CN114076726B - 一种三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，包括密闭箱体，密闭箱体的内部具有密闭腔室，在密闭腔室内设有保护套，保护套的两端分别与密闭箱体的两端面密封固定，并将密闭腔室分隔成围压动态控制腔室以及第一渗流工作腔室，在密闭箱体的两端面内均形成有第二渗流工作腔室，在围压动态控制腔室内套设有三维岩心模型。在第一渗流工作腔室内以及在第二渗流工作腔室内分别设有一组压板，在密闭箱体的四个侧面以及两个端面上分别密封插设有一组液压缸。在密闭箱体上还密封插设有过液管，过液管能够与围压动态控制腔室相连通。本发明的渗流测试装置能够通过各液压缸使岩石受到的应力更复杂，更接近于地层的真实情况。

Description

一种三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置

技术领域

本发明是关于致密油气、页岩油气开采技术领域，尤其涉及一种三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置。

背景技术

非常规油气资源是当前的一种新型战略能源，其开发利用对缓解全球能源危机，促进全球能源变革有重要意义。以致密油、页岩气、页岩油为代表的非常规油气储集层多在复杂的地层条件下形成，具备低孔低渗，岩性和储层发育的控制因素十分复杂，给进一步的勘探开发带来很大的困难。

由于非常规油气的储层基质岩石的致密性，利用天然裂缝或水力裂缝，作为油气运移流动的通道是其高效开发的必然选择。例如致密潜山油藏中的裂缝受岩性和构造应力共同控制，其发育呈现明显的层带性及非均质性。裂缝是将油气从致密的基质岩石中释放出来的唯一通道，准确认识复杂应力作用下裂缝的敏感特征，并掌握基岩与裂缝之间的渗流规律是高效开此类非常规油气资源的前提。其中，这里所说的复杂应力是指由于地层中岩石所受应力状态、应变率以及加载方式的不同，导致其力学性质差异较大，进而加剧岩石的各向异性的一种条件。然而，非常规气藏多分布于应力敏感储集层地区，在油气资源开发过程中，地层应力是不断变化的，常规的现场试验方法很难获取裂缝变形过程中渗透特性的变化规律。

现有的渗流测试装置大多数为圆柱形测试装置，仅能通过包裹圆柱形式样提供单一的围压，无法给岩石提供复杂应力，不能很好地反应复杂周向应力不同的渗流特征，且上述试验方法均在试样密闭条件下测试，装置无法测试周向上的渗流特征。而目前的三轴实验设备操作复杂、成本高，只能提供轴向上的渗流规律，无法研究在复杂周向应力作用下基岩与裂缝之间的渗流规律。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，能够通过各液压缸使岩石受到的应力更复杂，更接近于地层的真实情况。

本发明的目的是这样实现的，一种三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，包括呈长方体的密闭箱体，密闭箱体的内部具有密闭腔室；在密闭腔室内设有呈长方体且两端开口的保护套，保护套的各侧面分别与密闭箱体的各侧面平行设置；保护套的两端分别与密闭箱体的两端面密封固定，并将密闭腔室分隔成位于保护套内侧的围压动态控制腔室以及位于保护套外侧的第一渗流工作腔室，在密闭箱体的两端面内均形成有与围压动态控制腔室连通的第二渗流工作腔室，在围压动态控制腔室内套设有三维岩心模型；在第一渗流工作腔室内对应保护套的四个侧面的位置以及在第二渗流工作腔室内对应三维岩心模型的两端面的位置分别设有一组压板，在密闭箱体的四个侧面以及两个端面上分别密封插设有一组液压缸，每组液压缸的缸体均与密闭箱体固定，每组液压缸的液压轴分别与对应的压板固定连接；在密闭箱体上还密封插设有过液管，过液管能够与围压动态控制腔室相连通。

在本发明的一较佳实施方式中，每组压板均包括间隔布置的至少两个子压板，每组液压缸均包括间隔布置的至少两个子液压缸，子液压缸的数量与子压板的数量相同；每个子液压缸的缸体均与密闭箱体固定，每个子液压缸的液压轴分别与对应的子压板固定连接。

在本发明的一较佳实施方式中，呈相对设置的两组压板以及呈相对设置的两组液压缸均呈对称设置。

在本发明的一较佳实施方式中，密闭箱体包括呈长方体且两端开口的中间壳体以及两个封闭板，两个封闭板与中间壳体的两端能拆卸地密封固定，两个封闭板构成密闭箱体的两端面，中间壳体的四个侧面构成密闭箱体的四个侧面。

