CN113653480B - 一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，其包括：主机体、上冲击组件、实验箱件、供料筒以及支撑体塑型组件；所述实验箱件的通过其下端面对称固定的侧撑架稳固架定在所述主机体中，其特征在于：所述实验箱件的内部中侧横向安装有支撑体塑型组件；且，所述实验箱件的一侧竖直安装有供料筒；所述供料筒与所述支撑体塑型组件相连通，所述支撑体塑型组件用于在支撑剂填充在其内部后辅助支撑剂进行塑型固化，所述主机体的内部上侧中心位置安装有上冲击组件，所述上冲击组件能持续稳定的对所述支撑体塑型组件提供恒压冲击或瞬时高压冲击。
Description
技术领域
本发明属于油气井压裂实验模拟技术领域，具体是一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置。
背景技术
压裂增产是石油、天然气低渗透油气井开采增产的重要新技术。支撑剂则是压裂施工的关键材料，在石油开采中，支撑剂由压裂液带入并支撑在页岩压裂地层的裂隙中，从而有效地将油气导入油气井，大幅度提高油气产量和延长油井寿命；而针对不同类型支撑剂的取材选料，压裂实验是观察其支撑强度的一种科学方法；现有技术中的压裂实验装置，在对支撑体压裂过程中不能提供可控的、理想化冲击压力，使得其不能真正还原模拟地下页岩的应力环境，导致模拟压裂的实验结果不准确；且，在多数实验模拟情况下的支撑剂支撑体并非还原石油岩层通道，在压裂实验中不具备说服性。因此，本领域技术人员提供了一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，其包括：主机体、上冲击组件、实验箱件、供料筒以及支撑体塑型组件；其中，所述主机体的上端面内部中侧设有容纳腔室，所述容纳腔室内安装有实验箱件，所述实验箱件的通过其下端面对称固定的侧撑架稳固架定在所述主机体中，所述实验箱件的内部中侧横向安装有支撑体塑型组件；
且，所述实验箱件的一侧竖直安装有供料筒，所述供料筒内定量存设有一种或多种支撑剂；
所述供料筒与所述支撑体塑型组件相连通，并对所述支撑体塑型组件输送实验检测用支撑剂；
所述支撑体塑型组件用于在支撑剂填充在其内部后辅助支撑剂进行塑型固化，使得其形成油气输送管道，并模拟岩石基层中的支撑剂裂缝填补；
所述主机体的内部上侧中心位置安装有上冲击组件，所述上冲击组件的一端与所述支撑体塑型组件相连通，所述上冲击组件能持续稳定的对所述支撑体塑型组件提供恒压冲击或瞬时高压冲击。
进一步，作为优选，所述支撑体塑型组件包括滑动导柱、连接基架、上成型模件、下成型模件、侧导杠以及连接弹簧；其中，所述实验箱件内上下分别设置有上成型模件以及下成型模件，所述上成型模件与所述下成型模件相密封贴合，且所述上成型模件与所述下成型模件之间配合形成油路模口；
所述上成型模件与所述下成型模件上均设置有连接基架；位于所述下成型模件上的所述连接基架两侧竖直对称固定有滑动导柱，所述上成型模件通过其上方的连接基架沿所述滑动导柱进行限位滑移；
且，所述滑动导柱远离所述上成型模件的一侧均平行固定有侧导杠，所述上成型模件可通过固定在其两侧的导向件与所述侧导杠滑动连接；
所述侧导杠上套设有连接弹簧。
进一步，作为优选，所述上成型模件的上端面固定有轴接架，所述上冲击组件通过轴接架与上成型模件相连接；
且，所述上成型模件与所述下成型模件内均设有弹性膜层。
进一步，作为优选，所述上成型模件与所述下成型模件的油路模口内壁设有多个基坑孔位。
进一步，作为优选，所述滑动导柱上均对称设置有弧形架，位于靠近所述供料筒一侧的其中一个所述弧形架上横向贯穿设置有伸缩喷件；所述伸缩喷件为横截面呈两段式可收缩的喷头结构；
所述伸缩喷件的上下两侧位置均对称安装有电动伸缩杆，并由所述电动伸缩杆的横向伸缩作用驱动所述伸缩喷件对油路模口的一侧进行密封封堵；
所述伸缩喷件的一端固定有分流座，所述分流座的其中一侧端口与所述供料筒相连通，所述分流座的另一端口连设有输送管件，所述输送管件与外设供水泵体相连通；
