CN115184172A - 一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其包括：外机架、供气渗流组件、样品罐以及上压裂组件；其中，所述外机架内竖直同圆心的设置由样品罐，所述样品罐内定量设置有岩石样品，所述外机架内位于样品罐的上端面竖直固定有上压裂组件，所述上压裂组件的一端伸入至岩石样品中的初留钻孔内，并能够对岩石样品内部压裂；所述外机架的一侧还横向固定有供气渗流组件，所述供气渗流组件的一端与外设储气罐相连通，所述供气渗流组件能够对岩石样品定量输送瓦斯油气；且所述外机架的中部位于样品罐的下方同轴心的设置有转接管，所述转接管的一端与外设流量计相连通。

Description

一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置
技术领域
本发明属于非常规石油开发技术领域，具体是一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置。
背景技术
目前能够进行大规模开发的非常规油气资源主要是页岩油气、煤层气以及致密砂岩气，对应的储集层分别是泥页岩、煤层和致密砂岩。而岩石力学特征影响储层改造，例如压裂裂缝的方向、长度、形态等特征，因此岩石力学特征的准确表征是压裂成功的关键。现有技术中，岩石力学特征参数通常采用压力试验机进行测量，但多数试验机仅仅能够提供三轴控压调整变化，使得其在具体实验时，难以控制压裂裂缝类型，无法达到实验预估的裂缝效果，造成试验测量范围小，且对样品破坏性强；同时针对含不同瓦斯气体不同浓度的岩石样品，其难以再次对样品中瓦斯注气调整，导致在实验前气体产生泄露，低于实验理想值；
因此，本领域技术人员提供了一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，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：一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其包括：外机架、供气渗流组件、样品罐以及上压裂组件；其中，所述外机架内竖直同圆心的设置由样品罐，所述样品罐内定量设置有岩石样品，所述外机架内位于样品罐的上端面竖直固定有上压裂组件，所述上压裂组件的一端伸入至岩石样品中的初留钻孔内，并能够对岩石样品内部压裂；所述外机架的一侧还横向固定有供气渗流组件，所述供气渗流组件的一端与外设储气罐相连通，所述供气渗流组件能够对岩石样品定量输送瓦斯油气；且所述外机架的中部位于样品罐的下方同轴心的设置有转接管，所述转接管的一端与外设流量计相连通。
进一步，作为优选，所述上压裂组件包括：密封气仓、固定端件、导向杆、活塞柱杆以及多点压裂装置；所述样品罐的上端密封设置有固定端件，所述固定端件的上端面竖直设置有密封气仓，所述密封气仓被构造成双排腔式结构，且位于各排腔内均密封竖直滑动设置有活塞柱杆，所述样品罐的内部周向竖直设置有多个导向杆，所述导向杆上上下滑动设置有两个定位盘，各所述定位盘分别与各所述活塞柱杆相连接，且各所述定位盘的下端面均竖直固定有多点压裂装置；所述样品罐的中部还竖直设置有支撑轴管，所述支撑轴管竖直穿设在岩石样品内并与所述转接管相连通，所述支撑轴管上设有多个流动口。
进一步，作为优选，位于上下设置的所述定位盘上的多点压裂装置呈错落分布。
进一步，作为优选，所述多点压裂装置包括：外密封管、套接管、扩压囊体以及气动压裂组件；所述外密封管上竖向排列设置有多个扩压囊体，各所述扩压囊体固定套接在外密封管上，所述外密封管内同轴设置有套接管，所述套接管呈多同圆心套体管式结构，且各套接管上的各管口分别与所述扩压囊体对应连通，所述套接管的另一端与气流泵相连通，所述外密封管上位于各所述扩压囊体的上方还设置有气动压裂组件，所述套接管与所述气动压裂组件相连通。
进一步，作为优选，还包括：气流仓，所述气流仓呈环形设置，并密封固定在扩压囊体中，所述套接管的一端通过三通阀与所述气流仓相连通，所述气流仓外位于扩压囊体内周向排列设置有多个导送腔，各所述导送腔内密封滑动设置有内塞件，所述内塞件的一端与所述扩压囊体相连接。