在本发明的一较佳实施方式中，在每个封闭板的内壁且对应三维岩心模型的端面的位置分别开设一凹槽，凹槽的内部空间构成第二渗流工作腔室。

在本发明的一较佳实施方式中，每个凹槽的槽口端向内凸设形成一凸环，凸环的内端面开设有环形安装槽，保护套的端部密封插设在环形安装槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，在每个凹槽内套设一密封圈，第二渗流工作腔室内的压板能滑动地套设在密封圈内。

在本发明的一较佳实施方式中，在密闭箱体上设有能够与第一渗流工作腔室连通的围压注入管。

在本发明的一较佳实施方式中，过液管包括第一过液管以及第二过液管；在密闭箱体的四个侧面上分别插设有一组第一过液管，每组第一过液管的外侧端位于密闭箱体的外部，每组第一过液管的内侧端依次穿过密闭箱体的侧面、第一渗流工作腔室内的压板以及保护套的侧面，并与围压动态控制腔室相连通；在密闭箱体的两个端面上分别插设有一组第二过液管，每组第二过液管的外侧端位于密闭箱体的外部，每组第二过液管的内侧端依次穿过密闭箱体的端面以及第二渗流工作腔室内的压板，并与围压动态控制腔室相连通。

在本发明的一较佳实施方式中，每组第一过液管包括一个第一过液总管以及至少两个第一过液支管，第一过液总管的外侧端位于密闭箱体的外部，第一过液总管的内侧端穿过密闭箱体的侧面并与每个第一过液支管的外侧端均连通，每个第一过液支管的内侧端穿过第一渗流工作腔室内的压板和保护套的侧面，并与围压动态控制腔室相连通；每组第二过液管包括一个第二过液总管以及至少两个第二过液支管，第二过液总管的外侧端位于密闭箱体的外部，第二过液总管的内侧端穿过密闭箱体的端面并与每个第二过液支管的外侧端均连通，每个第二过液支管的内侧端穿过第二渗流工作腔室内的压板，并与围压动态控制腔室相连通。

在本发明的一较佳实施方式中，三维岩心模型为长方体形状，三维岩心模型为天然露头岩心或者人造岩心，三维岩心模型具有至少一道裂缝。

在本发明的一较佳实施方式中，三维岩心模型中至少有一道裂缝的长度方向沿密闭箱体的长度方向延伸，每组第二过液管中至少有一个第二过液支管与其中一道裂缝相连通。

在本发明的一较佳实施方式中，保护套为胶皮套。

在本发明的一较佳实施方式中，在保护套的四个侧面且对应每个第一过液支管的位置分别开设一通孔，在每个通孔内嵌设一金属导流件；金属导流件的内部设有相互垂直连通的安装通道和第一导流槽，第一导流槽的槽口朝向围压动态控制腔室设置，第一导流槽的导流面积大于安装通道的导流面积；第一过液支管的内侧端插设在安装通道内，并与第一导流槽相连通。

在本发明的一较佳实施方式中，在第二渗流工作腔室内的每组压板的内侧端均开设有第二导流槽，第二导流槽与围压动态控制腔室相连通，每个第二过液支管穿过第二渗流工作腔室内的压板后与第二导流槽相连通。

在本发明的一较佳实施方式中，在每个第一过液总管以及每个第二过液总管上分别设有一压力表。

在本发明的一较佳实施方式中，在两个第二过液总管之间通过导线连接有第一压差传感器，在四个第一过液总管与其中一个第二过液总管之间分别通过导线连接有第二压差传感器。

由上所述，本发明中的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置通过设置六组压板和六组液压缸，通过调节各组液压缸能够使得各压板对三维岩心模型产生不同的应力，使得三维岩心模型既能受到来自周向上四个方向的压力，又能受到轴向上两个方向的压力，且各个方向的应力可以均不同也可以部分相同，使得三维岩心模型能够受到的应力更复杂，更接近于地层的真实情况，为后续研究复杂油藏应力作用下裂缝的敏感特征以及基岩与裂缝之间的交互渗流规律做基础。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明提供的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置的结构示意图。

图2：为图1中沿A-A方向的剖视图。

图3：为本发明提供的密闭箱体、第一过液管、第二过液管与保护套配合的结构示意图。

图4：为图1中沿B-B方向的剖视图。

图5：为本发明提供的金属导流件的结构示意图。

图6：为本发明提供的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置在使用时连接第二进液泵和第三进液泵后的结构示意图。