另一个所述弧形架上横向设置有排流端件，所述排流端件对油路模口的另一侧进行衔接封堵。
进一步，作为优选，所述上成型模件与下成型模件的弹性膜层外还设有吸附棉层。
进一步，作为优选，所述排流端件上还连通有气流支管，所述气流支管通过排流端件对油路模口持续输送热风气流。
进一步，作为优选，所述上冲击组件包括固定盘座、内转动轴、调控槽位以及弹射支件；其中，所述主机体的上端面中部嵌入固定有固定盘座，所述固定盘座内可相对转动的设置有内转动轴，所述内转动轴上铰设有弹射支件，所述弹射支件的一端与所述支撑体塑型组件相铰接；
且，所述内转动轴上开设有调控槽位，所述弹射支件的一端可相对滑动设置在所述调控槽位内。
进一步，作为优选，所述弹射支件还包括安装套件、传接导杆、内置弹簧、滑动轴管以及螺纹外圈；所述安装套件内可相对滑动的同轴设置有传接导杆，所述传接导杆伸入所述安装套件内的一侧设有连接轴塞；
且，所述安装套件的一侧连设有侧支管；
所述安装套件外可相对滑动的套接设置有滑动轴管，所述安装套件上圆周对称铰设有多个限位挡件，所述限位挡件的一端与所述滑动轴管相铰接，所述限位挡件的另一端通过弹性片伸入所述安装套件内，并与所述连接轴塞相接触抵靠；
所述连接轴塞与所述安装套件之间连设有内置弹簧；
所述限位挡件的横截面呈L字形结构；
所述安装套件上通过多个转子转动套接有螺纹外圈，所述螺纹外圈通过螺纹啮合作用与所述滑动轴管相啮合传动；
且，所述安装套件外还设有微型电机，所述微型电机的输出端通过齿轮啮合传动作用驱动所述螺纹外圈进行定向圆周旋转。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，在实验箱件的内部中侧设置支撑体塑型组件，由供料筒对支撑体塑型组件分别输送不同类型的支撑剂，通过支撑体塑型组件对支撑剂进行塑型固定化，并形成模拟油气输送管道，利用上冲击组件对其提供冲击压力，从而实现对多种类支撑剂的支撑强度进行测量；此中，由对应贴合设置的上成型模件与下成型模件配合形成油路模口，支撑剂在注射填充后能贴附在油路模口侧壁上，上冲击组件驱动上成型模件对下滑移，实现对模拟管道的压裂；并能通过伸缩喷件在完成压裂后对其进行注水填充，通过观察水体流动分散程度来记录各支撑剂的压裂裂缝间隙大小；而在冲击压裂中还设有弹射支件，弹射支件能够对上成型模件瞬时高压冲击，以模拟油气管道受地下页岩的突击应力的冲击破坏，方便得到多种压裂实验数据。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中支撑体塑型组件的结构示意图；
图3为本发明中伸缩喷件的结构示意图；
图4本发明中上冲击组件的结构示意图；
图5本发明中弹射支件的结构示意图；
图中：1主机体、2实验箱件、3侧撑架、4支撑体塑型组件、401上成型模件、402下成型模件、403连接基架、404滑动导柱、405侧导杠、406连接弹簧、407轴接架、5上冲击组件、501固定盘座、502内转动轴、503调控槽位、6供料筒、7弧形架、701伸缩喷件、702电动伸缩杆、703有分流座、704输送管件、8弹射支件、801安装套件、802传接导杆、803侧支管、804内置弹簧、805滑动轴管、806限位挡件、807螺纹外圈、808微型电机。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例中，一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，其包括：主机体1、上冲击组件5、实验箱件2、供料筒6以及支撑体塑型组件4；其中，所述主机体1的上端面内部中侧设有容纳腔室，所述容纳腔室内安装有实验箱件2，所述实验箱件2的通过其下端面对称固定的侧撑架3稳固架定在所述主机体1中，所述实验箱件2的内部中侧横向安装有支撑体塑型组件4；
且，所述实验箱件2的一侧竖直安装有供料筒6，所述供料筒6内定量存设有一种或多种支撑剂；
所述供料筒6与所述支撑体塑型组件4相连通，并对所述支撑体塑型组件4输送实验检测用支撑剂；
