CN203420700U - 岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置 - Google Patents

岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及的是岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置，这种岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置包括实验岩体、水平地应力模拟装置、上覆地层压力模拟装置、压裂注液装置、注水应力模拟装置；实验岩体是通过在立方体的一个棱处切掉一个直三棱柱后形成的七面体，直三棱柱的上、下底面均为等腰三角形；实验岩体外套橡皮密封套，井筒从实验岩体的上端面插入并密封好，实验岩体周围均布声发射传感器，声发射传感器均与计算机控制系统连接；实验岩体各个面分别设置在相应的液压腔内，并且实验岩体除上表面外的各个面外均贴置液压平衡壁，各个液压腔内均安装有一个滑动活塞杆。本实用新型可实时动态监测压裂裂缝产生走向以及受注水井影响后转向的产生发展以及位置。

Description

岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置
技术领域： 
本实用新型涉及的是石油与天然气工程、煤层气开采工程等检测技术领域中对煤岩体压裂裂缝转向控制与监测装置，具体涉及的是岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置。
背景技术： 
在油气田开采过程中，低渗致密层往往通过压裂手段进行增产措施，煤层气的开采同样需要压裂来提高煤层气产气量。目前，压裂技术手段虽比较成熟，但大多主要是以分层压裂、定向射孔压裂为主，或通过改变不同类型支撑剂已达到压裂增产效果。目前压裂裂缝走向问题一直是压裂施工中难以预测和判断的重点问题，现有压裂实验设备只能模拟裂缝的开启方向，然而对裂缝受外力转向问题研究比较少，特别是在现在油田广泛的进入注采模式当中，注水井所产生的应力场对压裂裂缝走向必然会产生一定的影响，从而影响裂缝转向，不能够准确的判断其方向将会导致压裂效果不好甚至失败。
发明内容： 
本实用新型的目的是提供岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置，这种岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置用于解决目前压裂施工裂缝走向无法判定的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置包括实验岩体、水平地应力模拟装置、上覆地层压力模拟装置、压裂注液装置、注水应力模拟装置；实验岩体是通过在立方体的一个棱处切掉一个直三棱柱后形成的七面体，直三棱柱的上、下底面均为等腰三角形；实验岩体外套橡皮密封套，井筒从实验岩体的上端面插入并密封好，实验岩体周围均布声发射传感器，声发射传感器均与计算机控制系统连接；实验岩体各个面分别设置在相应的液压腔内，并且实验岩体除上表面外的各个面外均贴置液压平衡壁，各个液压腔内均安装有一个滑动活塞杆；实验岩体侧棱面处的液压腔与第一压力表、第一液压泵依次连接构成注水应力模拟装置；井筒通过注液管线与压裂注液装置连接；实验岩体下底面处的液压腔与第二压力表、第二液压泵连接构成上覆地层压力模拟装置；实验岩体其余的四个面处的液压腔分别与相应的压力表、液压泵连接构成水平地应力模拟装置。 
上述方案中实验岩体为600mm*600mm立方体，被切掉的直三棱柱的底面为边长是100mm的等腰三角形，这样可保证斜边与岩体成45°。 
上述方案中压裂注液装置由井筒、注液管线、压裂液箱、流量计、空气压缩机以及所述的计算机控制系统依次连接构成，由空气压缩机驱动压裂液箱中活塞运动，使得压裂液可以连续不断地向井筒中注入液体，并由计算机注液控制系统控制注入压裂液的速度、流量及压力。 
本实用新型具有以下有益效果： 
1、本实用新型由上覆地层压力模拟装置、水平地应力模拟装置构成地应力模拟装置，其中水平地应力模拟装置由两个相互垂直的压力加载装置构成，这样上覆地层压力模拟装置与水平地应力模拟装置就共同构成了三相压力加载系统，且上覆地层压力模拟装置与水平地应力模拟装置可相互独立工作，分别模拟上覆地层压力、最大水平地应力以及最小水平地应力。加载压力范围大，可实现0~50MPa控压。
2、本实用新型中实验岩体由橡胶密封套封装，保证了压裂液不会外流污染岩体以及实验岩样壁面受力均衡。 
3、本实用新型的注水井压力模拟系统设置在实验岩样的一个棱边上，用以模拟注水井产生的应力场对水平地应力场的影响。 
4、本实用新型的压裂注入系统可设定一定的注液速度或者一定注入压力两种方式。
5、本实用新型可实时动态监测压裂裂缝产生走向以及受注水井影响后转向的产生发展以及位置。 
6、本实用新型结构简单、操作方便，压力控制精确。 
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图； 
图2是实验岩体分别与上覆地层压力模拟装置、压裂注液装置关系示意图；
图3是实验岩体的立体图；
图4是实验岩体的俯视图。
1.实验岩体   2.液压腔  3.滑动活塞杆  4.液压平衡壁  5.井筒  6.声发射传感器  7.计算机控制系统   8.第一压力表   9.第一液压泵  10.注液管线  11.第二压力表  12.第二液压泵  13.压裂液箱  14.流量计  15.空气压缩机   16. 液压泵   17.液压泵。 
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明： 
如图1所示，这种岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置包括实验岩体1、水平地应力模拟装置、上覆地层压力模拟装置、压裂注液装置、注水应力模拟装置；实验岩体1是通过在立方体的一个棱处切掉一个直三棱柱后形成的七面体，直三棱柱的上、下底面均为等腰三角形；结合图3、图4，实验岩体1为600mm*600mm立方体，被切掉的直三棱柱的底面为边长是100mm的等腰三角形，这样可保证斜边与岩体成45°。实验岩体1主要由人工或天然岩石（煤岩）1制成，通过对天然岩体加工成七面体或由模具灌制成实验岩体；其中侧棱面主要用于模拟注水井对水平地应力的影响以及对压裂裂缝走向控制。实验岩体可以由天然岩石切割打磨或者由磨具浇灌制成，实验岩体1外套橡皮密封套，可保证岩体注入液体后不会泄露；井筒5从实验岩体的上端面插入并密封好，井筒留有预制好的射孔方向，以保证裂缝能够按照设计方案开启；实验岩体1周围均布声发射传感器6，声发射传感器6均与计算机控制系统7连接，声发射传感器6在实验岩体1每个壁面平局分布8个，在实验岩体1每个面形成多个传感触点，用于动态监测注入压裂液后裂缝的形成以及走向。
实验岩体1各个面均设置在液压腔2内，并且实验岩体1除上表面外的各个面外均贴置液压平衡壁4，应保证实验岩体壁面与液压平衡壁4接触良好以达到围压的平均传递；各个液压腔2内均安装有一个滑动活塞杆3，每个滑动活塞杆3均有一端顶在相应的液压平衡壁4上；实验岩体1侧棱面处的液压腔2与第一压力表8、第一液压泵9依次连接构成注水应力模拟装置；井筒5通过高压注液管线10与压裂注液装置连接；实验岩体1下底面处的液压腔2与第二压力表11、第二液压泵12连接构成上覆地层压力模拟装置；实验岩体1其余的四个面处的液压腔分别与相应的压力表、液压泵连接构成水平地应力模拟装置；各个液压泵分别连接计算机控制系统7。 
地应力的模拟主要由三相围压加载系统模拟，分别为上覆地层压力模拟装置以及两个相互垂直的水平地应力模拟装置模拟地应力。 
水平地应力模拟装置的工作过程为：当实验岩体1安装好后，由计算机控制系统7控制将液压泵中液体通过液压管线注入液压腔2中，随着液压的增加驱动液压平衡壁4对岩体施加载荷来模拟水平地应力。液压泵16和液压泵17分别控制两个相互垂直水平应力。 
上覆地层压力模拟装置基本原理与水平地应力模拟装置相同。本实用新型中各个液压泵分别连接所述的计算机控制系统7，由一台计算机控制各个液压泵的开启及调节，可实现自动控制。 
参阅图2，压裂注液装置由井筒5、高压注液管线10、压裂液箱13、流量计14、空气压缩机15以及计算机控制系统7依次连接构成，由空气压缩机15驱动压裂液箱13中活塞运动，使得压裂液可以连续不断地向井筒5中注入液体，并由计算机控制系统7控制注入压裂液的速度、流量及压力。当对岩体设置好上覆岩层压力以及两个水平压力后，通过计算机控制系统7开启空气压缩机15，空气压缩机驱动压裂液箱13中的活塞泵运动使压裂液通过高压注液管线10注入到井筒5中，根据实际情况调整流量计14以按照一定实验条件对岩体进行不同流量压裂工作。 
注水应力模拟装置的工作过程为：当岩体发生第一次井眼围压破裂时，裂纹声波通过声发射传感器6接收并由计算机分析系统输出时，此时开启注水应力模拟系统，通过第一液压泵9控制模拟不同的注水应力，观测注水模拟系统对岩体裂缝走向的影响。 