附图标号说明：

1、密闭箱体；11、围压动态控制腔室；12、第一渗流工作腔室；13、第二渗流工作腔室；14、中间壳体；15、封闭板；151、凹槽；152、凸环；1521、限位环；153、密封圈；

2、保护套；21、金属导流件；211、安装通道；212、第一导流槽；

3、三维岩心模型；

4、压板；41、子压板；42、第二导流槽；

5、子液压缸；51、缸体；52、液压轴；53、橡胶圈；54、进油管；

6、围压注入管；

7、第一过液管；71、第一过液总管；72、第一过液支管；73、第二压差传感器；74、第二进液泵；75、第一中间溶液瓶；

8、第二过液管；81、第二过液总管；82、第二过液支管；83、第一压差传感器；84、第三进液泵；85、第二中间溶液瓶。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图6所示，本实施例提供一种三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，包括呈长方体的密闭箱体1，密闭箱体1的内部具有密闭腔室。

其中，在密闭腔室内设有呈长方体且两端开口的保护套2，保护套2的各侧面分别与密闭箱体1的各侧面平行设置。保护套2的两端分别与密闭箱体1的两端面密封固定，并将密闭腔室分隔成位于保护套2内侧的围压动态控制腔室11以及位于保护套2外侧的第一渗流工作腔室12，在密闭箱体1的两端面内均形成有与围压动态控制腔室11连通的第二渗流工作腔室13，在围压动态控制腔室11内套设有三维岩心模型3。在第一渗流工作腔室12内对应保护套2的四个侧面的位置以及在第二渗流工作腔室13内对应三维岩心模型3的两端面的位置分别设有一组压板4，在密闭箱体1的四个侧面以及两个端面上分别密封插设有一组液压缸，每组液压缸的缸体51均与密闭箱体1固定，每组液压缸的液压轴52分别与对应的压板4固定连接。在密闭箱体1上还密封插设有过液管，过液管能够与围压动态控制腔室11相连通。

具体地，第一渗流工作腔室12内的各压板4能够沿垂直于密闭箱体1的侧面的方向滑动，第二渗流工作腔室13内的各压板4能够沿垂直于密闭箱体1的端面的方向(也即沿着密闭箱体1的长度方向)滑动。一般密闭箱体1的整体尺寸可以选择：长为120cm～140cm，宽为50cm～60cm，高为70cm～80cm。第一渗流工作腔室12内的压板4与密闭箱体1内壁之间的间距为1cm～1.2cm，第二渗流工作腔室13内的压板4与密闭箱体1内壁之间的间距为2.5cm～3.0cm。三维岩心模型3可以为天然露头岩心或者人造岩心，该三维岩心模型3上具有至少一道裂缝，该裂缝可以是自然形成的，也可以人为构成的，该三维岩心模型3的形状与保护套2的形状相匹配，也为长方体形状，一般其尺寸选择：长为85cm～90cm，宽为20cm～22cm，高为40cm～42cm，具体大小根据需要进行选择，本实施例仅为举例说明。

在进行渗流测试时，先将每组液压缸分别与泵送装置连接，通过控制泵送装置使得各组液压缸的液压轴52推动各压板4运动，为三维岩心模型3提供压力。其中，第一渗流工作腔室12内的各压板4能够为三维岩心模型3提供周向上的压力，第二渗流工作腔室13内的各压板4能够为三维岩心模型3提供轴向上的压力，使得三维岩心模型3能够受到xyz三个方向上的三维应力；同时各组液压缸的压力可以均不同也可以部分相同，以使三维岩心模型3受到更复杂的应力，进而通过各液压缸的施压，能够模拟岩石在地层中受到的复杂应力条件。之后根据所想要模拟的流体在三维岩心模型3中的流动状态的不同，向部分过液管中注入液体或者气体，进而观察液体的流动状态，便于后续研究渗流规律。需要说明的是，这里所说的轴向是指三维岩心模型3的长度方向，这里所说的周向是指围绕该轴向的方向。

由此，本实施例中的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置通过设置六组压板4和六组液压缸，通过调节各组液压缸能够使得各压板4对三维岩心模型3产生不同的应力，使得三维岩心模型3既能受到来自周向上四个方向的压力，又能受到轴向上两个方向的压力，且各个方向的应力可以均不同也可以部分相同，使得三维岩心模型3能够受到的应力更复杂，更接近于地层的真实情况，为后续研究复杂油藏应力作用下裂缝的敏感特征以及基岩与裂缝之间的交互渗流规律做基础。