进一步，作为优选，所述气动压裂组件包括：导流腔、固定轴体、滑动内管以及外环件；所述导流腔的中部竖直滑动设置有滑动内管，所述滑动内管上套设有封闭环，所述导流腔的中部设有与封闭环相对应的契合环，所述滑动内管的两侧还竖直设置有内弹簧，所述内弹簧的一端与所述导流腔相连接，所述导流腔的中心竖直设置有固定轴体，所述滑动内管中竖直设有直槽口，所述固定轴体限位滑动在直槽口内；且所述导流腔的下端面两侧位置设有通气孔，所述导流腔外套设有外环件，所述外环件内设有环流腔，并通过通气孔与所述导流腔相连通，所述外环件上还开设有多个排气孔。
进一步，作为优选，所述供气渗流组件包括：增压泵、外连管、环流套管；所述环流套管同轴套设在样品罐外，所述环流套管内设有环腔结构，且所述样品罐的一侧设置有增压泵，所述增压泵的输出端通过外连管与所述环流套管相连通，所述环流套管内排列设置有多个注气口。
进一步，作为优选，所述环流套管的环腔结构内还滑动设置有两个分隔件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中可优先在岩石样品中设置初留钻孔，此时多个多点压裂装置能够竖直安插在各钻孔内，由多点压裂装置进行不同点位的压裂工作从而能够形成压裂裂隙，不易对岩石样品造成破坏；
2、本发明中可对应优先调节扩压囊体的胀缩限度从而控制裂隙产生的方向、长度、形态等，同时由错落设置的各多点压裂装置在对应竖向位移下使得扩压囊体扩压形成的裂隙能够进一步相互连通，可调性较高，试验范围广；
3、本发明中设置的供气渗流组件能够对岩石样品多维度供气，从而保持岩石样品的瓦斯浓度含量，达到稳定试验工作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中上压裂组件的结构示意图；
图3为本发明中多点压裂装置的分布示意图；
图4为本发明中多点压裂装置的结构示意图；
图5为本发明中气动压裂组的结构示意图；
图6为本发明中供气渗流组件的结构示意图；
图7为本发明中分隔件的示意图；
图中：1外机架、11转接管、2样品罐、3上压裂组件、31密封气仓、32活塞柱杆、33固定端件、34导向杆、35定位盘、36支撑轴管、4供气渗流组件、41增压泵、42外连管、43环流套管、44分隔件、5多点压裂装置、51外密封管、52扩压囊体、53套接管、54三通阀、55气流仓、56内塞件、57导送腔、6气动压裂组、61导流腔、62滑动内管、63内弹簧、64契合环、65通气孔、66外环件、67固定轴体。
具体实施方式
请参阅图1，本发明实施例中，一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其包括：外机架1、供气渗流组件4、样品罐2以及上压裂组件3；其中，所述外机架1内竖直同圆心的设置由样品罐2，所述样品罐2内定量设置有岩石样品，所述外机架1内位于样品罐2的上端面竖直固定有上压裂组件3，所述上压裂组件3的一端伸入至岩石样品中的初留钻孔内，并能够对岩石样品内部压裂；所述外机架1的一侧还横向固定有供气渗流组件4，所述供气渗流组件4的一端与外设储气罐相连通，所述供气渗流组件4能够对岩石样品定量输送瓦斯油气；且所述外机架1的中部位于样品罐2的下方同轴心的设置有转接管11，所述转接管11的一端与外设流量计(图中未示出)相连通，也就是说，优先通过上压裂组件对岩石样品进行内部压裂，并产生预期裂缝，若岩石样品长期放置导致瓦斯油气外泄严重，可通过供气渗流组件进行补气工作，从而使得岩石样品达到一定浓度气体含量，介时由转接管对瓦斯油气渗流量进行检测，其中可多次改变压裂裂缝成型形态、大小、方向等；试验范围广。
本实施例中，所述上压裂组件3包括：密封气仓31、固定端件33、导向杆34、活塞柱杆32以及多点压裂装置5；所述样品罐2的上端密封设置有固定端件33，所述固定端件33的上端面竖直设置有密封气仓31，所述密封气仓31被构造成双排腔式结构，且位于各排腔内均密封竖直滑动设置有活塞柱杆32，所述样品罐2的内部周向竖直设置有多个导向杆34，所述导向杆34上上下滑动设置有两个定位盘35，各所述定位盘35分别与各所述活塞柱杆32相连接，且各所述定位盘35的下端面均竖直固定有多点压裂装置5；也就是说，通过对排腔增压排气，从而对应驱动各活塞柱杆竖向位移，从而调整多点压裂装置的压裂点；所述样品罐2的中部还竖直设置有支撑轴管36，所述支撑轴管36竖直穿设在岩石样品内并与所述转接管11相连通，所述支撑轴管36上设有多个流动口。
作为较佳的实施例，位于上下设置的所述定位盘35上的多点压裂装置5呈错落分布，其中，位于定位盘上的各多点压裂装置的压裂点能够在对应竖向位移中呈同一水平面设置或不同水平面设置，也就是说，通过改变定位盘之间的竖直间距，使得其上的多点压裂装置能够高于另一多点压裂装置一个压裂身位，此时在压裂裂缝产生中，位于同一水平面的压裂点能够在高强度压裂工作下达到裂缝连通效果。
