CN215640530U - 一种拟三轴压裂系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种拟三轴压裂系统，该系统包括：岩心加持套；轴压施力机构至少部分设置在岩心加持套内；围压施力机构套设在岩心加持套的外周；加热机构设置在岩心加持套的外部；介质供给机构与轴压施力机构相连接。本实用新型通过设置岩心加持套对待测岩样进行夹持，并通过围压施力机构对岩心加持套施压，模拟岩样在地层承受的围压；通过轴压施力机构对待测岩样提供两端支撑封堵，施加轴压至待测岩样上，模拟岩样在地层承受的轴压；通过加热机构对岩心加持套进行加热，模拟岩样环境温度。该系统可进行不同种类岩样的任意轴压、围压、温度环境下的渗透率测试、压裂模拟等，解决现有装置不能进行高温地应力条件下压裂后渗透率测试的问题。

Description

一种拟三轴压裂系统

技术领域

本实用新型涉及岩石力学技术领域，具体而言，涉及一种拟三轴压裂系统。

背景技术

随着经济的快速发展和人类社会的不断进步，目前规模生产并大量利用的常规能源供应日益不能满足市场需求，在这种严峻的能源形势下，非常规能源如天然气、地热能源等表现出了巨大的资源潜力，而且我国非常规能源资源十分丰富，发展前景广阔，非常规能源必然会成为未来能源供应的重要来源。在开采开发非常规能源时，地层渗透率与地层裂隙发育特征、地质构造、地应力状态等均影响和制约着油气、地热等能源的开采和利用。研究地层岩样在不同地应力以及温度场等条件下的破裂压力和渗流特性的实验研究是非常有必要的。

目前，国内外学者已经开始对地层的水力压裂破坏机理、裂缝扩展几何形态和裂缝延伸规律进行了一些研究。然而，由于缺乏较为系统的科学研究，相关水力压裂机理匮乏，未能将影响压裂效果的主要参数进行量化，现有的实验装置不能进行高温原位地应力条件下水力压裂后渗透率测试，导致该项技术在油气开采、地热开采储层增渗领域的应用与发展受到了一定程度的限制。

发明内容

鉴于此，本实用新型提出了一种拟三轴压裂系统，旨在解决现有实验装置不能进行高温原位地应力条件下水力压裂后渗透率测试的问题。

本实用新型提出了一种拟三轴压裂系统，该系统包括：岩心加持套，用于加持待测岩样；轴压施力机构，至少部分设置在所述岩心加持套内，所述轴压施力机构用于对待测岩样提供两端支撑封堵，以使所述轴压施力机构和所述岩心加持套围设形成封闭腔体，所述轴压施力机构还用于施加轴压至待测岩样上，以模拟岩样在地层承受的轴压；围压施力机构，套设在所述岩心加持套的外周，用于对所述岩心加持套施压，使得所述岩心加持套传递压力给待测岩样，形成待测岩样的围压以模拟岩样在地层承受的围压；加热机构，设置在所述岩心加持套的外部，用于对所述岩心加持套进行加热，以使所述岩心加持套将热量传递给待测岩样，模拟岩样在地下的环境温度；介质供给机构，与所述轴压施力机构相连接，用于向封闭腔体内注入供给介质，在渗透测试状态下供给介质作为渗透介质以进行待测岩样的渗透率测试，在压裂状态下作为压裂介质对待测岩样进行压裂。

进一步地，上述拟三轴压裂系统，所述轴压施力机构包括：上堵头，穿设于所述岩心加持套的顶部开口，用于顶压在所述待测岩样的顶壁上；下堵头，穿设于所述岩心加持套的底部开口，并且，所述上堵头和所述下堵头中至少一个的部分沿所述岩心加持套的轴向可滑动地设置在岩心加持套内，用于施加轴压至待测岩样；密封环，设置在所述上堵头位于所述岩心加持套内的端部，用于对所述上堵头和所述待测岩样之间的缝隙进行密封。

进一步地，上述拟三轴压裂系统，所述上堵头和/或所述下堵头位于所述岩心加持套的部分的外周设有密封圈，用于密封所述上堵头与所述岩心加持套之间的缝隙，和/或所述下堵头与所述岩心加持套之间的缝隙。