在具体实现方式中，如图2所示，为了使得三维岩心模型3能够受到的应力进一步复杂化，每组压板4均包括间隔布置的至少两个子压板41，每组液压缸均包括间隔布置的至少两个子液压缸5，子液压缸5的数量与子压板41的数量相同。每个子液压缸5的缸体51均与密闭箱体1固定，每个子液压缸5的液压轴52分别与对应的子压板41固定连接。

可以理解，位于第一渗流工作腔室12内的各子压板41均沿密闭箱体1的长度方向间隔布置，位于第二渗流工作腔室13内的各子压板41均沿垂直于密闭箱体1的长度方向间隔布置。一般各子压板41等间距布置，各子液压缸5等间距布置，各子液压缸5均包括缸体51，设在缸体51内的液压轴52，在液压轴52与缸体51内壁之间设有橡胶圈53，在缸体51上还设有进油管54，子液压缸5的缸体51与密闭箱体1焊接固定，其液压轴52与子压板41焊接固定，对于子液压缸5的结构为现在技术，在此不再赘述。

对于每组压板4中子压板41的数量根据实际需要而定，例如本实施例中位于第一渗流工作腔室12内的每组压板4均包括三个子压板41，位于第二渗流工作腔室13内的每组压板4均包括两个子压板41，对应地，本实施例中共设有十六个子液压缸5，通过这十六个子液压缸5的作用能够全方位的为三维岩心模型3提供压力，通过各子液压缸5的进油管54的进油量不同，可以为三维岩心模型3提供更加复杂应力，在复杂应力条件下，可以更清楚的研究岩石裂缝的渗流规律。因此，每组压板4中的各子压板41对三维岩心模型3所施加的力可以各不相同，使得三维岩心模型3受到的周向压力和轴向压力均更加复杂化，更加接近于地层的真实情况。

在实际应用中，一般呈相对设置的两组压板4以及呈相对设置的两组液压缸均呈对称设置。这样，在使用时，对称设置的两个子压板41能够对三维岩心模型3施加相同大小的力，进而在保证三维岩心模型3受到的应力更加复杂同时又能够方便对其受到的应力进行把控，便于后续研究，

进一步地，为了便于加工和安装，如图2和图3所示，密闭箱体1包括呈长方体且两端开口的中间壳体14以及两个封闭板15，两个封闭板15与中间壳体14的两端能拆卸地密封固定，两个封闭板15构成密闭箱体1的两端面，中间壳体14的四个侧面构成密闭箱体1的四个侧面。

一般中间壳体14的两端分别与两个封闭板15通过法兰密封固定，上述的两个封闭板15可以采用厚度为6cm～8cm，材质为15MnV的钢板。当然，根据需要也可以采用其他的方式固定以及其他的尺寸和材质，本实施例仅为举例说明。

为了便于各组第二压板4的安装，在每个封闭板15的内壁且对应三维岩心模型3的端面的位置分别开设一凹槽151，凹槽151的内部空间构成第二渗流工作腔室13。

为了便于上述保护套2的两端与密闭箱体1的两端面之间的密封固定，每个凹槽151的槽口端向内凸设形成一凸环152，凸环152的内端面开设有环形安装槽，保护套2的端部密封插设在环形安装槽内。

为了避免围压动态控制腔室11内的液体流入第二渗流工作腔室13内而影响测试效果，在每个凹槽151内套设一密封圈153，第二渗流工作腔室13内的压板4能滑动地套设在密封圈153内，以密封凹槽151与该组压板4之间的缝隙，同时还能减少压板4与密闭箱体1之间的摩擦。

其中，一般为了对密封圈153进行限位，在每个凸环152的内侧端向内凸设形成内径缩小的限位环1521，密封圈153的内侧端能够抵靠在限位环1521上。对于第二渗流工作腔室13内的压板4包括至少两个子压板41的情况，优选在相邻两个子压板41之间的间隙内也会设有密封件，以对该间隙密封。

进一步地，如图1所示，在密闭箱体1上设有能够与第一渗流工作腔室12连通的围压注入管6。一般在围压注入管6上还设有压力表，比便于观察压力大小。

在使用时，通过围压注入管6可以向第一渗流工作腔室12内注入具有一定温度的液体(例如水)，一方面能够对三维岩心模型3的整体施加一个均匀的围压，另一方面利用保护套2的内外压差，围压注入管6所提供的围压较大时能够时保护套2有效包裹住三维岩心模型3，防止围压动态控制腔室11内的液体向外渗流，再一方面还能够保持一定温度，更接近于地层的真实温度，测试结果更加真实。