Claims (3)

1.一种岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置，其特征在于：这种岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置包括实验岩体（1）、水平地应力模拟装置、上覆地层压力模拟装置、压裂注液装置、注水应力模拟装置；实验岩体（1）是通过在立方体的一个棱处切掉一个直三棱柱后形成的七面体，直三棱柱的上、下底面均为等腰三角形；实验岩体外套橡皮密封套，井筒（5）从实验岩体（1）的上端面插入并密封好，实验岩体（1）周围均布声发射传感器（6），声发射传感器（6）均与计算机控制系统（7）连接；实验岩体（1）各个面分别设置在相应的液压腔（2）内，并且实验岩体（1）除上表面外的各个面外均贴置液压平衡壁（4），各个液压腔（2）内均安装有一个滑动活塞杆（3）；实验岩体（1）侧棱面处的液压腔（2）与第一压力表（8）、第一液压泵（9）依次连接构成注水应力模拟装置；井筒（5）通过注液管线（10）与压裂注液装置连接；实验岩体（1）下底面处的液压腔（2）与第二压力表（11）、第二液压泵（12）连接构成上覆地层压力模拟装置；实验岩体（1）其余的四个面处的液压腔分别与相应的压力表、液压泵连接构成水平地应力模拟装置。
2.根据权利要求1所述的岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置，其特征在于：所述的实验岩体（1）为600mm*600mm立方体，被切掉的直三棱柱的底面为边长是100mm的等腰三角形。
3.根据权利要求1所述的岩体压裂裂缝转向模拟实验测定装置，其特征在于：所述的压裂注液装置由所述的井筒（5）、所述的注液管线（10）、压裂液箱（13）、流量计（14）、空气压缩机（15）以及所述的计算机控制系统（7）依次连接构成。
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