CN212614665U - 一种真三轴co2压裂实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种真三轴CO2压裂实验装置，属于气体的高压相变膨胀的破岩实验装置技术领域，包括设置于硬岩样品（2‑1）内的CO2脉动冲击压裂棒（1），所述硬岩样品（2‑1）的外壁上设置有变形荷载检测单元（3），所述硬岩样品（2‑1）的周向均设置有真三轴加载单元（2）；所述真三轴加载单元（2）包括分别位于所述硬岩样品（2‑1）主应力方向的加载板（2‑2），所述加载板（2‑2）由千斤顶（2‑3）施压。本实用新型能够真实模拟深层硬岩现场应力状态，从而便于为非常规气藏开采时深层硬岩破裂机理研究提供设备支持。
Description
技术领域
本实用新型属于气体的高压相变膨胀的破岩实验装置技术领域，具体涉及一种真三轴CO2压裂实验装置，尤其涉及一种具备重复脉冲能力的真三轴CO2压裂实验装置。
背景技术
近年来，石油行业飞速发展，由于开采深度不断加大，非常规油气藏的开采已经成为行业关注的重点。常规的水力压裂技术虽然比较成熟，但油气开采区域通常属于较为缺水的地区，其大规模的使用水资源造成极大地浪费，且不可循环使用，极易对地层环境造成伤害。其次，许多爆破冲击破岩方法又不具备重复使用的功能，且难以控制，消耗量巨大，对环境伤害大以及极具危险性。同时传统压裂技术，存在难以重复施加脉冲荷载，不仅影响压裂质量，也影响了压裂效率。
目前，即使出现了气动脉冲重复压裂技术，但是仍然存在无法对待破碎的硬岩样品逐层施加轴力与环向应力，使硬岩样品能够快速、循环加压到实验方案所需的围压值，再增加轴力以模拟深层岩土现场应力状态的实验装置，故无法为非常规气藏开采时深层硬岩破裂机理研究提供设备支持。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够对待破碎的硬岩样品逐层施加轴力与环向应力，使硬岩样品能够快速、循环加压到实验方案所需的围压值，再增加轴力以模拟深层岩土现场应力状态的真三轴CO2压裂实验装置，采用该实验装置收集的数据能够真实模拟深层硬岩现场应力状态，从而便于为非常规气藏开采时深层硬岩破裂机理研究提供设备支持。
进一步的，本实用新型还提供一种可减少加载板内摩擦力，延长加载板使用寿命的真三轴CO2压裂实验装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种真三轴CO2压裂实验装置，包括设置于硬岩样品内的CO2脉动冲击压裂棒，所述硬岩样品的外壁上设置有变形荷载检测单元，所述硬岩样品的周向均设置有真三轴加载单元；所述真三轴加载单元包括分别位于所述硬岩样品主应力方向的加载板，所述加载板由千斤顶施压。
所述主应力方向包括硬岩样品的上下向、左右向和前后向。
所述加载板包括两块，两块所述加载板之间设置有若干减摩滚珠，全部所述减摩滚珠设置于柔性袋中，所述柔性袋固定安装在两块所述加载板之间。
所述加载板制作依据CO2压裂实验，可以根据实验方案的不同进行调整布线。
与所述硬岩样品相接触的且位于所述CO2脉动冲击压裂棒左侧的所述加载板上设有用于容纳所述CO2脉动冲击压裂棒端部的圆形凹槽以及用于后续实验备用的两个预留孔，所述圆形凹槽内部设有密封垫片。
在所述CO2脉动冲击压裂棒的右侧布置方向的所述加载板内设置有密封接线出孔，所述密封接线出孔与所述CO2脉动冲击压裂棒相连，所述密封接线出孔内贯穿有CO2脉动冲击压裂棒的加热线、进气线和出气线。
所述变形荷载检测单元包括声波传感器和动态应变片；所述变形荷载检测单元设置于每个所述硬岩样品的外壁上；所述声波传感器通过密封胶套固定在所述硬岩样品外侧。
所述千斤顶为油压给千斤顶。
所述油压给千斤顶与压力表相连。
所述声波传感器和动态应变片分别与处理器相连，所述处理器与显示器相连。
所述柔性袋的材质包括玻璃纤维，所述柔性袋的一边通过胶体固定在两块所述加载板之间，所述柔性袋内设置有若干容纳腔，所述容纳腔内装有所述减摩滚珠。
所述柔性袋在装置安装前不加入减摩滚珠，待侧向两块加载板位置放置完毕后，加入减摩滚珠，两块加载板之间仅可容纳一颗减摩滚珠，所述柔性袋同样设置有多个容纳腔，有利于减摩滚珠放置的均匀性，同时有效避免了减摩滚珠堆积问题。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：提出了一种在深部岩土重复性施加冲击荷载、可控、环保、安全、无爆炸危险性的破岩方式，可以在CO2高温爆燃压裂过程中不断提供可控的脉冲荷载，无须中断实验即可重复进行。现有的CO2脉动冲击压裂棒即可重复进行脉冲荷载。
本实用新型能够模拟深层岩土的原岩应力，并在气体相变重复压裂的作用下，观察其岩土体破碎，裂纹发展的状态，并对其进行研究。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步地说明。
如图1所示，一种真三轴CO2压裂实验装置，主要应用于地下工程破岩开发以及深部非常规岩体的破裂领域。本实施例能够模拟深层岩土的原岩应力，并在气体相变重复压裂的作用下，观察其岩土体破碎，裂纹发展的状态，并对其进行研究。