进一步地，为了便于在三维应力条件下模拟流体在三维岩心模型3内的不同流动状态，如图1至图4所示，上述的过液管包括第一过液管7以及第二过液管8。在密闭箱体1的四个侧面上分别插设有一组第一过液管7，每组第一过液管7的外侧端位于密闭箱体1的外部，每组第一过液管7的内侧端依次穿过密闭箱体1的侧面、第一渗流工作腔室12内的压板4以及保护套2的侧面，并与围压动态控制腔室11相连通。在密闭箱体1的两个端面上分别插设有一组第二过液管8，每组第二过液管8的外侧端位于密闭箱体1的外部，每组第二过液管8的内侧端依次穿过密闭箱体1的端面以及第二渗流工作腔室13内的压板4，并与围压动态控制腔室11相连通。

这样，在测试时，可以向其中至少一组第一过液管7和/或其中至少一组第二过液管8中注入液体，将其余各组第一过液管7和各组第二过液管8可以全部打开，也可以部分打开。之后液体在三维岩心模型3内流动后将从其余各组打开的第一过液管7和/或第二过液管8中流出，根据注入液体的第一过液管7或者第二过液管8的位置不同，便可以模拟流体在三维岩心模型3中的不同流动状态，以便于研究复杂油藏应力作用下裂缝的敏感特征以及基岩与裂缝之间的交互渗流规律。当然，在实际使用时，上述的第一过液管7和第二过液管8内既可以注入液体，也可以注入气体，根据需要而定，本实施例仅为举例说明。

进一步地，为了向各过液管注入液体时液体能够更均匀地流向三维岩心模型3的各个位置，如图2和图3所示，每组第一过液管7包括一个第一过液总管71以及至少两个第一过液支管72，第一过液总管71的外侧端位于密闭箱体1的外部，第一过液总管71的内侧端穿过密闭箱体1的侧面并与每个第一过液支管72的外侧端均连通，每个第一过液支管72的内侧端穿过第一渗流工作腔室12内的压板4和保护套2的侧面，并与围压动态控制腔室11相连通。每组第二过液管8包括一个第二过液总管81以及至少两个第二过液支管82，第二过液总管81的外侧端位于密闭箱体1的外部，第二过液总管81的内侧端穿过密闭箱体1的端面并与每个第二过液支管82的外侧端均连通，每个第二过液支管82的内侧端穿过第二渗流工作腔室13内的压板4，并与围压动态控制腔室11相连通。

对于各第一过液支管72以及各第二过液支管82的数量可以根据实际需要而定，例如本实施例中每组第一过液管7包括三个第一过液支管72，每组第二过液管8包括三个第二过液支管82。可以理解，每组压板4包括多个子压板41时，各过液支管可以直接从对应的子压板41穿过，也可以从相邻两个子压板41之间的间隙内穿过。例如本实施例中，位于中间位置的第二过液支管82从相邻两个子压板41之间的间隙内穿过，此时上述的密封件为密封环，该第二过液支管82同时穿过该密封环，以保证此处的密封性。

在具体实现过程中，为了使得测试效果更佳，如图2所示，三维岩心模型3中至少有一道裂缝的长度方向沿密闭箱体1的长度方向延伸，每组第二过液管8中至少有一个第二过液支管82与其中一道裂缝相连通。

例如，本实施例中三维岩心模型3采用人造岩心，该人造岩心具有一道裂缝，该裂缝的裂缝面与密闭箱体1的其中一个侧面保持平行，每组第二过液管8包括三个第二过液支管82时，每组第二过液管8中位于中间的第二过液支管82与其中一道裂缝相连通，更便于渗流测试。

进一步地，由于在工作时各压板4的力通过保护套2作用在三维岩心模型3上，并对三维岩心模型3产生一定的挤压变形，保护套2的作用主要是包裹三维岩心模型3并为三维岩心模型3提供围压。若保护套2材质较硬的话，有可能本身对三维岩心模型3磨损太重而造成三维岩心模型3挤破，影响测试结果。因此，本实施例中保护套2为胶皮套，采用橡胶材质，具有一定弹性，能够对三维岩心模型3起到一定的保护作用。另外，橡胶材质的保护套2的两端插设在上述的环形安装槽内，既能起到固定的作用，也能起到密封的作用。

