209），所述滑槽（209）内滑动设置有安装头（210），所述摄像机（7）安装于安装头（210）的一端，安装头（210）的另一端下部铰接有连杆（211），所述连杆（211）的另一端铰接于安装部（203）的侧端上，两个所述上盖板（8）的侧端分别固定于两个所述导轨（205）上，所述限位机构（3）包括基座（301）、承装槽（302）以及直角形的压紧板（303），所述承装槽（302）置于基座（301）内，所述上盖板（8）置于基座（301）的上端，承装槽（302）的侧端开设有装卸口（304），盛装槽（302）的另一侧与所述安装架（208）的下端相固定，所述试件（1）置于承装槽（302）内，所述基座（301）的内侧壁上固定有四个对称设置的导套（305），所述导套（305）内滑动设置推杆（306），所述推杆（306）上于细杆段滑动设置有推板（307），所述压紧板（303）固定于推杆（306）的另一端，推杆（306）上于推板（307）与压紧板（303）之间套设有弹簧一（308），基座（301）内还固定有导向板（309），所述导向板（309）的中部开设有滑孔（310），推板（307）的下部侧端滑动设置于滑孔（310）内，推板（307）的下端还铰接有顶杆（311），所述顶杆（311）的另一端铰接有滑块（312），所述滑块（312）的中部滑动连接有导柱（313），所述导柱（313）的下端滑动设置于基座（301）的底部，导柱（313）的上端贯穿滑块（312）、导向板（309）及承装槽（302）固定有限位头（314），所述限位头（314）的上端与试件（1）相抵接，导柱（313）上于滑块（312）与基座（301）内底面之间还套设有弹簧二（315），所述进液调节机构（4）包括三通管（401）、进料管一（402）、进料管二（403）以及转筒（404），所述三通管（401）上两个出口的端部外表面开设有转动槽（405）和限位槽（406），所述限位槽（406）内设置转动环（407），所述转筒（404）的侧端通过弧形的连接罩（408）与转动环（407）的侧端相固定，转动环（407）内设有若干个周向设置的且与限位槽（406）相配合的限位块（409），转筒（404）的内部还滑动设有两根对称设置的滑杆（410），所述滑杆（410）的一端贯穿转动环（407）并固定连接有螺纹环（411），所述螺纹环（411）通过螺纹二（412）螺纹连接于三通管（401）上，滑杆（410）上于转动环（407）与螺纹环（411）之间套设有弹簧三（413），所述进料管一（402）及进料管二（403）分别滑动设置于三通管（401）的两个出口端部，进料管一（402）及进料管二（403）的中部安装有用于管长伸缩的伸缩旋钮（414），进料管一（402）及进料管二（403）上还设置有可调节射流大小的调流旋钮（415），进料管一（402）及进料管二（403）的下端开设有若干个周向设置的射孔（416）。
2.根据权利要求1所述的一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置，其特征在于：所述上盖板（8）的中部开设有用于避让安装架（208）的避让孔（9），避让孔（9）与安装架（208）的中部横梁相适配，上盖板（8）上还安装有两块对称设置且相互适配的透视板（10）。
3.根据权利要求1所述的一种双通道式超临界二氧化碳压裂实验装置，其特征在于：所述安装部（203）的下端与基座（301）之间还固定有加强板（11）。
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