CN204344111U - 一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及岩石工程领域，尤其是一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置。本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可测页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递过程的泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，包括压力容器、上游接头、下游接头、下游卡板、注水装置、围压装置、热缩管、上游多孔承压板、下游多孔承压板，所述上游接头主体通过密封O型圈与压力容器左端连接，所述围压装置通过围压注入孔与压力容器的内部相通，所述下游接头上设置有孔隙气出孔。采用本实用新型带来的效果是可测出页岩吸水膨胀应力与孔隙水压力传递过程，进而帮助研究页岩井壁水化膨胀破坏强度，与破坏严重程度与速度等。

Description

一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置

技术领域

本实用新型涉及岩石工程领域，尤其是一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置。

背景技术

    国土资源部在“页岩气十二五规划”中公布，我国页岩气可采资源量为 25×10¹²m³，储量仍居世界第一位。但我国页岩气开发利用步伐进展非常缓慢，其制约这一进程的主要因素是缺乏针对于页岩特殊的理化性能的基础理论与配套实验设备。

    页岩是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，是由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成，其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。页岩特点主要有低孔、特低渗、富含有机质，且遇水易膨胀软化。钻井过程中，水基钻井液浸入页岩地层，页岩吸水后，会引起黏土晶层之间的双电层作用及作用力发生变化，黏土颗粒之间的位置需重新调整，此时如果没有外力束缚，泥页岩水化将会以膨胀的形式表现出来。另外，页岩具有低孔隙度和特低渗透性特征，在一定压差下，水浸入页岩孔隙的过程是缓慢的过程，期间水的浸入也会引起所经过区域页岩的水化反应，产生黏土颗粒的结构变化，改变孔隙结构，造成水的渗透通道变化。如此，由于水的缓慢进入页岩地层，逐渐使井壁页岩发生水化膨胀，形成卡钻或井壁坍塌等严重的井下事故。因此，监测页岩吸水膨胀应力与孔隙水压力传递过程对于研究页岩井壁水化膨胀破坏强度，与破坏严重程度与速度等均具有重要的实际意义。

  实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可以测泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递过程的泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，包括压力容器、上游接头、下游接头、下游卡板、注水装置、围压装置、热缩管、上游多孔承压板、下游多孔承压板；所述上游接头包括上游接头主体与上游接头凸台，所述压力容器两端分别为压力容器左端、压力容器右端，所述上游接头主体通过密封O型圈与压力容器左端连接，所述下游接头包括下游接头主体、下游接头凸台；所述上游接头凸台、上游多孔承压板、页岩试样、下游多孔承压板、下游接头主体顺序安装在热缩管内，所述下游卡板通过密封O型圈与压力容器右端、下游接头凸台连接；所述热缩管上设置有应力传感器传递头和孔隙压力传感器传递头，所述应力传感器传递头、孔隙压力传感器传递头直接与页岩试样的外表面接触，所述孔隙压力传感器传递头上设置有传递孔；所述压力容器上设置有应力传递筒、孔隙压力传递体，所述，所述应力传递筒通过波纹管与应力传感器传递头连接，所述所述孔隙压力传递体通过橡胶与孔隙压力传感器传递头连接，所述孔隙压力传递体上设置有通孔，所述通孔与传递孔相通；所述应力传递筒内设置有应力传感器，所述应力传感器与应力传感器传递头紧贴住，所述所述孔隙压力传递体端面上设置有孔隙压力传感器，所述孔隙压力传感器紧贴住通孔；所述上游接头设置孔隙水注入孔与围压注入孔，所述注水装置通过孔隙水注入孔与上游多孔承压板相通，所述围压装置通过围压注入孔与压力容器的内部相通，所述下游接头上设置有孔隙气出孔。

进一步的是，所述下游卡板上设置有围压出口通道，所述围压出口通道的外端设置螺栓。

进一步的是，所述应力传递筒、孔隙压力传递体均有三个。

进一步的是，所述应力传递筒、孔隙压力传递体与压力容器之间均设置密封橡胶圈。

进一步的是，所述密封橡胶圈上设置有压紧盘，所述压紧盘通过压紧螺栓与压力容器连接。

进一步的是，所述上游接头、下游卡板与压力容器之间均设置有两个连接螺栓。

进一步的是，所述围压装置为油压泵，所述注水装置为注水泵。

进步一的是，所述压力容外设置有支架、底座，所述压力容器通过支架连接在底座上。

本实用新型的有益效果是：采用本实用新型的一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，可测出页岩吸水膨胀应力与孔隙水压力传递过程，进而帮助研究页岩井壁水化膨胀破坏强度，与破坏严重程度与速度等，最终帮助页岩气的开发。