进一步地，为了使得每个第一过液支管72流出的液体能够流通面积更大，如图2和图5所示，在保护套2的四个侧面且对应每个第一过液支管72的位置分别开设一通孔，在每个通孔内嵌设一金属导流件21。金属导流件21的内部设有相互垂直连通的安装通道211和第一导流槽212，第一导流槽212的槽口朝向围压动态控制腔室11设置，第一导流槽212的导流面积大于安装通道211的导流面积。第一过液支管72的内侧端插设在安装通道211内，并与第一导流槽212相连通。

其中，对于金属导流件21的横截面可以呈长方形也可以呈圆形，相应地，第一导流槽212可以为方形沉槽也可以为圆形沉槽，根据需要而定。当液体从第一过液支管72流入第一导流槽212后便能够扩大流通面积，为流出的液体提供导流的作用。另外，由于保护套2的材质采用橡胶，也可以对金属导流件21起到密封的作用，避免围压动态控制腔室11内的液体泄漏。

为了使得每个第二过液支管82流出的液体能够流通面积更大，如图2所示，在第二渗流工作腔室13内的每组压板4的内侧端均开设有第二导流槽42，第二导流槽42与围压动态控制腔室11相连通，每个第二过液支管82穿过第二渗流工作腔室13内的压板4后与第二导流槽42相连通。可以理解，第二渗流工作腔室13内的每组压板4包括至少两个子压板41时，上述的第二导流槽42是由各子压板41的内侧端拼接构成。当液体经各第二过液支管82流入第二导流槽42后，便能够扩大流通面积，进而扩大液体与三维岩心模型3的接触面积。

进一步地，为了便于对各过液管上的进液压力进行检测，在每个第一过液总管71以及每个第二过液总管81上分别设有一压力表。

进一步地，在两个第二过液总管81之间通过导线连接有第一压差传感器83，在四个第一过液总管71与其中一个第二过液总管81之间分别通过导线连接有第二压差传感器73。

其中，第一压差传感器83能够实时反映两个第二过液总管81之间的压力差变化，各第二压差传感器73能够实时反映各第一过液总管71和其中一个第二过液总管81的压力差变化，由于两个第二过液总管81之间连接有第一压差传感器83，因此，四个第一过液总管71与另一个第二过液管8之间的压差可以通过计算得到。当然，根据需要，也可以在四个第一过液总管71与另一个第二过液管8之间分别通过导线连接有第三压差传感器。通过这几处的压差能够反映出三维岩心模型3的受力情况和渗流情况，便于研究研究复杂油藏应力作用下裂缝的敏感特征以及基岩与裂缝之间的交互渗流规律。

进一步地，在使用时，每个子液压缸5均通过第一进液泵与第一储液罐连接，每个第一过液总管71通过第二进液泵74与第二储液罐连接，每个第二过液总管81通过第三进液泵84与第三储液罐连接。这里的第一进液泵、第二进液泵74和第三进液泵84可以采用平流泵，也可以采用其他的泵送装置。在可能的实施方式中，如图6所示，在各第一过液总管71与各第二进液泵74之间还连接有第一中间溶液瓶75，在各第二过液总管81与各第三进液泵84之间还连接有第二中间溶液瓶85。

为了更好地对本实施例的渗流测试装置有更好地理解，以下以图2中示出的密闭箱体1的长宽高分别为120cm、60cm和70cm，将中间壳体14的四个侧面分别记作顶侧面、底侧面、前侧面和后侧面，其两个封闭板15分别记作左封闭板和右封闭板；将对应这四个侧面的四个第一过液总管71分别记作顶过液总管、底过液总管、前过液总管和后过液总管，对应两个封闭板15的两个第二过液总管81分别记作左过液总管和右过液总管；共设有十六个子液压缸5；三维岩心模型3采用人造岩心，且该人造岩心具有一道裂缝，该裂缝的裂缝面与前侧面保持平行，每组第二过液管8中位于中间的第二过液支管82与该道裂缝相连通为例，进行渗流测试的步骤具体如下：

