CN107421817A - 一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，立柱包括两根立柱，横梁与立柱通过第二定位螺钉固定，第二定位螺钉包括沿着立柱对称设置的十二个螺钉；立柱通过设置于其底部的螺纹与基座上设置的螺孔连接；岩芯夹持器盖板与岩芯夹持器底座通过螺纹连接；岩芯夹持器底座与基座通过第三定位螺钉和第四定位螺钉固定连接；伺服电机下方设有第一导向杆，第一导向杆下方依次设置压力传感器和第二导向杆，其中横梁和防坠卡瓦通过键槽连接，第一导向杆和第二导向杆与压力传感器通过键槽连接。本发明可实现模拟地层上覆岩层压力、围压以及温度环境下岩石各方位可压性的测试，同时为压裂工程设计中最佳破裂方位的优化提供指导。

Description

一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置

技术领域

本发明属于油气田开发领域，涉及一种压裂增产实验设备，特别是一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置。

背景技术

随着油气田开发的深入和技术的累积，对于进入开发中后期的油气田以及新近开发的油气田越来越多地采用压裂技术进行储层增产改造，压裂技术已经成为油气田提高采收率的主要技术手段之一。而地层可压性是评价地层是否适合采用压裂技术进行增产改造的评价指标之一，岩石在压裂过程中各方位声发射现象的活跃程度能够直观地反映地层岩石各方位的可压性。

目前，在地层可压性的评价中，岩石力学性能是其主要考虑的对象，在岩石力学性能评价方面，声发射测试装置是常用的测试仪器，利用声发射测试装置评价地层可压性需要克服三个方面的问题：一是，需要模拟地层上覆岩层压力、围压以及温度；二是，需要实现声发射测试探头与岩石壁面的紧密接触，从而有效地减少信号衰减；三是，需要实现直角坐标系下声发射的测试，为压裂工程设计中最佳破裂方位的优化提供指导。

要实现上述功能的声发射测试装置，需要达到如下要求：能够模拟地层上覆岩层压力、围压以及温度环境，同时能实现压裂过程中岩石各方位声发射活动的准确测试。就可以准确地评价压裂过程中地层岩石各方位的可压性，同时为压裂工程设计中最佳破裂方位的优化提供指导，将产生巨大的经济效益。但目前市面上存在的声发射测试装置，基本都是单一的方向进行测试，无法满足上述要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，可实现模拟地层上覆岩层压力、围压以及温度环境下岩石各方位可压性的测试，同时为压裂工程设计中最佳破裂方位的优化提供指导。

本发明的技术方案如下：

一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，包括伺服电机、立柱、横梁、岩芯夹持器盖板、岩芯夹持器底座、基座，所述伺服电机通过竖直向下安装的第一定位螺钉固定连接在横梁上，第一定位螺钉包括两个螺钉，沿着伺服电机对称设置；所述立柱包括两根立柱，所述横梁与立柱通过第二定位螺钉固定，第二定位螺钉包括沿着立柱对称设置的十二个螺钉；所述立柱通过设置于其底部的螺纹与基座上设置的螺孔连接；所述岩芯夹持器盖板与岩芯夹持器底座通过螺纹连接；所述岩芯夹持器底座与基座通过第三定位螺钉和第四定位螺钉固定连接；所述伺服电机下方设有第一导向杆，第一导向杆纵向向下穿过横梁和设置于横梁下方的防坠卡瓦(横梁和防坠卡瓦上设有贯穿孔，供第一导向杆穿过)，并在第一导向杆下方依次设置压力传感器和第二导向杆，其中横梁和防坠卡瓦通过键槽连接，第一导向杆和第二导向杆与压力传感器通过键槽连接；

所述压力传感器设有第一外部数据接口用于传递轴向载荷数据；

所述第二导向杆设有第一液压接口和第一流道，第二导向杆下部端面镶嵌第一密封环，实现第二导向杆与岩样盖板垂向密封接触；

所述第一液压接口设有导流管、垫片、第五定位螺钉，其中第五定位螺钉包括对称设置的四个螺钉；

所述岩芯夹持器盖板设有第二密封环包括两组密封环，实现第二导向杆与岩芯夹持器盖板本体的动密封接触；

所述岩芯夹持器底座中部为压力腔室，上部设有第三密封环，上部右侧设有第二液压接口、第二流道、第二外部数据接口，中部沿圆周方向依次设有侧向声发射探测机构、正向声发射探测机构、第三外部数据接口、第四密封环，下部一侧设有第五密封环，第五密封环对面设有第三流道，第三流道的末端为第三液压接口，下部的中心位置设有垂向声发射探测机构，垂向声发射探测机构下方设有连接到岩芯夹持器底座侧面外部的第一线路导孔，第一线路导孔末端为第四外部数据接口。

进一步的，所述侧向声发射探测机构设有第一声发射探头、第一弹簧、第二锥形防漏胶芯、第五外部数据接口、第二导线，所述第一声发射探头涂抹真空脂后在第一弹簧作用下直接与岩芯壁面紧密接触，通过第四密封环与岩芯夹持器底座本体密封接触，并由第二导线传输侧向声发射数据。

进一步的，所述垂向声发射探测机构通过内置于第一线路导孔的第三导线经第四外部数据接口向外传输垂向声发射数据，其中，第四外部数据接口内置有第二锥形防漏胶芯。

进一步的，所述压力腔室内置有岩芯和加热带，所述岩芯为正方体，岩芯上部钻有中心孔至中心位置，且中心孔正对与第一流道，岩芯下部通过第五密封环实现定位，电能通过第三外部数据接口经第四导线传输给加热带，实现压力腔室内液压油加热。