附图说明

图1是本实用新型外表面的结构示意图，

图2是本实用新型剖面的结构示意图。

图中所示：1-底座，2-支架，3-压力容器，31-压力容器左端，32-压力容器右端，33-密封橡胶圈，34-压紧盘，35-压紧螺栓，36-连接螺栓，4-应力传感器，5-孔隙压力传感器，51-通孔，6-上游接头，61-上游多孔承压板，62-上游接头主体，63-上游接头凸台，7-下游接头，71-下游多孔承压板，72-下游接头主体，73-下游接头凸台，710-下游卡板，8-注水装置，81-孔隙水注入孔，9-围压装置，91-围压注入孔，10-孔隙气出孔，11-围压出口通道，110-螺栓，12-密封O型圈，13-热缩管，14-应力传感器传递头，15-孔隙压力传感器传递头，151-传递孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1、2所示，本实用新型的一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，包括压力容器3、上游接头6、下游接头7、下游卡板710、注水装置8、围压装置9、热缩管13、上游多孔承压板61、下游多孔承压板71； 所述上游接头6包括上游接头主体62与上游接头凸台63，所述压力容器3两端分别为压力容器左端31、压力容器右端32，所述上游接头主体62通过密封O型圈12与压力容器左端31连接，所述下游接头7包括下游接头主体72、下游接头凸台73；所述上游接头凸台63、上游多孔承压板61、页岩试样16、下游多孔承压板71、下游接头主体72顺序安装在热缩管13内，所述下游卡板710通过密封O型圈12与压力容器右端32、下游接头凸台73连接；所述热缩管13上设置有应力传感器传递头14和孔隙压力传感器传递头15，所述应力传感器传递头14、孔隙压力传感器传递头15直接与页岩试样16的外表面接触，所述孔隙压力传感器传递头15上设置有传递孔151；所述压力容器3上设置有应力传递筒4、孔隙压力传递体5，所述，所述应力传递筒4通过波纹管41与应力传感器传递头14连接，所述所述孔隙压力传递体5通过橡胶与孔隙压力传感器传递头15连接，所述孔隙压力传递体5上设置有通孔51，所述通孔51与传递孔151相通；所述应力传递筒4内设置有应力传感器，所述应力传感器与应力传感器传递头14紧贴住，所述所述孔隙压力传递体5端面上设置有孔隙压力传感器，所述孔隙压力传感器紧贴住通孔51；所述上游接头6设置孔隙水注入孔81与围压注入孔91，所述注水装置8通过孔隙水注入孔81与上游多孔承压板61相通，所述围压装置9通过围压注入孔91与压力容器3的内部相通，所述下游接头7上设置有孔隙气出孔10。

通过该装置对页岩试样16做实验就可以测出页岩吸水膨胀应力与孔隙水压力传递过程，进而帮助研究页岩井壁水化膨胀破坏强度，与破坏严重程度与速度等，最终帮助页岩气的开发。

对页岩试样16做实验前，会根据装置的要求对页岩取样，从而得到一定大小的页岩试样16，在顺序将下游接头7、下游多孔承压板71、页岩试样16、上游多孔承压板61、上游接头6紧凑安装在热缩管13内，直到热缩管13把上游接头凸台63全部包裹住，再在热缩管13设计位置安装上应力传感器传递头14和孔隙压力传感器传递头15，并用电热吹风加热使热缩管13收缩贴紧页岩试样16，这样会把上述装置全部包裹为一个整体。将这个整体安装在压力容器3内，上游接头6就通过密封O型圈12与压力容器右端32的密封连接，再用下游卡板710通过密封O型圈12与压力容器右端32、下游接头凸台73密封连接。最后在压力容器3安装上应力传递筒4、孔隙压力传递体5，因为所有装置、页岩试样16都是提前设计定值的，通过上游接头6来定位，这样应力传递筒4、孔隙压力传递体5与应力传感器传递头14和孔隙压力传感器传递头15可相对应配合。最后在应力传递筒4内安装好应力传感器，孔隙压力传递体5外安装好孔隙压力传感器就可开始试验了。

开始实验：通过围压装置9向压力容器3内注入围压液，并升压至预定围压，按照一定的孔隙压力，让注水装置8从孔隙水注入孔81注入液体（清水或钻井液），并记录时间、应力传感器和孔隙压力传感器读数，一定时间数据稳定后结束实验。

实验后操作：依次取下各个装置。实验完成后就从数据统计中得出页岩吸水膨胀应力与孔隙水压力传递过程。

为了试验过程中方便排出压力容器3内围压液，作为优选的实施方式，所述下游卡板710上设置围压出口通道11，所述围压出口通道11的外端设置螺栓110。这样实验完成后，直接去下螺栓110就可排出围压液，这样做方便快捷。

