CN215979338U - 一种干热岩压裂模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

一种干热岩压裂模拟实验装置，涉及地热能开采领域，本实用新型包括模拟干热岩地层装置、模拟压裂装置，所述模拟干热岩地层装置包括实验装置外壳、实验装置顶盖、底座、超声波发生器、超声波接收器，所述模拟压裂装置包括模拟传输管、模拟压裂管，本新型装置造价低、可根据实际干热岩地层调整其参数、兼顾压裂及裂缝扫描功能，通过人工填砂胶结的方式可以模拟不同的地层参数，通过加热盘、电热膜的协同作用可模拟不同的地层温度，通过超声波发生器、超声波接收器实时获取压裂裂缝参数，从而获得有效的干热岩压裂数据，以此对实际压裂工作提供技术支持，可实现干热岩地层精细化压裂描述，节约了实际压裂工作中大量人力、物力成本。

Description

一种干热岩压裂模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及地热能开采领域，具体涉及一种干热岩压裂模拟实验装置。

背景技术

当前，全球的能源结构正面临着深刻的变革，各国正在试图降低化石燃料的使用比重或开发可再生能源等手段对化石燃料进行升级或部分替代，这是因为以煤炭、石油和天然气为主的传统化石燃料存在如下几项明显的缺点：(1)污染严重，化石燃料燃烧会排放大量的粉尘、SO₂气体、温室气体等，从而容易造成雾霾天气、酸雨及温室效应等，危害人类健康；(2)储量有限，常规化石能源是亿万年前的动植物残骸经历漫长的地质演化形成的，其在短时间内难以再次形成，而当今世界的工业化进程中亟需大规模的能源消耗，因此，寻找替代能源迫在眉睫，大力开发新兴能源，降低对化石燃料的依赖程度，改变现有的能源结构势在必行。

干热岩作为一种极其环保可再生资源，这种绿色资源大量的储藏在地壳中，因此行之有效的开发利用对我国未来的能源结构和降低温室气体等的排放都有极大地帮助和改善。近年来，国家颁布多项政策法规支持我国地热能的开发利用，逐渐明确了地热能作为可再生能源在我国发电与供暖方面的重要地位，我国干热岩资源主要分布在西藏，其次为云南、广东、福建等东南沿海地区。鉴于干热岩型地热能勘查开发难度和技术发展趋势，埋深在5500m以浅的干热岩型地热能将是未来15-30年中国地热能勘查开发研究的重点领域。

因为地质条件的复杂和独特，干热岩的开发技术不具备复制性，在实际干热岩开发过程中，均为一地层一分析一方法的技术路线，因此干热岩储层的压裂模拟分析极为重要，但在实际生产过程中，干热岩地层受到刺激后的岩石储层特征很难被准确的描述，致使设计的开发参数一般难以维持长时间有效的运行，而进行调整时需大量的数据支撑，目前可参考数据的匮乏导致了干热岩开发工作难以高效进行，室内试验是最便捷、成本最低的数据获取方法，但是目前关于干热岩压裂模拟方面的实验装置相对较少，严重制约了干热岩压裂数据的获取，从而导致了干热岩开发难度大、成本高的问题。

因此针对上述问题，本实用新型提出一种干热岩压裂模拟实验装置。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种干热岩压裂模拟实验装置，本新型装置造价低、可根据实际干热岩地层调整其参数、兼顾压裂及裂缝扫描功能，通过人工填砂胶结的方式可以模拟不同的地层参数，通过加热盘、电热膜的协同作用可模拟不同的地层温度，在模拟干热岩压裂作业时，通过超声波发生器、超声波接收器实时获取压裂裂缝参数，从而获得有效的干热岩压裂数据，以此对实际压裂工作提供技术支持，可实现干热岩地层精细化压裂描述，节约了实际压裂工作中大量人力、物力成本。

本实用新型实施例提供一种干热岩压裂模拟实验装置，包括模拟干热岩地层装置、模拟压裂装置。

所述模拟干热岩地层装置包括实验装置外壳、实验装置顶盖、底座、超声波发生器、超声波接收器，所述实验装置外壳为中空圆柱体结构，其顶部与实验装置顶盖螺栓密封连接，所述实验装置外壳外壁布置有保温层，所述实验装置外壳内壁底部布置有加热盘，所述实验装置外壳底部布置有底座，所述实验装置外壳内壁布置有超声波发生器、超声波接收器，所述超声波发生器、超声波接收器对向布置，所述保温层外壁布置有温度传感器，所述温度传感器与传感器接头相连接，所述传感器接头贯穿布置于保温层、实验装置外壳。