本实施例中，所述多点压裂装置5包括：外密封管51、套接管53、扩压囊体52以及气动压裂组件6；所述外密封管51上竖向排列设置有多个扩压囊体52，各所述扩压囊体52固定套接在外密封管51上，所述外密封管51内同轴设置有套接管53，所述套接管53呈多同圆心套体管式结构，且各套接管53上的各管口分别与所述扩压囊体52对应连通，所述套接管53的另一端与气流泵(图中未示出)相连通，所述外密封管51上位于各所述扩压囊体52的上方还设置有气动压裂组件6，所述套接管53与所述气动压裂组件6相连通，也就是说，通过套接管的各端口分别对扩压囊体单独供气，从而扩压囊体在逐步膨胀下对初留钻孔造成压裂破坏，从而形成内部裂隙。
本实施例中，还包括：气流仓55，所述气流仓55呈环形设置，并密封固定在扩压囊体52中，所述套接管53的一端通过三通阀54与所述气流仓55相连通，所述气流仓55外位于扩压囊体52内周向排列设置有多个导送腔57，各所述导送腔57内密封滑动设置有内塞件56，所述内塞件56的一端与所述扩压囊体52相连接，尤其，还可通过三通阀优先控制套接管对气流仓注气、排气作用，使得各内塞件能够对应伸缩撑架，此时，在对扩压囊体内部供气，从而控制扩压囊体胀缩方向，以便调整裂隙产生方向以及形态，方便达到试验预期效果。
本实施例中，所述气动压裂组件6包括：导流腔61、固定轴体67、滑动内管62以及外环件66；尤其可在裂隙初步成型后由气动压裂组件对裂隙周围岩石进行气动冲压，从而扩大裂隙，方便裂隙发育；所述导流腔61的中部竖直滑动设置有滑动内管62，所述滑动内管62上套设有封闭环，所述导流腔61的中部设有与封闭环相对应的契合环64，所述滑动内管62的两侧还竖直设置有内弹簧63，所述内弹簧63的一端与所述导流腔61相连接，所述导流腔61的中心竖直设置有固定轴体67，所述滑动内管62中竖直设有直槽口，所述固定轴体67限位滑动在直槽口内；且所述导流腔61的下端面两侧位置设有通气孔65，所述导流腔61外套设有外环件66，所述外环件66内设有环流腔，并通过通气孔65与所述导流腔61相连通，所述外环件66上还开设有多个排气孔，也就是说，三通阀的端口均关闭后，此时滑动内管内无法流通，滑动内管产生竖向位移，而气流能够通过各排气孔对应排出，从而辅助裂缝二次成型，避免内部堵塞。
作为较佳的实施例，所述供气渗流组件4包括：增压泵41、外连管42、环流套管43；所述环流套管43同轴套设在样品罐2外，所述环流套管43内设有环腔结构，且所述样品罐2的一侧设置有增压泵41，所述增压泵41的输出端通过外连管42与所述环流套管43相连通，所述环流套管43内排列设置有多个注气口。
本实施例中，所述环流套管43的环腔结构内还滑动设置有两个分隔件44，从而能够通过调节分隔件控制注气区域，避免岩石样品部分区域过度饱和。
具体地，岩石样品能够竖直安放在样品罐内，其大小正好贴合样品罐内壁，在岩石样品上预设初留钻孔，此时，根据岩石样品含瓦斯油气浓度通过供气渗流组件对应注气，确保气体含量达标，而多点压裂装置能够逐步伸入初留钻孔，并对应调节下控制压裂点呈同一水平面不同水平面设置，此中，控制扩压囊体胀缩方向，以便调整裂隙产生方向以及形态，介时，可由气动压裂组件进行内部通气，避免裂缝过小造成闭塞现象，而后对瓦斯油气渗流量进行监测，从而模拟储集层不同压裂效果下的渗流情况。
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 (8)

1.一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其特征在于：其包括：外机架(1)、供气渗流组件(4)、样品罐(2)以及上压裂组件(3)；其中，所述外机架(1)内竖直同圆心的设置由样品罐(2)，所述样品罐(2)内定量设置有岩石样品，所述外机架(1)内位于样品罐(2)的上端面竖直固定有上压裂组件(3)，所述上压裂组件(3)的一端伸入至岩石样品中的初留钻孔内，并能够对岩石样品内部压裂；所述外机架(1)的一侧还横向固定有供气渗流组件(4)，所述供气渗流组件(4)的一端与外设储气罐相连通，所述供气渗流组件(4)能够对岩石样品定量输送瓦斯油气；且所述外机架(1)的中部位于样品罐(2)的下方同轴心的设置有转接管(11)，所述转接管(11)的一端与外设流量计相连通。