为了保证数据的准确性，作为优选的实施方式为，所述应力传递筒4、孔隙压力传递体5均有三个。这样在实验时，数据较多后，实验结果更加精确。

加强压力容器3的密闭性，作为优选的实施方式，所述应力传递筒4、孔隙压力传递体5与压力容器3之间均设置密封橡胶圈33。

在压力容器3内的围压较大，为了加强密封，作为优选的实施方式，所述密封橡胶圈33上设置有压紧盘34，所述压紧盘34通过压紧螺栓35与压力容器3连接。

因压力容器3内的围压较大，所以作为优选的实施方式，所述上游接头6、下游卡板710与压力容器3之间均设置有两个连接螺栓36。这样可保证上游接头6、下游卡板710不会因压力过大没冲出压力容器3.

     为了便于试验的进行，作为优选的实施方式，所述围压装置9为油压泵，所述注水装置8为注水泵。

进一步方便试验的实施，作为优选的实施方式，所述压力容器3外设置有支架2、底座1，所述压力容器3通过支架2连接在底座1上。

Claims (8)

1.一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，其特征在于：包括压力容器(3)、上游接头(6)、下游接头(7)、下游卡板(710)、注水装置(8)、围压装置(9)、热缩管(13)、上游多孔承压板(61)、下游多孔承压板(71)；

所述上游接头(6)包括上游接头主体(62)与上游接头凸台(63)，所述压力容器(3)两端分别为压力容器左端(31)、压力容器右端(32)，所述上游接头主体(62)通过密封O型圈(12)与压力容器左端(31)连接，所述下游接头(7)包括下游接头主体(72)、下游接头凸台(73)；

所述上游接头凸台(63)、上游多孔承压板(61)、页岩试样(16)、下游多孔承压板(71)、下游接头主体(72)顺序安装在热缩管(13)内，所述下游卡板(710)通过密封O型圈(12)与压力容器右端(32)、下游接头凸台(73)连接；

所述热缩管(13)上设置有应力传感器传递头(14)和孔隙压力传感器传递头(15)，所述应力传感器传递头(14)、孔隙压力传感器传递头(15)直接与页岩试样(16)的外表面接触，所述孔隙压力传感器传递头(15)上设置有传递孔(151)；

所述压力容器(3)上设置有应力传递筒(4)、孔隙压力传递体(5)，所述，所述应力传递筒(4)通过波纹管(41)与应力传感器传递头(14)连接，所述所述孔隙压力传递体(5)通过橡胶与孔隙压力传感器传递头(15)连接，所述孔隙压力传递体(5)上设置有通孔(51)，所述通孔(51)与传递孔(151)相通；

所述应力传递筒(4)内设置有应力传感器，所述应力传感器与应力传感器传递头(14)紧贴住，所述所述孔隙压力传递体(5)端面上设置有孔隙压力传感器，所述孔隙压力传感器紧贴住通孔(51)；

所述上游接头(6)设置孔隙水注入孔(81)与围压注入孔(91)，所述注水装置(8)通过孔隙水注入孔(81)与上游多孔承压板(61)相通，所述围压装置(9)通过围压注入孔(91)与压力容器(3)的内部相通，所述下游接头(7)上设置有孔隙气出孔(10)。

2.如权利要求1所述的一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，其特征在于：所述下游卡板(710)上设置有围压出口通道(11)，所述围压出口通道(11)的外端设置螺栓(110)。

3.如权利要求2所述的一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，其特征在于：所述应力传递筒(4)、孔隙压力传递体(5)均有三个。

4.如权利要求3所述的一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，其特征在于：所述应力传递筒(4)、孔隙压力传递体(5)与压力容器(3)之间均设置密封橡胶圈(33)。

5.如权利要求4所述的一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，其特征在于：所述密封橡胶圈(33)上设置有压紧盘(34)，所述压紧盘(34)通过压紧螺栓(35)与压力容器(3)连接。

6.如权利要求5所述的一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，其特征在于：所述上游接头(6)、下游卡板(710)与压力容器(3)之间均设置有两个连接螺栓(36)。

7.如权利要求5或6所述的一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，其特征在于：所述围压装置(9)为油压泵，所述注水装置(8)为注水泵。

8.如权利要求7所述的一种泥页岩水化膨胀应力与孔隙压力传递测量装置，其特征在于：所述压力容器(3)外设置有支架(2)、底座(1)，所述压力容器(3)通过支架(2)连接在底座(1)上。