所述实验装置顶盖表面布置有模拟压裂口、顶盖密封螺栓孔、供电孔、模拟压裂密封螺栓孔，所述模拟压裂口居中布置于实验装置顶盖表面，所述实验装置顶盖底面布置有电热膜。

所述模拟压裂装置包括模拟传输管、模拟压裂管，所述模拟传输管顶部布置有连接接头，所述模拟传输管外壁布置有环形密封板，所述环形密封板表面布置有模拟压裂装置密封孔，所述模拟传输管底部与模拟压裂管相连接，所述模拟压裂管表面布置有模拟压裂孔，所述模拟压裂管底部布置有底部端盖。

所述实验装置顶盖与实验装置外壳通过顶盖密封螺栓孔螺栓密封连接。

所述模拟压裂装置与实验装置顶盖通过螺栓密封连接，连接时，将模拟压裂密封螺栓孔与模拟压裂装置密封孔重合布置，插入螺栓密封连接。

所述实用新型使用过程中，需配备压力泵、压裂液储罐，使用时在实验装置外壳内部放入石英砂并胶结，通过调整石英砂的粒径、胶结强度、添加氯化钠溶解等方式模拟实际干热岩地层，模拟地层制备完毕后，通过加热盘、电热膜对模拟地层进行加热，加热后使用钻头进行模拟钻井，之后将模拟压裂装置连接压力泵、压裂液储罐，并与实验装置顶盖密封连接，进行模拟压裂作业，压裂后通过超声波发生器、超声波接收器采集压力数据。

所述实验装置外壳、实验装置顶盖材质为不锈钢，使用过程中可根据实际需求调整其规格，所述实验装置外壳为中空圆柱体结构，底部设有底板，顶部为中空结构，其圆柱体顶部布置有螺栓孔并与顶盖密封螺栓孔重合布置，使用时通过螺栓将实验装置外壳、实验装置顶盖密封连接，所述实验装置外壳直径范围为50-100cm，高度范围为30-60cm，所述实验装置顶盖直径范围为50-100cm。

所述保温层材质为石棉。

所述加热盘使用时连接供电电缆，供电电缆贯穿布置于实验装置外壳底部，并可配备功率调节装置。

所述底座底部可配备滑轮，便于实用新型装置移动。

所述超声波发生器、超声波接收器可根据实际使用需求调整其布置数量，使用时配备供电装置及数据分析装置。

所述温度传感器、传感器接头用于实时获取实验装置外壳内部温度参数。

所述模拟压裂口直径可根据实际使用需求进行调整，调整方式为，按实际模拟地层与井筒的比例进行调整。

所述供电孔用于为电热膜供电使用，所述电热膜使用时可配备功率调节装置。

所述模拟传输管、模拟压裂管材质为不锈钢，使用过程中可根据实际需求调整其规格。

所述模拟压裂孔可根据实际需求调整其尺寸、数量。

所述连接接头用于将模拟压裂装置与压力泵相连接。

所述一种干热岩压裂模拟实验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、根据实际需求对实用新型各零部件的规格进行调整，确定具体零件的参数规格。

步骤2、在实验装置外壳内部放入石英砂并胶结，通过调整石英砂的粒径、胶结强度、添加氯化钠溶解等方式模拟实际干热岩地层。

步骤3、模拟地层制备完毕后，通过加热盘、电热膜对模拟地层进行加热，通过温度传感器、传感器接头获取实验装置外壳内部温度数据，当温度达到要求后，调整加热盘、电热膜进行保温。

步骤4、使用钻头进行模拟钻井，之后将模拟压裂装置连接压力泵、压裂液储罐，将模拟压裂装置密封孔与模拟压裂密封螺栓孔重合布置，拧入螺栓进行密封连接。

步骤5、通过压力泵将压裂液泵入模拟传输管、模拟压裂管，通过模拟压裂孔注入，进行模拟压裂作业。

步骤6、压裂后通过超声波发生器、超声波接收器采集压力数据。

本实用新型实施例的一种干热岩压裂模拟实验装置有益效果是：本新型装置造价低、可根据实际干热岩地层调整其参数、兼顾压裂及裂缝扫描功能，通过人工填砂胶结的方式可以模拟不同的地层参数，通过加热盘、电热膜的协同作用可模拟不同的地层温度，在模拟干热岩压裂作业时，通过超声波发生器、超声波接收器实时获取压裂裂缝参数，从而获得有效的干热岩压裂数据，以此对实际压裂工作提供技术支持，可实现干热岩地层精细化压裂描述，节约了实际压裂工作中大量人力、物力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为模拟干热岩地层装置结构示意图。