所述支撑体塑型组件4用于在支撑剂填充在其内部后辅助支撑剂进行塑型固化，使得其形成油气输送管道，并模拟岩石基层中的支撑剂裂缝填补；
所述主机体1的内部上侧中心位置安装有上冲击组件5，所述上冲击组件5的一端与所述支撑体塑型组件4相连通，所述上冲击组件5能持续稳定的对所述支撑体塑型组件4提供恒压冲击或瞬时高压冲击，在具体实验过程中，通过供料筒对支撑体塑型组件注射填充支撑剂，使得支撑剂能完全饱和填满并附着于支撑体塑型组件内壁，将多余支撑剂排出，静置3min-5min后支撑剂能固化形成管路支撑体；再由上冲击组件对其提供稳定或瞬时冲击压力。
参阅图2，本实施例中，所述支撑体塑型组件4包括滑动导柱404、连接基架403、上成型模件401、下成型模件402、侧导杠405以及连接弹簧406；其中，所述实验箱件2内上下分别设置有上成型模件401以及下成型模件402，所述上成型模件401与所述下成型模件402相密封贴合，且所述上成型模件401与所述下成型模件402之间配合形成油路模口；此中，该油路模口的横截面呈闪电形态，即其中部设有一段斜度，使得当其在压裂中，油路模口能模拟实际中的油路管道；
所述上成型模件401与所述下成型模件402上均设置有连接基架403；位于所述下成型模件402上的所述连接基架403两侧竖直对称固定有滑动导柱404，所述上成型模件401通过其上方的连接基架403沿所述滑动导柱404进行限位滑移；
且，所述滑动导柱404远离所述上成型模件的一侧均平行固定有侧导杠405，所述上成型模件401可通过固定在其两侧的导向件与所述侧导杠405滑动连接；
所述侧导杠405上套设有连接弹簧406。
作为较佳的实施例，所述上成型模件401的上端面固定有轴接架407，所述上冲击组件5通过轴接架407与上成型模件401相连接；
且，所述上成型模件401与所述下成型模件402内均设有弹性膜层。
本实施例中，所述上成型模件401与所述下成型模件402的油路模口内壁设有多个基坑孔位，防止支撑剂在塑型固化中产生脱离。
参阅图3，本实施例中，所述滑动导柱404上均对称设置有弧形架7，位于靠近所述供料筒6一侧的其中一个所述弧形架7上横向贯穿设置有伸缩喷件701；所述伸缩喷件701为横截面呈两段式可收缩的喷头结构；
所述伸缩喷件701的上下两侧位置均对称安装有电动伸缩杆702，并由所述电动伸缩杆702的横向伸缩作用驱动所述伸缩喷件701对油路模口的一侧进行密封封堵；
所述伸缩喷件701的一端固定有分流座703，所述分流座703的其中一侧端口与所述供料筒6相连通，所述分流座703的另一端口连设有输送管件704，所述输送管件704与外设供水泵体(图中未示出)相连通；
另一个所述弧形架7上横向设置有排流端件，所述排流端件对油路模口的另一侧进行衔接封堵，在一般实验过程中，先由电动伸缩杆驱动伸缩喷件对路模口的一端进行密封封堵，与此同时排流端件对其另一侧进行封堵，由伸缩喷件对内注射支撑剂，静置一段时常后，将多余支撑剂由排流端件进行排出；而在压裂中，位于油路模口两侧的排流端件与伸缩喷件均需从中退出。
本实施例中，所述上成型模件401与下成型模件402的弹性膜层外还设有吸附棉层，用于防水吸收。
作为较佳的实施例，所述排流端件上还连通有气流支管(图中未示出)，所述气流支管通过排流端件对油路模口持续输送热风气流，降低支撑剂固化周期时常，提高实验效率。
参阅图4，本实施例中，所述上冲击组件5包括固定盘座501、内转动轴502、调控槽位503以及弹射支件8；其中，所述主机体1的上端面中部嵌入固定有固定盘座501，所述固定盘座501内可相对转动的设置有内转动轴502，所述内转动轴502上铰设有弹射支件8，所述弹射支件8的一端与所述支撑体塑型组件4相铰接；
且，所述内转动轴502上开设有调控槽位503，所述弹射支件8的一端可相对滑动设置在所述调控槽位503内，此中，通过弹射支件的滑动作用，能有效控制其对下冲击垂直距离，以达到压力实验需求。