进一步地，上述拟三轴压裂系统，所述围压施力机构包括：围压腔，沿所述岩心加持套的外周设置，用于提供围压介质施压腔体；介质注入件，与所述围压腔的进入口相连通，用于向所述围压腔内泵入围压介质，以使围压介质施加围压至所述岩心加持套上，使得所述岩心加持套压力传递给待测岩样。

进一步地，上述拟三轴压裂系统，所述加热机构包括：加热介质流动通道，设置在所述围压腔内或所述围压腔的外周，用于对所述围压腔内的围压介质进行加热，并通过围压介质将热量依次传递给所述岩心加持套、待测岩样；加热介质注入件，与所述加热介质流动通道相连通，以向所述加热介质流动通道内补给或导出加热介质，以使所述加热介质流动通道内的加热介质对所述岩心加持套进行加热。

进一步地，上述拟三轴压裂系统，所述加热介质流动通道为设置在所述围压腔内的加热管结构，并且，所述围压腔的外周设有保温层；或，所述加热介质流动通道为套设在所述围压腔外周的加热套结构，并且，所述加热套结构为外周设有保温层。

进一步地，上述拟三轴压裂系统，所述介质供给机构包括：储液罐，用于存储液体以作为供给介质；高压泵，与所述储液罐相连接，用于施加压力至所述储液罐内的供给介质上使得供给介质具有预设压力，并使得供给介质输送至封闭腔体内，进行渗透率测试或压裂试验。

进一步地，上述拟三轴压裂系统，所述储液罐为两个，其分别与所述封闭腔体的顶部、所述封闭腔体的底部相连通，用于通过与所述封闭腔体的顶部连通的储液罐正向注入供给介质，或通过与所述封闭腔体的底部连通的储液罐反向注入供给介质；所述高压泵设有两个动力输出端，并且，所述高压泵的两个动力输出端分别与两个所述储液罐相连通，用于切换供给介质的正向注入和反向注入。

进一步地，上述拟三轴压裂系统，所述高压泵和所述储液罐形成液体注入部，其并联有高压气瓶，用于存储作为供给介质的高压气体，以切换气体或液体注入至封闭腔体内。

进一步地，上述拟三轴压裂系统，所述密闭腔体的出口处和/或入口处均设有压力表、温度表。

综上，本实用新型提供的拟三轴压裂系统，通过设置岩心加持套可以对待测岩样进行夹持，并通过围压施力机构对岩心加持套施压，使得岩心加持套传递压力给待测岩样，形成待测岩样的围压以模拟岩样在地层承受的围压；通过轴压施力机构的设置可以对待测岩样提供两端支撑封堵，以使轴压施力机构和岩心加持套围设形成封闭腔体，轴压施力机构还可施加轴压至待测岩样上，以模拟岩样在地层承受的轴压；通过加热机构对岩心加持套进行加热，以使岩心加持套将热量传递给待测岩样，模拟岩样地下的环境温度。该系统可以进行不同种类岩样的任意轴压、围压、温度环境下的渗透率测试、压裂模拟等，可在实验过程中无需拆卸岩样，可实现常/高温原位地应力场下压裂前后岩样渗透率测试实验及流固热化多场耦合条件下的应力敏感实验，解决现有实验装置不能进行高温原位地应力条件下水力压裂后渗透率测试的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为真三轴实验的结构示意图；

图2为拟三轴实验的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的拟三轴压裂系统第一实施方式的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的拟三轴压裂系统局部位置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的图4中A-A的局部剖面头；

图6为本实用新型实施例提供的图4中A-A的又一局部剖面头；

图7为本实用新型实施例提供的拟三轴压裂系统第二实施方式的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的拟三轴压裂系统第二实施方式的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的拟三轴压裂系统第二实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

真三轴实验是在真三轴设备上进行，采用刚性加载方式对岩样三个方向施加应力来模拟真实地层的地应力场，如图1所示。拟三轴实验是在拟三轴试验机上进行，轴向采用刚性加载方式，围压采用柔性加载方式，岩样始终处于第二主应力恒等于第三主应力的环境中，如图2所示。其中，σ1为施加至岩样上的轴压即X方向的力，为大主应力；σ2为施加至岩样上的Y方向的力即中主应力；σ3为施加至岩样上的Z方向的力即小主应力。