图2为实验装置顶盖结构示意图。

图3为实验装置顶盖切面示意图。

图4为实验装置外壳切面示意图。

图5为模拟压裂装置结构示意图。

附图标号：1、实验装置外壳2、实验装置顶盖3、保温层4、加热盘5、底座6、超声波发生器7、超声波接收器8、温度传感器9、传感器接头10、模拟压裂口11、顶盖密封螺栓孔12、供电孔13、模拟压裂密封螺栓孔14、电热膜15、模拟传输管16、模拟压裂管17、模拟压裂孔18、底部端盖19、环形密封板20、模拟压裂装置密封孔21、连接接头。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-5所示，本实用新型实施例提供一种干热岩压裂模拟实验装置，包括模拟干热岩地层装置、模拟压裂装置。

所述模拟干热岩地层装置包括实验装置外壳1、实验装置顶盖2、底座5、超声波发生器6、超声波接收器7，所述实验装置外壳1为中空圆柱体结构，其顶部与实验装置顶盖2螺栓密封连接，所述实验装置外壳1外壁布置有保温层3，所述实验装置外壳1内壁底部布置有加热盘4，所述实验装置外壳1底部布置有底座5，所述实验装置外壳1内壁布置有超声波发生器6、超声波接收器7，所述超声波发生器6、超声波接收器7对向布置，所述保温层3外壁布置有温度传感器8，所述温度传感器8与传感器接头9相连接，所述传感器接头9贯穿布置于保温层3、实验装置外壳1。

所述实验装置顶盖2表面布置有模拟压裂口10、顶盖密封螺栓孔11、供电孔12、模拟压裂密封螺栓孔13，所述模拟压裂口10居中布置于实验装置顶盖2表面，所述实验装置顶盖2底面布置有电热膜14。

所述模拟压裂装置包括模拟传输管15、模拟压裂管16，所述模拟传输管15顶部布置有连接接头21，所述模拟传输管15外壁布置有环形密封板19，所述环形密封板19表面布置有模拟压裂装置密封孔20，所述模拟传输管15底部与模拟压裂管16相连接，所述模拟压裂管16表面布置有模拟压裂孔17，所述模拟压裂管16底部布置有底部端盖18。

所述实验装置顶盖2与实验装置外壳1通过顶盖密封螺栓孔11螺栓密封连接。

所述模拟压裂装置与实验装置顶盖2通过螺栓密封连接，连接时，将模拟压裂密封螺栓孔13与模拟压裂装置密封孔20重合布置，插入螺栓密封连接。

所述实用新型使用过程中，需配备压力泵、压裂液储罐，使用时在实验装置外壳1内部放入石英砂并胶结，通过调整石英砂的粒径、胶结强度、添加氯化钠溶解等方式模拟实际干热岩地层，模拟地层制备完毕后，通过加热盘4、电热膜14对模拟地层进行加热，加热后使用钻头进行模拟钻井，之后将模拟压裂装置连接压力泵、压裂液储罐，并与实验装置顶盖2密封连接，进行模拟压裂作业，压裂后通过超声波发生器6、超声波接收器7采集压力数据。

所述实验装置外壳1、实验装置顶盖2材质为不锈钢，使用过程中可根据实际需求调整其规格，所述实验装置外壳1为中空圆柱体结构，底部设有底板，顶部为中空结构，其圆柱体顶部布置有螺栓孔并与顶盖密封螺栓孔11重合布置，使用时通过螺栓将实验装置外壳1、实验装置顶盖2密封连接，所述实验装置外壳1直径范围为50-100cm，高度范围为30-60cm，所述实验装置顶盖2直径范围为50-100cm。