具体地，该真三轴CO2压裂实验装置由CO2脉动冲击压裂棒1，真三轴加载单元2以及变形荷载检测单元3组成，本实施例主要可以模拟深部岩土应力环境，并对其进行重复CO2爆燃压裂试验。其中CO2脉动冲击压裂棒1置于硬岩样品2-1内，试验中，CO2脉动冲击压裂棒1为硬岩样品2-1提供瞬时的冲击压力，并可重复性施加。变形荷载检测单元3置于硬岩样品2-1的外侧，为其实时测量动态变形和破裂。
真三轴加载单元2由轴向加载单元以及侧向加载单元组成，千斤顶2-3和硬岩样品2-1间设置加载板2-2，加载板2-2设置在三个主应力方向，三个主应力方向分别为硬岩样品2-1的上下向、左右向和前后向。每个方向两块，两块加载板2-2中间有减摩滚珠2-4，减摩滚珠2-4装在柔性袋中。轴向及最大主应力由千斤顶2-3传力给加载板2-2提供，中间主应力和最小主应力同样由各向千斤顶2-3传递给加载板2-2提供。
本实施例中，CO2脉动冲击压裂棒1为横向安装，CO2脉动冲击压裂棒1的安装方向的加载板2-2内设置有密封接线出孔2-5，加载板2-2主应力方向有接线入孔，密封接线出孔2-5与CO2脉动冲击压裂棒1相连，密封接线出孔2-5能够将CO2脉动冲击压裂棒1中的加热线、进气线和出气线从中导出。本真三轴CO2压裂实验装置既能实现三轴应力施加，模拟地下工程应力条件，便于变形荷载检测单元3布置和工作。
本实施例中，与所述硬岩样品2-1相接触的且位于所述CO2脉动冲击压裂棒1左侧的所述加载板2-2上设有用于容纳所述CO2脉动冲击压裂棒1端部的圆形凹槽以及用于后续实验备用的两个预留孔，所述圆形凹槽内部设有密封垫片。密封垫片设置于圆形凹槽与CO2脉动冲击压裂棒1端部的交接处。
预留孔上设置有密封塞。
本实施例中，各向油缸千斤顶通过各加载板2-2与硬岩样品2-1连接，加载板2-2内分别安装有减摩滚珠2-4来减少摩擦力，从而提高加载板2-2的使用寿命。
变形荷载检测单元3由声波传感器3-1和动态应变片3-2组成，各个方向加载板2-2在检测位置均设有上述的变形荷载检测单元3。
声波传感器3-1通过密封胶套固定在硬岩样品2-1外侧，动态应变片3-2置于硬岩样品2-1外侧。
所述油压给千斤顶与压力表相连。
所述声波传感器3-1和动态应变片3-2分别与处理器相连，所述处理器与显示器相连。
所述柔性袋的材质包括玻璃纤维，所述柔性袋的一边通过胶体固定在两块所述加载板2-2之间，所述柔性袋内设置有若干容纳腔，所述容纳腔内装有所述减摩滚珠2-4。柔性袋在装置安装前不加入减摩滚珠，待侧向两块加载板位置放置完毕后，加入减摩滚珠，两块加载板之间仅可容纳一颗减摩滚珠，柔性袋同样设置有多个容纳腔，有利于减摩滚珠放置的均匀性，同时有效避免了减摩滚珠堆积问题。
本实施例的一种真三轴CO2压裂实验装置的使用方法包括以下步骤：
①硬岩样品2-1与CO2脉动冲击压裂棒1安装：CO2脉动冲击压裂棒1先冲入预定压强的CO2和聚能混相流体发热药，将制备好的硬岩样品2-1中打入CO2脉动冲击压裂棒1，并在其表面安装好变形荷载检测单元3，再将硬岩样品2-1置于真三轴加载单元2内。真三轴加载单元2为真三轴加载仪。
②应力环境模拟：通过油压给千斤顶2-3施压，给硬岩样品2-1逐层施加轴力与环向应力，循环加压到实验方案所需的围压值，再增加轴力模拟现场应力状态。
③注入CO2，加热装置加热：向CO2脉动冲击压裂棒1内注入CO2，通过CO2脉动冲击压裂棒1的预留孔接通加热装置加热10-20分钟，使液态CO2聚能混相流体温度升高至指定初始温度。
④电火花激发爆燃：电火花装置充能，通过CO2脉动冲击压裂棒1的预留孔连入电线并激发CO2和聚能混相流体爆燃发生。
电火花装置充能和加热装置均置于CO2脉动冲击压裂棒1内部。
⑤变形荷载检测单元3测量数据：通过变形荷载检测单元3测量数据，得出其动应变，瞬态压力等参数。
⑥重复实验：一次爆燃完毕后，可向CO2脉动冲击压裂棒1内继续注入CO2和聚能混相流体，重复实验，并记录其重复瞬态冲击情况下的各项参数。
⑦完成实验：实验完成，对比观察裂纹发展，更改硬岩样品2-1进行下一组实验。
综上所述，本实施例能够模拟深层岩土的原岩应力，通过CO2相变重复压裂的作用下，观察岩土体破碎，裂纹发展情况，并可对岩土体的破碎机理进行研究应用。
同时，本实施例可以针对，但不限于非常规油气藏开采领域的应用，本实施例提供了安全、高效、环保、可控的破裂岩石的方法。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本实用新型的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本实用新型的范围，对本实用新型所做的公开是说明性的，而非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：包括设置于硬岩样品（2-1）内的CO2脉动冲击压裂棒（1），所述硬岩样品（2-1）的外壁上设置有变形荷载检测单元（3），所述硬岩样品（2-1）的周向均设置有真三轴加载单元（2）；所述真三轴加载单元（2）包括分别位于所述硬岩样品（2-1）主应力方向的加载板（2-2），所述加载板（2-2）由千斤顶（2-3）施压。
2.根据权利要求1所述的一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：所述主应力方向包括硬岩样品（2-1）的上下向、左右向和前后向。