对比于真三轴，拟三轴实验主要有以下优势：(1)测试样品为小圆柱体岩心，岩石制样方便；(2)拟三轴试验为柔性加载围压，整个设备占据空间尺寸小；(3)拟三轴实验流程简单，测试周期短；(4)拟三轴设备制造、运输、组装成本低。

参见图3和图4，其为本实用新型实施例提供的拟三轴压裂系统的优选结构。如图所示，该系统包括：岩心加持套1、轴压施力机构2、介质供给机构3、围压施力机构4和加热机构5；其中，

岩心加持套1用于加持待测岩样6，以使待测岩样固定在岩心加持套1内，实现待测岩样6的位置固定，并可在介质供给机构3的作用下给待测岩样6提供围压。具体地，岩心加持套1可以为两端开口的弹性筒状结构，以在围压施力机构4的作用下发生形变可紧密包裹在待测岩样6的外周，避免岩心加持套1和待测岩样6之间具有缝隙，进而避免介质供给机构3向岩心加持套1内排入的压裂介质自岩心加持套1和待测岩样6之间的缝隙通过，从而确保该系统进行渗透率测试的准确性。其中，待测岩样6为圆柱形一端中间带有凹槽的岩样，其岩性可以为花岗岩、玄武岩、砂岩等，以便于围压的施加；该岩心加持套1可以由可以发生形变的耐高温材料制成，其材质可以为紫铜等。在本实施例中，岩心加持套1的顶端设有上支撑座7，底端设有底支撑座8，用于对岩心加持套1进行支撑和密封，当然，上支撑座7和底支撑座8可以通过侧壁连接为整体式壳体结构，本实施例中对其不做任何限定。

轴压施力机构2至少部分设置在岩心加持套1内，轴压施力机构2用于对待测岩样6提供上下两端支撑封堵，以使轴压施力机构2和岩心加持套1围设形成封闭腔体，待测岩样6位于封闭腔体内，便于待测岩样6的渗透率测试；同时，轴压施力机构2还可施加轴压至待测岩样6上，以模拟岩样在地层承受的轴压。该轴压施力机构2上设有注入通道211，用于将压裂渗透导入至封闭腔体内，以进行待测岩样6的压裂测试和渗透率测试。该轴压施力机构2上还设有排出通道221，用于排出供给介质。排出通道221的排出口处设有收集器9，用于接收排出的供给介质；为便于核实封闭腔体排出供给介质的体积，优选地，收集器9上设有刻度，以便于计算单位时间内收集的介质体积即排出通道221出口处的流量，并可在供给介质稳定时，排出通道221出口处的流量作为通过待测岩样6的流量，也就是说通过岩心的流量，也可以称为渗透流量，进而据此计算待测岩样6的渗透率。

围压施力机构4套设在岩心加持套1的外周，用于对岩心加持套1施压，使得岩心加持套1在压力的作用下紧密包覆待测岩样6的外壁，并传递压力给待测岩样6，以形成待测岩样6的围压，即可模拟岩样在地层承受的围压。其中，围压施力机构4可通过向岩心加持套1外周的围压腔41内注入液体或气体，通过液体或气体施压至岩心加持套1上。

加热机构5可设置在岩心加持套1的外部，用于对岩心加持套1进行加热，以使岩心加持套1将热量传递给待测岩样6，模拟岩样在地下的环境温度，实现在地下的环境温度下渗透率的测试。具体地，加热机构5可设置在围压施力机构4和岩心加持套1之间，尤其是可设置在岩心加持套1外周设置的围压腔41内，以对围压腔41内的施压液体或气体进行加热，受热液体或气体继续把热量通过岩心加持套1传递给待测岩样6，实现待测岩样6的加热。