第一、组装该渗流测试装置的各零部件：将中间壳体14上的十二个子液压缸5上的进油管54分别与独立的十二个第一进液泵相连接，右封闭板内压板4上的第二导流槽42位于保护套2的右端口内，将右封闭板通过法兰固定在中间壳体14的右端，通过保护套2的左端放入三维岩心模型3，三维岩心模型3的裂缝面与前侧面保持平行；开动十二个第一进液泵，使十二个子液压缸5上的子压板41轻轻压住三维岩心模型3；然后将左封闭板滑动插装于保护套2的左端口内，左封闭板通过法兰固定在中间壳体14的左端，左封闭板和右封闭板上的四个子液压缸5上的进油管54与独立的四个第一进液泵相连接，开动这四个第一进液泵，使左封闭板和右封闭板上的子液压缸5顶板轻轻压住三维岩心模型3的两端；

第二、试压：通过围压注入管6向第一渗流工作腔室12内注入流体，维持压力为20Mpa，维持30min～40min，打开前过液总管、后过液总管、左过液总管和右过液总管上的阀门，试压合格标准为不刺不漏，试压结束后卸去压力；

第三、渗流测试：

本实施例中顶过液总管和底过液总管一直处于关闭状态，暂不使用，可以有如下两种测试方法：

测试方法一：通过控制独立工作的十六个第一进液泵，达到实验所需要的应力条件；先关闭左过液总管、右过液总管、前过液总管和后过液总管的阀门，左过液总管和右过液总管分别与一第二中间溶液瓶85相连接，前过液总管和后过液总管分别与一第一中间溶液瓶75相连接，然后打开左过液总管、右过液总管、前过液总管和后过液总管的阀门，通过第二进液泵74给两个第一中间溶液瓶75加压达到实验所需的压力，在实验过程中，通过第二进液泵74流量的变化，收集第一压差传感器83和各第二压差传感器73的数据；通过围压注入管6注入流体，使围压注入管6上的压力始终与第一中间溶液瓶75的压力相同，通过左过液总管和右过液总管收集渗流过的液体，直至渗流测试实验结束；此种测试方法主要模拟的是流体沿岩石的介质流向裂缝的流动状态。

测试方法二：通过控制独立工作的十六个第一进液泵，达到实验所需要的应力条件；先关闭左过液总管、右过液总管、前过液总管和后过液总管的阀门，左过液总管和右过液总管分别与一第二中间溶液瓶85相连接，前过液总管和后过液总管分别与一第一中间溶液瓶75相连接，然后打开左过液总管、右过液总管、前过液总管和后过液总管的阀门，通过第三进液泵84对第二中间溶液瓶85加压达到实验所需的压力，在实验过程中，通过第三进液泵84流量的变化，收集第一压差传感器83和各第二压差传感器73的数据；通过围压注入管6注入流体，使围压注入管6上的压力始终与第二中间溶液瓶85的压力相同，通过前过液总管和后过液总管收集渗流过的液体，直至渗流测试实验结束；此种测试方法主要模拟的是流体受裂缝影响的流动状态。

第四、测试结束后，将整个渗流测试装置卸去压力，打开围压注入管6排出里面液体，打开左封闭板和右封闭板，排出渗流液体，取出三维岩心模型3，用清水清洗管线和设备。

综上，本实施例中的渗流测试装置，克服了现有装置无法给岩石提供复杂应力的缺点，可以通过多个子液压缸5(本实施例中设有十六个子液压缸5)给岩石提供压力，实现复杂应力条件，为开发复杂应力条件下的油气田，提供更加可靠的实验设备。同时，本实施例中各液压缸提供压力与各组第一过液管7和第二过液管8注入渗流液体两者可以独立进行，使得装置具备在液压缸提供压力的同时，还可以提供渗流液体的注入通道，便于研究复杂油藏应力作用下裂缝的敏感特征，基岩与裂缝之间的交互渗流规律。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (13)

1.一种三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，包括呈长方体的密闭箱体，所述密闭箱体的内部具有密闭腔室；

在所述密闭腔室内设有呈长方体且两端开口的保护套，所述保护套的各侧面分别与所述密闭箱体的各侧面平行设置；所述保护套的两端分别与所述密闭箱体的两端面密封固定，并将所述密闭腔室分隔成位于所述保护套内侧的围压动态控制腔室以及位于所述保护套外侧的第一渗流工作腔室，在所述密闭箱体的两端面内均形成有与所述围压动态控制腔室连通的第二渗流工作腔室，在所述围压动态控制腔室内套设有三维岩心模型；

在所述第一渗流工作腔室内对应所述保护套的四个侧面的位置以及在所述第二渗流工作腔室内对应所述三维岩心模型的两端面的位置分别设有一组压板，在所述密闭箱体的四个侧面以及两个端面上分别密封插设有一组液压缸，每组所述液压缸的缸体均与所述密闭箱体固定，每组所述液压缸的液压轴分别与对应的所述压板固定连接；在所述密闭箱体上还密封插设有过液管，所述过液管能够与所述围压动态控制腔室相连通；