参阅图5，本实施例中，所述弹射支件8还包括安装套件801、传接导杆802、内置弹簧804、滑动轴管805以及螺纹外圈807；所述安装套件801内可相对滑动的同轴设置有传接导杆802，所述传接导杆802伸入所述安装套件801内的一侧设有连接轴塞；
且，所述安装套件801的一侧连设有侧支管8033；侧支管的一端连通外设气泵，通过外设气泵(图中未示出)进行排气作用使得传接导杆能沿安装套件对上滑动；
所述安装套件801外可相对滑动的套接设置有滑动轴管805，所述安装套件801上圆周对称铰设有多个限位挡件806，所述限位挡件806的一端与所述滑动轴管805相铰接，所述限位挡件806的另一端通过弹性片伸入所述安装套件801内，并与所述连接轴塞相接触抵靠；需要注意的是，该弹性片与安装套件呈密封衔接状态，并具有高弹压形变效果，从而能够通过限位挡件对连接轴塞进行限位挡控；
所述连接轴塞与所述安装套件801之间连设有内置弹簧804；
所述限位挡件806的横截面呈L字形结构；
所述安装套件801上通过多个转子转动套接有螺纹外圈807，所述螺纹外圈807通过螺纹啮合作用与所述滑动轴管805相啮合传动；
且，所述安装套件801外还设有微型电机808，所述微型电机808的输出端通过齿轮啮合传动作用驱动所述螺纹外圈807进行定向圆周旋转。
具体地，在压裂造缝实验过程中，先通过伸缩喷件对成型模与下成型模件间所形成的油路模口注入支撑剂，将多余支撑剂由排流端件进行排出，同时气流支管通过排流端件对油路模口持续输送热风气流，使得支撑剂完全固化，由固定盘座内的内转动轴进行圆周旋转以提供恒压冲击或通过弹射支件的垂直弹射效果来达到瞬时高压冲击作用，从而实现对支撑剂固化形成的支撑体进行压裂实验，并能够达到模拟石油岩层通道的效果；外设供水泵体通过输送管件输入水体，观察水体流动分散程度来记录各支撑剂的压裂裂缝间隙大小,方便进行对比实验。
上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，其包括：主机体(1)、上冲击组件(5)、实验箱件(2)、供料筒(6)以及支撑体塑型组件(4)；其中，所述主机体(1)的上端面内部中侧设有容纳腔室，所述容纳腔室内安装有实验箱件(2)，所述实验箱件(2)的通过其下端面对称固定的侧撑架(3)稳固架定在所述主机体(1)中，其特征在于：所述实验箱件(2)的内部中侧横向安装有支撑体塑型组件(4)；
且，所述实验箱件(2)的一侧竖直安装有供料筒(6)，所述供料筒(6)内定量存设有一种或多种支撑剂；
所述供料筒(6)与所述支撑体塑型组件(4)相连通，并对所述支撑体塑型组件(4)输送实验检测用支撑剂；
所述支撑体塑型组件(4)用于在支撑剂填充在其内部后辅助支撑剂进行塑型固化，使得其形成油气输送管道，并模拟岩石基层中的支撑剂裂缝填补；
所述主机体(1)的内部上侧中心位置安装有上冲击组件(5)，所述上冲击组件(5)的一端与所述支撑体塑型组件(4)相连通，所述上冲击组件(5)能持续稳定的对所述支撑体塑型组件(4)提供恒压冲击或瞬时高压冲击；
所述支撑体塑型组件(4)包括滑动导柱(404)、连接基架(403)、上成型模件(401)、下成型模件(402)、侧导杠(405)以及连接弹簧(406)；其中，所述实验箱件(2)内上下分别设置有上成型模件(401)以及下成型模件(402)，所述上成型模件(401)与所述下成型模件(402)相密封贴合，且所述上成型模件(401)与所述下成型模件(402)之间配合形成油路模口；
所述上成型模件(401)与所述下成型模件(402)上均设置有连接基架(403)；位于所述下成型模件(402)上的所述连接基架(403)两侧竖直对称固定有滑动导柱(404)，所述上成型模件(401)通过其上方的连接基架(403)沿所述滑动导柱(404)进行限位滑移；
且，所述滑动导柱(404)远离所述上成型模件(401)的一侧均平行固定有侧导杠(405)，所述上成型模件(401)可通过固定在其两侧的导向件与所述侧导杠(405)滑动连接；
所述侧导杠(405)上套设有连接弹簧(406)；