介质供给机构3与轴压施力机构2相连接，用于向封闭腔体内注入供给介质，在渗透测试状态下供给介质作为渗透介质以进行待测岩样6的渗透率测试，在压裂状态下作为压裂介质对待测岩样6进行压裂。具体地，介质供给机构3可以与注入通道211相连通，以注入供给介质，供给介质可以为液体还可以为气体，以便进行对应压裂的渗透测试；介质供给机构3还可以进行气体或液体注入的切换，例如通过同种气体进行气力压裂和气体渗透率测试，或通过同种液体进行水力压裂和液体渗透率测试，还可通过气体进行气体渗透率测试并通过液体进行岩样的压裂测试，还可通过液体进行岩样的压裂测试并通过气体进行渗透率测试。其中，供给介质具有一定的压力，以便在外力作用下挤压渗透待测岩样6，或施加压力至待测岩样6上使得待测岩样6压裂；同时，渗透时供给介质压力低，供给介质穿透岩样；压裂时供给介质压力高，以将岩样压破裂；也就是说，渗透率测试时，介质供给机构3注入的供给介质压力低，压裂试验时，介质供给机构3注入的供给介质压力高。

在本实施例中，排出通道221的出口处设有出口温度表101和出口压力表111，用于分别实时监测排出通道221内排出的供给介质的温度和压力，在该系统稳定时，此温度相当于待测岩样6的温度，以根据出口温度表101的测试温度检测待测岩样6的温度，进而模拟岩样的周边环境温度即通过加热机构5进行加热并通过出口温度表101检测其加热温度是否满足需求，并可根据此压力作为渗透介质的出口端压力以进行渗透率的计算。注入通道211的入口处设有进口温度表102和进口压力表112，用于分别实时监测注入通道211内注入的供给介质的温度和压力，并可根据此压力作为渗透介质的进口端压力以进行渗透率的计算。其中，在进口温度表102可测试注入供给介质的温度是否与岩样周边的介质温度相匹配，以模拟具有一定温度的供给介质的注入。

继续参见图4，轴压施力机构2包括：上堵头21和下堵头22；其中，上堵头21穿设于岩心加持套1的顶部开口，用于顶压在待测岩样6的顶壁上；下堵头22穿设于岩心加持套1的底部开口，用于对待测岩样6进行支撑；并且，上堵头21和下堵头22中至少一个的部分沿岩心加持套1的轴向可滑动地设置在岩心加持套1内，用于施加轴压至待测岩样6上。在本本实施例中，上堵头21的下部可滑动地设置在岩心加持套1内，下堵头22固定设置在岩心加持套1的底部开口处，即固定设置在下支撑座8上。

在本实施例中，上堵头21和下堵头22均可以和待测岩样6具有相同直径的圆柱形刚性体，例如可以为不锈钢体等；上堵头21和下堵头22和待测岩样6直径相同，可便于实现待测岩样6两端的密封。上堵头21顶压在待测岩样6的顶壁上，下堵头22顶压接触待测岩样6的底壁，下堵头22还对待测岩样6进行竖直方向上的支撑，并且，上堵头21、待测岩样6可依次叠放在下堵头22上形成圆柱体结构，岩心加持套1处于自由状态下，其与上堵头21、下堵头22、待测岩样6之间可具有缝隙，以便于岩心加持套1的安装，并可围压施力机构4的作用下，使得岩心加持套1紧密包覆在圆柱体结构的外壁上，进而通过上堵头21、下堵头22结合实现对待测岩样6上下两端的密封，进而避免供给介质的泄漏。

继续参见图4，注入通道211可设置在上堵头21上，用于向封闭腔体内注入供给介质；排出通道221可设置在下堵头22上，下堵头22的侧壁与岩心加持套1加持紧密贴合，下堵头22的顶壁可作为接收盘，接收待测岩样6渗透后流下的供给介质，并且，由于下堵头22的周圈密封，故供给介质引流至排出通道221内，并自排出通道221内排出。

继续参见图4，为进一步确保上堵头21和下堵头22对待测岩样6上下两端的封堵密封性，优选地，上堵头21和/或下堵头22位于岩心加持套1的部分的外周设有密封圈23，用于密封上堵头21和/或下堵头22与岩心加持套1之间的缝隙，以避免封闭腔体内的供给介质自缝隙内外泄。其中，上堵头21和下堵头22上靠近待测岩样6的端部上均可设有密封圈23，其材质是能耐高温的材料，如石墨等。

