CN105352788B - 一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置及其试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置及其试验方法，装置包括隔膜泵、增压泵和导水钢垫板；隔膜泵的入口端与水源管路连通，隔膜泵出口端与增压泵的出口端管路连通；增压泵的出口端的另一出口通过高压管路与导水钢垫板的导水通道管路连通，导水钢垫板可拆卸的置于压力机中的试件表面，增压泵将增压后的高压液体通过导水通道传送至试件内部。本发明操作简便，可以在较大压力量程范围内，持续、稳定、准确的提供并记录水压。在水压致裂试验中，可以直接将本发明接到单轴、双轴或三轴压力机上对试验试件进行压裂，设备的连接和操作都很简单，水压供给稳定，压力大小可以自行控制，压力数值、变化等记录详细，试验效果良好。

Description

一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置及其试验方法
技术领域
本发明涉及一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置及其试验方法。
背景技术
水压致裂是近几十年发展起来的一种新兴技术，其实质是利用流体传压的特性，将流体注入到多孔介质中，促使裂隙生成并沿一定方向扩展。水压致裂在石油工业中采用以来，对油气田的勘测和开发起到了重要的作用。自1947年美国进行第一次水压致裂以来，从理论研究到现场实践在国内外都取得了较大的发展。水压致裂室内模拟试验是直观认识裂缝起裂和延伸，探索裂缝起裂及扩展机理的重要手段，对实际工程中，更好的发挥水压致裂技术的作用具有十分重要意义。
目前常用的水压致裂设备是大型三轴水压致裂实验***，该***由大型真三轴试验架，水压加载装置，压力板，稳压源，控制器及其他辅助设备构成。该***优点是易于实现三轴围压下的水压致裂。缺点是设备复杂，建设成本高，占用物理空间较大，不易实现水压致裂实验的大量推广。我们发明的水压供给和控制装置，在现有单轴、双轴及三轴压力机的配合下，很容易实现单轴、双轴及三轴围压下的水压致裂实验。目前在国内高校及科研机构中，单轴、双轴及三轴压力机已是大量存在的常规实验装置，配合上我们发明的水压供给和控制装置，可以使水压致裂实验的大面积推广成为现实。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置及其试验方法，该装置可以与已有压力机方便连接，进行水压致裂试验，以解决现有水压致裂实验设备成本过高的问题。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置，包括隔膜泵、增压泵和导水钢垫板；所述隔膜泵的入口端与水源管路连通，隔膜泵出口端与所述增压泵的出口端管路连通；所述增压泵的出口端的另一出口通过高压管路与所述导水钢垫板的导水通道管路连通，所述导水钢垫板可拆卸的置于压力机中的试件表面，所述增压泵将增压后的高压液体通过所述导水通道传送至试件内部。
利用增压泵将水等压裂液加压至高压液体，不仅能满足水压致裂试验对高压水的要求，而且结构简单，可以直接连到单轴、双轴及三轴伺服压力机上，成本低廉，具有广泛的适用范围。
所述增压泵的入口端与空气压缩机的出口端管路连通。
所述隔膜泵的输入端与水箱管路连通。
所述导水钢垫板的横截面与所述试件接触面的尺寸一致。
导水钢垫板的横截面与试件接触面的尺寸一致，可以有效的保证液体加压的密封效果。
所述导水通道在所述导水钢垫板内设有折弯，所述导水通道的入口端偏离所述导水钢垫板中心位置处设定距离，所述导水通道出口端位于所述导水钢垫板的中心位置。
导水钢垫板内导水通道结构的巧妙设计，可以使压力机的压力加载和水压控制装置的水压加载同时工作，既能承受压力机的高压，又解决了传统水压加载装置无法独立于压力机的技术难题。
所述导水钢垫板的上下表面平滑。
所述增压泵所提供的压力范围为0-300MPa。
所述高压管路上设有用以观测并记录水压-时间数据的智能仪表。
所述智能仪表设有用以传输所记录数据的USB接口。
一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置的试验方法，包括以下步骤：
步骤1：将隔膜泵和增压泵的输入端分别与水源和空气压缩机管路连接，将所述隔膜泵的出口端与所述增压泵的出口端管路连接；
步骤2：将导水钢垫板置于试件与压力机的加载端头之间；所述导水钢垫板的导水通道与所述增压泵的出口端管路连接；
步骤3：启动空气压缩机，为所述增压泵提供初始的气体压力，之后启动增压泵和隔膜泵，高压液体的压力大小通过智能仪表显示，所述增压泵将增压后的高压液体通过所述导水通道传送至试件内部，从而实现所述高压液体对试件的致裂加压；所述空气压缩机、增压泵和隔膜泵的开启不分先后顺序。
本发明的有益效果是：