2.根据权利要求1所述的一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其特征在于：所述上压裂组件(3)包括：密封气仓(31)、固定端件(33)、导向杆(34)、活塞柱杆(32)以及多点压裂装置(5)；所述样品罐(2)的上端密封设置有固定端件(33)，所述固定端件(33)的上端面竖直设置有密封气仓(31)，所述密封气仓(31)被构造成双排腔式结构，且位于各排腔内均密封竖直滑动设置有活塞柱杆(32)，所述样品罐(2)的内部周向竖直设置有多个导向杆(34)，所述导向杆(34)上上下滑动设置有两个定位盘(35)，各所述定位盘(35)分别与各所述活塞柱杆(32)相连接，且各所述定位盘(35)的下端面均竖直固定有多点压裂装置(5)；所述样品罐(2)的中部还竖直设置有支撑轴管(36)，所述支撑轴管(36)竖直穿设在岩石样品内并与所述转接管(11)相连通，所述支撑轴管(36)上设有多个流动口。
3.根据权利要求2所述的一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其特征在于：位于上下设置的所述定位盘(35)上的多点压裂装置(5)呈错落分布。
4.根据权利要求2所述的一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其特征在于：所述多点压裂装置(5)包括：外密封管(51)、套接管(53)、扩压囊体(52)以及气动压裂组件(6)；所述外密封管(51)上竖向排列设置有多个扩压囊体(52)，各所述扩压囊体(52)固定套接在外密封管(51)上，所述外密封管(51)内同轴设置有套接管(53)，所述套接管(53)呈多同圆心套体管式结构，且各套接管(53)上的各管口分别与所述扩压囊体(52)对应连通，所述套接管(53)的另一端与气流泵相连通，所述外密封管(51)上位于各所述扩压囊体(52)的上方还设置有气动压裂组件(6)，所述套接管(53)与所述气动压裂组件(6)相连通。
5.根据权利要求4所述的一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其特征在于：还包括：气流仓(55)，所述气流仓(55)呈环形设置，并密封固定在扩压囊体(52)中，所述套接管(53)的一端通过三通阀(54)与所述气流仓(55)相连通，所述气流仓(55)外位于扩压囊体(52)内周向排列设置有多个导送腔(57)，各所述导送腔(57)内密封滑动设置有内塞件(56)，所述内塞件(56)的一端与所述扩压囊体(52)相连接。
6.根据权利要求4所述的一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其特征在于：所述气动压裂组件(6)包括：导流腔(61)、固定轴体(67)、滑动内管(62)以及外环件(66)；所述导流腔(61)的中部竖直滑动设置有滑动内管(62)，所述滑动内管(62)上套设有封闭环，所述导流腔(61)的中部设有与封闭环相对应的契合环(64)，所述滑动内管(62)的两侧还竖直设置有内弹簧(63)，所述内弹簧(63)的一端与所述导流腔(61)相连接，所述导流腔(61)的中心竖直设置有固定轴体(67)，所述滑动内管(62)中竖直设有直槽口，所述固定轴体(67)限位滑动在直槽口内；且所述导流腔(61)的下端面两侧位置设有通气孔(65)，所述导流腔(61)外套设有外环件(66)，所述外环件(66)内设有环流腔，并通过通气孔(65)与所述导流腔(61)相连通，所述外环件(66)上还开设有多个排气孔。
7.根据权利要求1所述的一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其特征在于：所述供气渗流组件(4)包括：增压泵(41)、外连管(42)、环流套管(43)；所述环流套管(43)同轴套设在样品罐(2)外，所述环流套管(43)内设有环腔结构，且所述样品罐(2)的一侧设置有增压泵(41)，所述增压泵(41)的输出端通过外连管(42)与所述环流套管(43)相连通，所述环流套管(43)内排列设置有多个注气口。
8.根据权利要求7所述的一种非常规油气储集层岩石力学特征分析装置，其特征在于：所述环流套管(43)的环腔结构内还滑动设置有两个分隔件(44)。
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