继续参见图4，为确保上堵头21和待测岩样6之间的密封性，优选地，上堵头21位于岩心加持套1内的端部(如图2所示的底端)设有密封环24，用于对上堵头21和待测岩样6之间的缝隙进行密封，以避免注入通道211注入的供给介质自上堵头21和待测岩样6之间的缝隙处泄漏。其中，密封环24为中空的T形环，其材质为可以发生微形变的耐高温材料，如紫铜等，密封环24的下端其可插进待测岩样6的凹槽61内，密封环24的上端为平面结构用于抵压接触在待测岩样6的上表面上，当上堵头21施加压力时密封环24可以密封上堵头21与待测岩样6，防止通过注入通道211、密封环24最后进入到凹槽61内的液体发生泄漏。

继续参见图3和图4，围压施力机构4包括：围压腔41和介质注入件42；其中，围压腔41沿岩心加持套1的外周设置，用于提供围压介质施压腔体。介质注入件42与围压腔41的进入口相连通，用于向围压腔41内泵入具有围压的围压介质，以使围压介质施加围压至岩心加持套1上，使得岩心加持套1紧密接触待测岩样6的外壁，并把压力传递给待测岩样6，形成待测岩样6的围压。其中，介质注入件42可以为加压泵，其输入端与存储有围压介质的罐体或其他腔体连通，输出端与围压腔41的进入口相连通，以对围压介质进行加压，使其具有围压压力，并使得围压介质自围压腔41的进入口排入至围压腔41内，以传递压力至岩心加持套1上，并逐步传递给待测岩样6，模拟岩样的围压。其中，围压压力可以根据实际情况确定，本实施例中对其不做任何限定。高压泵和围压腔41的进入口之间的连通管路上设有电磁阀，以控制该连通管路的通断。其中，围压介质可以为液体例如，也可以为气体等，本实施例中对其不做任何限定。当然，围压腔41还设有排出口，以排出围压介质。

继续参见图3和图4，加热机构5包括：加热介质流动通道51和加热介质注入件52；其中，加热介质流动通道51设有进液口511和出液口512，加热介质注入件52与加热介质流动通道相连通，以向加热介质流动通道51补给或导出加热介质，加热介质注入件52分别与进液口511和出液口512相连通，使得加热介质注入件52输出的温度较高的加热介质，并从进液口511进入加热介质流动通道51内以对围压腔内的围压介质进行加热，受热的围压介质继续把热量通过岩心加持套1传递给待测岩样6，以实现待测岩样6的加热，进而模拟岩样的环境温度；加热介质换热后温度降低并可自出液口512排出至加热介质注入件52内进行加热，并通过加热介质注入件52进行加热，以实现加热介质的损坏。为避免围压介质和/或加热介质的向外散热，优选地，围压腔41或加热介质流动通道51的外周设有保温层53，以减小围压介质和/或加热介质向四周的散热。

在本实施例中的加热介质流动通道51的一种实施方式中，如图5所示，加热介质流动通道51可以为加热管结构，其设置在围压腔41内，以对围压腔41内的围压介质进行加热。其中，保温层53可设置在围压腔41的外周，以避免围压介质的散热。则，如图5所示，由外向内依次是：保温层53、围压腔41、岩心加持套1和待测岩样6，围压腔41内布置加热管结构，其个数不限，其主要作用是对围压腔41内的液体进行加热。

在本实施例中的加热介质流动通道51的另一种实施方式中，如图6所示，加热介质流动通道51可以为加热套结构，其套设在围压腔41的外周，以对围压腔41内的围压介质进行加热。其中，保温层53可设置在加热套的外周，以避免加热套内加热介质的散热；如图6所示，由外向内依次是：保温层53、加热套结构、围压腔41、岩心加持套1和待测岩样6。相比于套设在围压腔41和岩心加持套1之间而言，围压介质施加的压力可直接施加至岩心加持套1上，减少力的传递。