3.根据权利要求1所述的一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：所述加载板（2-2）包括两块，两块所述加载板（2-2）之间设置有若干减摩滚珠（2-4），全部所述减摩滚珠（2-4）设置于柔性袋中，所述柔性袋固定安装在两块所述加载板（2-2）之间。
4.根据权利要求1所述的一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：与所述硬岩样品（2-1）相接触的且位于所述CO2脉动冲击压裂棒（1）左侧的所述加载板（2-2）上设有用于容纳所述CO2脉动冲击压裂棒（1）端部的圆形凹槽以及用于后续实验备用的两个预留孔，所述圆形凹槽内部设有密封垫片。
5.根据权利要求1所述的一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：在所述CO2脉动冲击压裂棒（1）的右侧布置方向的所述加载板（2-2）内设置有密封接线出孔（2-5），所述密封接线出孔（2-5）与所述CO2脉动冲击压裂棒（1）相连，所述密封接线出孔（2-5）内贯穿有CO2脉动冲击压裂棒（1）的加热线、进气线和出气线。
6.根据权利要求1所述的一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：所述变形荷载检测单元（3）包括声波传感器（3-1）和动态应变片（3-2）；所述变形荷载检测单元（3）设置于每个所述硬岩样品（2-1）的外壁上；所述声波传感器（3-1）通过密封胶套固定在所述硬岩样品（2-1）外侧。
7.根据权利要求1所述的一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：所述千斤顶（2-3）为油压给千斤顶。
8.根据权利要求7所述的一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：所述油压给千斤顶与压力表相连。
9.根据权利要求6所述的一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：所述声波传感器（3-1）和动态应变片（3-2）分别与处理器相连，所述处理器与显示器相连。
10.根据权利要求3所述的一种真三轴CO2压裂实验装置，其特征在于：所述柔性袋的材质包括玻璃纤维，所述柔性袋的一边通过胶体固定在两块所述加载板（2-2）之间，所述柔性袋内设置有若干容纳腔，所述容纳腔内装有所述减摩滚珠（2-4）。
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| CN202021224167.3U CN212614665U (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 一种真三轴co2压裂实验装置 |
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| CN202021224167.3U CN212614665U (zh) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | 一种真三轴co2压裂实验装置 |
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| CN (1) | CN212614665U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113252467A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-08-13 | 西南石油大学 | 一种模拟深井钻井真三轴条件的岩石钻进实验装置与方法 |
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2020
- 2020-06-29 CN CN202021224167.3U patent/CN212614665U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113252467A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-08-13 | 西南石油大学 | 一种模拟深井钻井真三轴条件的岩石钻进实验装置与方法 |
| CN113252467B (zh) * | 2021-06-07 | 2022-04-15 | 西南石油大学 | 一种模拟深井钻井真三轴条件的岩石钻进实验装置与方法 |
| US11566986B2 (en) | 2021-06-07 | 2023-01-31 | Southwest Petroleum University | Rock drilling experimental device and method for simulating true triaxial conditions of deep well drilling |
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