在所述密闭箱体上设有能够与所述第一渗流工作腔室连通的围压注入管；

所述过液管包括第一过液管以及第二过液管，在所述密闭箱体的四个侧面上分别插设有一组所述第一过液管，每组所述第一过液管包括一个第一过液总管以及至少两个第一过液支管，所述第一过液总管的外侧端位于所述密闭箱体的外部，所述第一过液总管的内侧端穿过所述密闭箱体的侧面并与每个所述第一过液支管的外侧端均连通，每个所述第一过液支管的内侧端穿过所述第一渗流工作腔室内的压板和所述保护套的侧面，并与所述围压动态控制腔室相连通；

在所述密闭箱体的两个端面上分别插设有一组所述第二过液管，每组所述第二过液管包括一个第二过液总管以及至少两个第二过液支管，所述第二过液总管的外侧端位于所述密闭箱体的外部，所述第二过液总管的内侧端穿过所述密闭箱体的端面并与每个所述第二过液支管的外侧端均连通，每个所述第二过液支管的内侧端穿过所述第二渗流工作腔室内的压板，并与所述围压动态控制腔室相连通；在所述第二渗流工作腔室内的每组所述压板的内侧端均开设有第二导流槽，所述第二导流槽与所述围压动态控制腔室相连通，每个所述第二过液支管穿过所述第二渗流工作腔室内的压板后与所述第二导流槽相连通；根据注入液体的所述第一过液管或者所述第二过液管的位置不同，模拟流体在所述三维岩心模型中的不同流动状态。

2.如权利要求1所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

每组所述压板均包括间隔布置的至少两个子压板，每组所述液压缸均包括间隔布置的至少两个子液压缸，所述子液压缸的数量与所述子压板的数量相同；每个所述子液压缸的缸体均与所述密闭箱体固定，每个所述子液压缸的液压轴分别与对应的所述子压板固定连接。

3.如权利要求2所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

呈相对设置的两组所述压板以及呈相对设置的两组所述液压缸均呈对称设置。

4.如权利要求1所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

所述密闭箱体包括呈长方体且两端开口的中间壳体以及两个封闭板，两个所述封闭板与所述中间壳体的两端能拆卸地密封固定，两个所述封闭板构成所述密闭箱体的两端面，所述中间壳体的四个侧面构成所述密闭箱体的四个侧面。

5.如权利要求4所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

在每个所述封闭板的内壁且对应所述三维岩心模型的端面的位置分别开设一凹槽，所述凹槽的内部空间构成所述第二渗流工作腔室。

6.如权利要求5所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

每个所述凹槽的槽口端向内凸设形成一凸环，所述凸环的内端面开设有环形安装槽，所述保护套的端部密封插设在所述环形安装槽内。

7.如权利要求6所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

在每个所述凹槽内套设一密封圈，所述第二渗流工作腔室内的压板能滑动地套设在密封圈内。

8.如权利要求1所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

所述三维岩心模型为长方体形状，所述三维岩心模型为天然露头岩心或者人造岩心，所述三维岩心模型具有至少一道裂缝。

9.如权利要求8所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

所述三维岩心模型中至少有一道所述裂缝的长度方向沿所述密闭箱体的长度方向延伸，每组所述第二过液管中至少有一个所述第二过液支管与其中一道所述裂缝相连通。

10.如权利要求1所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

所述保护套为胶皮套。

11.如权利要求10所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

在所述保护套的四个侧面且对应每个所述第一过液支管的位置分别开设一通孔，在每个所述通孔内嵌设一金属导流件；所述金属导流件的内部设有相互垂直连通的安装通道和第一导流槽，所述第一导流槽的槽口朝向所述围压动态控制腔室设置，所述第一导流槽的导流面积大于所述安装通道的导流面积；所述第一过液支管的内侧端插设在所述安装通道内，并与所述第一导流槽相连通。

12.如权利要求1所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

在每个所述第一过液总管以及每个所述第二过液总管上分别设有一压力表。

13.如权利要求1所述的三维应力条件下致密岩石裂缝渗流测试装置，其特征在于，

在两个所述第二过液总管之间通过导线连接有第一压差传感器，在四个所述第一过液总管与其中一个所述第二过液总管之间分别通过导线连接有第二压差传感器。