继续参见图4，在本实施例中介质供给机构3的第一种实施方式中，介质供给机构3包括：储液罐31和高压泵32；其中，储液罐31用于存储液体以作为供给介质；高压泵32与储液罐31相连接，用于施加压力至储液罐31内的供给介质上使得供给介质具有预设压力，还使得供给介质排出至储液罐31外，并输送至封闭腔体内，进行渗透率测试或压裂试验。其中，预设压力可以根据实际情况确定，例如渗透所需压力和压裂所需压力。在本实施例中，通过高压泵32施加压力至储液罐31内的供给介质上使得供给介质具有预设压力还使得供给介质排出至储液罐31外且直接输送至封闭腔体内，避免供给介质流经高压泵32，进而避免供给介质内一些介质腐蚀高压泵32。在本实施例中，供给介质可以为水、油、压裂液及其它化学溶剂等液体。

参见图7，在本实施例中介质供给机构3的第二种实施方式中，注入通道211可设置在上堵头21上，排出通道221可设置在下堵头22上；排出通道221还作为注入通道，注入通道211作为排出通道，反向注入供给介质，由于供给介质具有一定压力，故反向注入的供给介质可与上述第一种实施方式中的介质流向相反，其逐步向上移动，以完成渗透或压裂；则注入通道211、排出通道221设置在岩心加持套1外的端部均设有入口和出口。在本实施方式中，亦可进行正向注入供给介质，即根据介质供给机构3注入供给介质的方向确定供给介质的流向。介质供给机构3包括：两个储液罐31和高压泵32；其中，两个储液罐31分别与注入通道211的入口、排出通道221的入口相连通，用于存储液体以作为供给介质；高压泵32分别与两个储液罐31相连通，用于选择性地施加压力至其中一个储液罐31内的供给介质上使得供给介质具有预设压力，还使得供给介质排出至储液罐31外，并输送至封闭腔体内，进行渗透率测试或压裂试验。

参见图8，在本实施例中介质供给机构3的第三种实施方式中，介质供给机构3为高压气瓶，用于存储高压气体以作为供给介质，以进行正向输入。当然，高压气瓶亦可进行反向输入气体，以进行反向渗透压裂。排出通道221的出口处可设有流量计，以实时检测高压气体排出流量。其中，供给介质可以为氮气、氩气等惰性气体。

参见图9，在本实施例中介质供给机构3的第四种实施方式中，介质供给机构3包括：储液罐31、高压泵32和高压气瓶33；其中，储液罐31用于存储液体以作为供给介质；高压泵32与储液罐31相连接，形成液体注入部，高压泵32用于施加压力至储液罐31内的供给介质上使得供给介质具有预设压力，还使得供给介质排出至储液罐31外，并输送至封闭腔体内，进行渗透率测试或压裂试验。高压气瓶33用于存储高压气体以作为供给介质，高压气瓶33可与液体注入部并联，以切换气体或液体的注入。

在本实施例中，储液罐31和高压泵32之间、储液罐31与封闭腔体之间等管路上可可设有电磁阀，以控制对应管路的通断。

下面结合图3至图4，对采用该拟三轴压裂系统进行岩样测试的过程进行详细：

(1)实验准备

岩样的加工：加工好一定尺寸的圆柱形岩样以作为待测岩样6，如花岗岩、碳酸岩、砂岩等，并在岩样一端加工凹槽61，如岩样尺寸：直径5cm，高10cm，凹槽尺寸：直径5-10mm，高1-2cm。

(2)压裂前渗透率测试

常温渗透率测试：①通过介质注入件42注入液体作为围压介质，对待测岩样6施加围压，范围是0～100MPa，通过上上堵头21对待测岩样6施加轴压，范围是0～140MPa；②通过高压泵32持续注入液体即供给介质，液体依次流经注入通道211、密封环24、凹槽61，最后经待测岩样6的下端流出。③观察系统压力及排出液体流量变化，当系统压力及排出液体流量稳定后，停止实验；可通过进口压力表112或出口压力表111观察系统压力，当进口压力表112或出口压力表111压力稳定时则表示系统压力基本稳定；可通过收集器9内单位时间内接收介质的体积观察排出液体流量，当其基本稳定时则表示排出液体流量稳定。采用如下公式(1)计算岩样压裂前的常温渗透率。