所述保温层3材质为石棉。

所述加热盘4使用时连接供电电缆，供电电缆贯穿布置于实验装置外壳1底部，并可配备功率调节装置。

所述底座5底部可配备滑轮，便于实用新型装置移动。

所述超声波发生器6、超声波接收器7可根据实际使用需求调整其布置数量，使用时配备供电装置及数据分析装置。

所述温度传感器8、传感器接头9用于实时获取实验装置外壳1内部温度参数。

所述模拟压裂口10直径可根据实际使用需求进行调整，调整方式为，按实际模拟地层与井筒的比例进行调整。

所述供电孔12用于为电热膜14供电使用，所述电热膜14使用时可配备功率调节装置。

所述模拟传输管15、模拟压裂管16材质为不锈钢，使用过程中可根据实际需求调整其规格。

所述模拟压裂孔17可根据实际需求调整其尺寸、数量。

所述连接接头21用于将模拟压裂装置与压力泵相连接。

所述一种干热岩压裂模拟实验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、根据实际需求对实用新型各零部件的规格进行调整，确定具体零件的参数规格。

步骤2、在实验装置外壳1内部放入石英砂并胶结，通过调整石英砂的粒径、胶结强度、添加氯化钠溶解等方式模拟实际干热岩地层。

步骤3、模拟地层制备完毕后，通过加热盘4、电热膜14对模拟地层进行加热，通过温度传感器8、传感器接头9获取实验装置外壳1内部温度数据，当温度达到要求后，调整加热盘4、电热膜14进行保温。

步骤4、使用钻头进行模拟钻井，之后将模拟压裂装置连接压力泵、压裂液储罐，将模拟压裂装置密封孔20与模拟压裂密封螺栓孔13重合布置，拧入螺栓进行密封连接。

步骤5、通过压力泵将压裂液泵入模拟传输管15、模拟压裂管16，通过模拟压裂孔17注入，进行模拟压裂作业。

步骤6、压裂后通过超声波发生器6、超声波接收器7采集压力数据。

在一个实施例中，所述实验装置外壳1直径为50cm，高度为30cm，所述实验装置顶盖2直径为50cm，模拟压裂口10直径为3cm，实验装置外壳1内部布置三层石英砂并胶结，最底部石英砂高10cm粒度为200目，中部石英砂粒径10cm粒度为100目，顶部石英砂高10cm粒度为50目，用以模拟韵律型干热岩储藏，实验装置外壳1内部布置有四个超声波发生器6、八个超声波接收器7，如图4所示，一个超声波发生器6配备两个超声波接收器7，且对向布置，使用时通过加热盘4、电热膜14将模拟韵律型干热岩储藏加热至70℃，并进行后续模拟压裂及精细评价作业。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种干热岩压裂模拟实验装置，其特征在于，包括模拟干热岩地层装置、模拟压裂装置；

所述模拟干热岩地层装置包括实验装置外壳(1)、实验装置顶盖(2)、底座(5)、超声波发生器(6)、超声波接收器(7)，所述实验装置外壳(1)为中空圆柱体结构，其顶部与实验装置顶盖(2)螺栓密封连接，所述实验装置外壳(1)外壁布置有保温层(3)，所述实验装置外壳(1)内壁底部布置有加热盘(4)，所述实验装置外壳(1)底部布置有底座(5)，所述实验装置外壳(1)内壁布置有超声波发生器(6)、超声波接收器(7)，所述超声波发生器(6)、超声波接收器(7)对向布置，所述保温层(3)外壁布置有温度传感器(8)，所述温度传感器(8)与传感器接头(9)相连接，所述传感器接头(9)贯穿布置于保温层(3)、实验装置外壳(1)；

所述实验装置顶盖(2)表面布置有模拟压裂口(10)、顶盖密封螺栓孔(11)、供电孔(12)、模拟压裂密封螺栓孔(13)，所述模拟压裂口(10)居中布置于实验装置顶盖(2)表面，所述实验装置顶盖(2)底面布置有电热膜(14)；

所述模拟压裂装置包括模拟传输管(15)、模拟压裂管(16)，所述模拟传输管(15)顶部布置有连接接头(21)，所述模拟传输管(15)外壁布置有环形密封板(19)，所述环形密封板(19)表面布置有模拟压裂装置密封孔(20)，所述模拟传输管(15)底部与模拟压裂管(16)相连接，所述模拟压裂管(16)表面布置有模拟压裂孔(17)，所述模拟压裂管(16)底部布置有底部端盖(18)。

2.根据权利要求1所述的一种干热岩压裂模拟实验装置，其特征在于，所述实验装置外壳(1)、实验装置顶盖(2)材质为不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种干热岩压裂模拟实验装置，其特征在于，所述保温层(3)材质为石棉。

4.根据权利要求1所述的一种干热岩压裂模拟实验装置，其特征在于，所述模拟传输管(15)、模拟压裂管(16)材质为不锈钢。

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