所述上冲击组件(5)包括固定盘座(501)、内转动轴(502)、调控槽位(503)以及弹射支件(8)；其中，所述主机体(1)的上端面中部嵌入固定有固定盘座(501)，所述固定盘座(501)内可相对转动的设置有内转动轴(502)，所述内转动轴(502)上铰设有弹射支件(8)，所述弹射支件(8)的一端与所述支撑体塑型组件(4)相铰接；
且，所述内转动轴(502)上开设有调控槽位(503)，所述弹射支件(8)的一端可相对滑动设置在所述调控槽位(503)内。
2.根据权利要求1所述的一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，其特征在于：所述上成型模件(401)的上端面固定有轴接架(407)，所述上冲击组件(5)通过轴接架(407)与上成型模件(401)相连接；
且，所述上成型模件(401)与所述下成型模件(402)内均设有弹性膜层。
3.根据权利要求2所述的一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，其特征在于：所述上成型模件(401)与所述下成型模件(402)的油路模口内壁设有多个基坑孔位。
4.根据权利要求3所述的一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，其特征在于：所述滑动导柱(404)上均对称设置有弧形架(7)，位于靠近所述供料筒(6)一侧的其中一个所述弧形架(7)上横向贯穿设置有伸缩喷件(701)；所述伸缩喷件(701)为横截面呈两段式可收缩的喷头结构；
所述伸缩喷件(701)的上下两侧位置均对称安装有电动伸缩杆(702)，并由所述电动伸缩杆(702)的横向伸缩作用驱动所述伸缩喷件(701)对油路模口的一侧进行密封封堵；
所述伸缩喷件(701)的一端固定有分流座(703)，所述分流座(703)的其中一侧端口与所述供料筒(6)相连通，所述分流座(703)的另一端口连设有输送管件(704)，所述输送管件(704)与外设供水泵体相连通；
另一个所述弧形架(7)上横向设置有排流端件，所述排流端件对油路模口的另一侧进行衔接封堵。
5.根据权利要求4所述的一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，其特征在于：所述上成型模件(401)与下成型模件(402)的弹性膜层外还设有吸附棉层。
6.根据权利要求5所述的一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置置，其特征在于：所述排流端件上还连通有气流支管，所述气流支管通过排流端件对油路模口持续输送热风气流。
7.根据权利要求1所述的一种基于多类型支撑剂的页岩有效支撑体积压裂造缝实验装置，其特征在于：所述弹射支件(8)还包括安装套件(801)、传接导杆(802)、内置弹簧(804)、滑动轴管(805)以及螺纹外圈(807)；所述安装套件(801)内可相对滑动的同轴设置有传接导杆(802)，所述传接导杆(802)伸入所述安装套件(801)内的一侧设有连接轴塞；
且，所述安装套件(801)的一侧连设有侧支管(8033)；
所述安装套件(801)外可相对滑动的套接设置有滑动轴管(805)，所述安装套件(801)上圆周对称铰设有多个限位挡件(806)，所述限位挡件(806)的一端与所述滑动轴管(805)相铰接，所述限位挡件(806)的另一端通过弹性片伸入所述安装套件(801)内，并与所述连接轴塞相接触抵靠；
所述连接轴塞与所述安装套件(801)之间连设有内置弹簧(804)；
所述限位挡件(806)的横截面呈L字形结构；
所述安装套件(801)上通过多个转子转动套接有螺纹外圈(807)，所述螺纹外圈(807)通过螺纹啮合作用与所述滑动轴管(805)相啮合传动；
且，所述安装套件(801)外还设有微型电机(808)，所述微型电机(808)的输出端通过齿轮啮合传动作用驱动所述螺纹外圈(807)进行定向圆周旋转。
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