计算液测渗透率公式如下：

其中，k为液测渗透率，μm²；d为待测岩样6的直径，cm；A为待测岩样6的横截面积，cm²；Q为供给介质通过岩心的流量，其等于渗透流量，还等于出口处流量，cm³/s；μ为注入流体即的粘度，mPa·s；L为待测岩样6的长度，cm；p₁为供给介质进口端压力，MPa；p₂为供给介质出口端压力，MPa。

高温渗透率测试：①通过介质注入件42注入液体，对待测岩样6施加围压，范围是0～100MPa，通过上堵头21对待测岩样6施加轴压，范围是0～140MPa；②打开加热机构5，对待测岩样6进行加热，加热范围可以为常温～400℃任意温度；③当待测岩样6被加热至设定温度后，通过高压泵32持续注入液体，液体依次流经注注入通道211、密封环24、凹槽61，最后经待测岩样6的下端流出；④观察系统压力以及排出液体流量变化，当系统压力及排出液体流体均稳定后，停止实验，采用公式(1)计算岩样压裂前高温渗透率。

(3)岩样压裂：①通过介质注入件42注入液体，对待测岩样6施加围压，范围是0～100MPa，通过上堵头21对待测岩样6施加轴压，范围是0～140MPa；②打开加热机构5，对待测岩样6进行加热，加热范围可以为常温～400℃任意温度；③当待测岩样6被加热至设定温度后，通过高压泵32持续注入液体，液体依次流经注入通道211、密封环24、凹槽61；④持续通过介质供给机构3注入压裂液体，系统压力持续增加直到岩样破裂，岩样破裂时进口压力表112会有一个大幅度的下降即突降，故以此判断岩样是否破裂，破裂后停止注入。

(4)高温压裂后渗透率测试：①岩样压裂后继续进行继续加热，维持系统温度稳定；②通过高压泵32持续注入液体，液体依次流经注入通道211、密封环24、凹槽61及压裂后的待测岩样6，最后经待测岩样6下端流出；③观察系统压力及排出液体流量变化，当系统压力或排出液体流体均稳定后，停止实验，采用公式(1)计算岩样压裂后的渗透率。

(5)高温压裂后常温渗透率测试：①关闭加热系统，等待岩样降温冷却；②待岩样温度降至室温后，通过高压泵32持续注入液体，液体依次流经注入通道211、密封环24、凹槽61及压裂后的岩样，最后经岩样下端流出；③观察两端压力及排出液体流量变化，当系统压力及排出液体流体均稳定后，停止实验，采用公式(1)计算岩样高温压裂后常温渗透率。

综上，本实施例提供的拟三轴压裂系统，通过设置岩心加持套1可以对待测岩样6进行夹持，并通过围压施力机构3对岩心加持套1施压，使得岩心加持套1传递压力给待测岩样，形成待测岩样6的围压以模拟岩样在地层承受的围压；通过轴压施力机构2的设置可以对待测岩样6提供两端支撑封堵，以使轴压施力机构2和岩心加持套1围设形成封闭腔体，轴压施力机构2还可施加轴压至待测岩样6上，以模拟岩样在地层承受的轴压；通过加热机构5对岩心加持套1进行加热，以使岩心加持套1将热量传递给待测岩样6，模拟岩样在地下的环境温度。该系统可以进行不同种类岩样的任意轴压、围压、温度环境下的渗透率测试、压裂模拟等，可在实验过程中无需拆卸岩样，可实现常/高温原位地应力场下压裂前后岩样渗透率测试实验及流固热化多场耦合条件下的应力敏感实验，解决现有实验装置不能进行高温原位地应力条件下水力压裂后渗透率测试的问题。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种拟三轴压裂系统，其特征在于，包括：

岩心加持套，用于加持待测岩样；

轴压施力机构，至少部分设置在所述岩心加持套内，所述轴压施力机构用于对待测岩样提供两端支撑封堵，以使所述轴压施力机构和所述岩心加持套围设形成封闭腔体，所述轴压施力机构还用于施加轴压至待测岩样上，以模拟岩样在地层承受的轴压；