所述的增压泵可以在0-300MPa内，稳定、准确的为设备提供所需压力；隔膜泵可以将水等压裂液提供给增压泵，将水等压裂液变为高压液体；空气压缩机可以提供初始的气体压力；智能仪表可以观测并记录水压-时间数据，数据可以用USB设备导出；高压水管可以传送液体，并连接本水压供给装置和压力机；导水钢垫板内部有导水通道可以将高压液体传到试块内部，垫板上下表面平滑，可以将压力机荷载加载到试件上模拟围压。
本发明可以稳定提供水压，连接到压力机上就可以进行水压致裂试验。因此本发明可以根据实验需要，较为简易、准确的进行水压的供给、控制和记录。
本发明操作简便，可以在较大压力量程范围内，持续、稳定、准确的提供并记录水压。在水压致裂试验中，可以直接将本发明接到单轴、双轴或三轴压力机上对试验试件进行压裂，设备的连接和操作都很简单，水压供给稳定，压力大小可以自行控制，压力数值、变化等记录详细，试验效果良好。
附图说明
图1为本发明装置与压力机共同工作图；
图2为本发明装置示意图；
图3为本发明装置中的导水钢垫板轴测图。
图例说明：1—水箱；2—空气压缩机；3—隔膜泵；4—增压泵；5—智能仪表；6—高压导管；7—导水钢垫板；8—岩样；9—压力机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1-图3所示，该水压供给和控制装置优选施例包括水箱1，空气压缩机2，隔膜泵3，增压泵4，智能仪表5，高压导管6，导水钢垫板7。水箱1与设备主体连接，提供水等压裂液，空气压缩机2在设备主体的外部，是本***的气源装置，隔膜泵3及增压泵4位于设备主体的内部，智能仪表5在设备表面，高压导管6将各设备连接，导水钢垫板7的作用是将压力机的轴向加载传递给试块，同时使高压液体通过垫板内部的导水通道进入试验试件内部实现水压致裂。
在将本优选实施例应用于水压致裂实验时，将水箱1和空气压缩机2分别外接到隔膜泵3和增压泵4中，高压导管6一端连接着设备主体，一端连接导水钢垫板7，导水钢垫板7放置在岩样8与压力机9的加载端头之间。调整开关，空气压缩机2作为压缩空气的气压发生装置，提供初始的气体压力，此气体压力通过高压导管6传送到增压泵4中，打开增压泵4，增大此气体压力，同时推动隔膜泵3提供的水等压裂液，水压大小通过智能仪表5测量并显示，导水钢垫板7内有通孔，通孔一端与高压导管6连接，另一端与水压致裂试验岩样8孔连接，可以使压裂液顺利进入试件内部，实现用压裂液将试块压裂并促使裂隙扩展，以研究水力裂缝起裂、扩展规律及机理。导水钢垫板7上下表面光滑，可以将压力机9的竖向荷载传递到试块表面以模拟竖向围压，若需要模拟其他两向围压时，再在其他两个轴向施加压力机的轴向加载即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置，其特征在于：包括隔膜泵、增压泵和导水钢垫板；所述隔膜泵的入口端与水源管路连通，隔膜泵出口端与所述增压泵的出口端管路连通；所述增压泵的出口端的另一出口通过高压管路与所述导水钢垫板的导水通道管路连通，所述导水钢垫板可拆卸的置于压力机中的试件表面，所述增压泵将增压后的高压液体通过所述导水通道传送至试件内部；
所述导水通道在所述导水钢垫板内设有折弯，所述导水通道的入口端偏离所述导水钢垫板中心位置处设定距离，所述导水通道出口端位于所述导水钢垫板的中心位置；
所述增压泵的入口端与空气压缩机的出口端管路连通；
所述隔膜泵的输入端与水箱管路连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置，其特征在于：所述导水钢垫板的横截面与所述试件接触面的尺寸一致。
3.根据权利要求1所述的一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置，其特征在于：所述导水钢垫板的上下表面平滑。
4.根据权利要求1所述的一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置，其特征在于：所述增压泵所提供的压力范围为0-300MPa。
5.根据权利要求1所述的一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置，其特征在于：所述高压管路上设有用以观测并记录水压-时间数据的智能仪表。
6.根据权利要求5所述的一种用于水压致裂实验的水压供给控制装置，其特征在于：所述智能仪表设有用以传输所记录数据的USB接口。
7.根据权利要求1-6任一所述的用于水压致裂实验的水压供给控制装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将隔膜泵和增压泵的输入端分别与水源和空气压缩机管路连接，将所述隔膜泵的出口端与所述增压泵的出口端管路连接；
步骤2：将导水钢垫板置于试件与压力机的加载端头之间；所述导水钢垫板的导水通道与所述增压泵的出口端管路连接；
步骤3：启动空气压缩机，为所述增压泵提供初始的气体压力，启动增压泵和隔膜泵，高压液体的压力大小通过智能仪表显示，所述增压泵将增压后的高压液体通过所述导水通道传送至试件内部，从而实现所述高压液体对试件的致裂加压；所述空气压缩机、增压泵和隔膜泵的开启不分先后顺序。
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