围压施力机构，套设在所述岩心加持套的外周，用于对所述岩心加持套施压，使得所述岩心加持套传递压力给待测岩样，形成待测岩样的围压以模拟岩样在地层承受的围压；

加热机构，设置在所述岩心加持套的外部，用于对所述岩心加持套进行加热，以使所述岩心加持套将热量传递给待测岩样，模拟岩样在地下的环境温度；

介质供给机构，与所述轴压施力机构相连接，用于向封闭腔体内注入供给介质，在渗透测试状态下供给介质作为渗透介质以进行待测岩样的渗透率测试，在压裂状态下作为压裂介质对待测岩样进行压裂。

2.根据权利要求1所述的拟三轴压裂系统，其特征在于，所述轴压施力机构包括：

上堵头，穿设于所述岩心加持套的顶部开口，用于顶压在所述待测岩样的顶壁上；

下堵头，穿设于所述岩心加持套的底部开口，并且，所述上堵头和所述下堵头中至少一个的部分沿所述岩心加持套的轴向可滑动地设置在岩心加持套内，用于施加轴压至待测岩样；

密封环，设置在所述上堵头位于所述岩心加持套内的端部，用于对所述上堵头和所述待测岩样之间的缝隙进行密封。

3.根据权利要求2所述的拟三轴压裂系统，其特征在于，

所述上堵头和/或所述下堵头位于所述岩心加持套的部分的外周设有密封圈，用于密封所述上堵头与所述岩心加持套之间的缝隙，和/或所述下堵头与所述岩心加持套之间的缝隙。

4.根据权利要求1至3任一项所述的拟三轴压裂系统，其特征在于，所述围压施力机构包括：

围压腔，沿所述岩心加持套的外周设置，用于提供围压介质施压腔体；

介质注入件，与所述围压腔的进入口相连通，用于向所述围压腔内泵入围压介质，以使围压介质施加围压至所述岩心加持套上，使得所述岩心加持套压力传递给待测岩样。

5.根据权利要求4所述的拟三轴压裂系统，其特征在于，所述加热机构包括：

加热介质流动通道，设置在所述围压腔内或所述围压腔的外周，用于对所述围压腔内的围压介质进行加热，并通过围压介质将热量依次传递给所述岩心加持套、待测岩样；

加热介质注入件，与所述加热介质流动通道相连通，以向所述加热介质流动通道内补给或导出加热介质，以使所述加热介质流动通道内的加热介质对所述岩心加持套进行加热。

6.根据权利要求5所述的拟三轴压裂系统，其特征在于，

所述加热介质流动通道为设置在所述围压腔内的加热管结构，并且，所述围压腔的外周设有保温层；或，

所述加热介质流动通道为套设在所述围压腔外周的加热套结构，并且，所述加热套结构为外周设有保温层。

7.根据权利要求1至3任一项所述的拟三轴压裂系统，其特征在于，所述介质供给机构包括：

储液罐，用于存储液体以作为供给介质；

高压泵，与所述储液罐相连接，用于施加压力至所述储液罐内的供给介质上使得供给介质具有预设压力，并使得供给介质输送至封闭腔体内，进行渗透率测试或压裂试验。

8.根据权利要求7所述的拟三轴压裂系统，其特征在于，

所述储液罐为两个，其分别与所述封闭腔体的顶部、所述封闭腔体的底部相连通，用于通过与所述封闭腔体的顶部连通的储液罐正向注入供给介质，或通过与所述封闭腔体的底部连通的储液罐反向注入供给介质；

所述高压泵设有两个动力输出端，并且，所述高压泵的两个动力输出端分别与两个所述储液罐相连通，用于切换供给介质的正向注入和反向注入。

9.根据权利要求7所述的拟三轴压裂系统，其特征在于，

所述高压泵和所述储液罐形成液体注入部，其并联有高压气瓶，用于存储作为供给介质的高压气体，以切换气体或液体注入至封闭腔体内。

10.根据权利要求1至3任一项所述的拟三轴压裂系统，其特征在于，所述密闭腔体的出口处和/或入口处均设有压力表、温度表。

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