进一步的，所述第二流道内置温度传感器，温度传感器通过置于第二外部数据接口的第一导线向温度显示器传输温度数据，其中，第二外部数据接口内置有第一锥形防漏胶芯，第二流道内压力越大则第一锥形防漏胶芯密封越紧密。

进一步的，所述第三密封环镶嵌于岩芯夹持器底座上部，实现岩样盖板与岩芯夹持器底座本体的动密封接触。

一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，其工作原理如下：

实验时，打开岩芯夹持器盖板将岩芯置于压力腔室内，通过第五密封环实现定位，放置岩样盖板于岩芯正上方并关闭岩芯夹持器盖板，通过伺服电机施加轴向载荷至模拟地层上覆岩层压力，打开第二液压接口和第三液压接口，通过第三液压接口注入液压油，直至液压油从第二液压接口渗出，关闭第二液压接口，从第三液压接口施加压力至模拟地层围压并关闭第三液压接口，经第四导线传输电能给加热带加热压力腔室内液压油，观察温度显示器数值至模拟地层温度后停止加热，压裂液从第一液压接口注入，经第一流道进入中心孔，按照设计泵注压力和排量注入压裂液，通过侧向声发射探测机构、正向声发射探测机构、垂向声发射探测机构获取各方位声发射活动的数据。

本发明的有益效果是：

1、能够模拟地层上覆岩层压力、围压以及温度，实现声发射测试探头与岩石壁面的直接紧密接触，有效地减少信号衰减；

2、能够获得直角坐标系下三个方向的声发射活动数据，以此准确评价地层岩石可压性，为压裂工程设计中最佳破裂方位的优化提供指导；

3、采用锥形防漏胶芯进行密封处理，简化了密封结构，到达了压力腔室内压力越高则密封性能越好的良好效果；

4、本发明的装置结构紧凑，排布合理，集成化程度高，便于组装连接，提高使用时的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图主视图；

图2为本发明的岩芯夹持器结构示意图细节图；

图3为本发明的第一液压接口局部放大示意图；

图4为本发明的侧向声发射探测机构局部放大示意图；

图5为本发明的第二外部数据接口局部放大示意图；

图6为本发明的第四外部数据接口局部放大示意图。

图中所示：

1为伺服电机、2为立柱、3为第一定位螺钉、4为横梁、5为第二定位螺钉、6为防坠卡瓦、7为第一导向杆、8为压力传感器、9为第一外部数据接口、10为第二导向杆、11为第一液压接口、12为岩芯夹持器盖板、13为岩芯夹持器底座、14为第三定位螺钉、15为第四定位螺钉、16为基座、17为第二液压接口、18为侧向声发射探测机构、19为第四外部数据接口、20为正向声发射探测机构、21为通过第三液压接口、22为垂向声发射探测机构、23 为第二密封环、24为第一流道、25为第一密封环、26为岩样盖板、27为第三密封环、28为岩芯、29为压力腔室、30为第三流道、31为第二流道、32为第五密封环、33为第一线路导孔、34为第三导线、35为导流管、36为垫片、37为第五定位螺钉、38为第一声发射探头、 39为第四密封环、40为第一弹簧、41为第五外部数据接口、42为第二锥形防漏胶芯、43为第二导线、44为中心孔、45为第二锥形防漏胶芯、46为第二外部数据接口、47为温度显示器、48为加热带、49为第三外部数据接口、50为第四导线、51为第一导线、52为第一锥形防漏胶芯、53为温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，为本发明提供的一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，包括伺服电机1、立柱2、横梁4、岩芯夹持器盖板12、岩芯夹持器底座13、基座16组成，所述伺服电机1与横梁4通过第一定位螺钉3固定连接，其中第一定位螺钉3包括对称设置的两个螺钉；所述横梁4与立柱2通过第二定位螺钉5固定，其中立柱2包括对称设置的两根立柱，第二定位螺钉5包括对称设置的十二个螺钉；所述立柱2与基座16通过螺纹连接；所述岩芯夹持器盖板12与岩芯夹持器底座13通过螺纹连接；所述岩芯夹持器底座13与基座16通过第三定位螺钉14和第四定位螺钉15固定连接；所述伺服电机1下方设有第一导向杆7，第一导向杆7穿过横梁4和防坠卡瓦6中心圆孔，经压力传感器8作用于第二导向杆10，其中横梁4和防坠卡瓦6为键槽连接，第一导向杆7和第二导向杆10与压力传感器8为键槽连接。

所述压力传感器8设有第一外部数据接口9用于传递轴向载荷数据。

所述第二导向杆10设有第一液压接口11和第一流道24，第二导向杆10下部端面镶嵌第一密封环25，实现第二导向杆10与岩样盖板26垂向密封接触。

如图2所示，所述第一液压接口11设有导流管35、垫片36、第五定位螺钉37，其中第五定位螺钉37包括对称设置的四个螺钉。

所述岩芯夹持器盖板12设有第二密封环23包括两组密封环，实现第二导向杆(10)与岩芯夹持器盖板12本体的动密封接触。

如图2和4所示，所述岩芯夹持器底座13中部为压力腔室29，上部设有第三密封环27，上部右侧设有第二液压接口17、第二流道31、第二外部数据接口46，中部设有侧向声发射探测机构18、正向声发射探测机构20、第三外部数据接口49、第四密封环39，下部设有第五密封环32、第三液压接口21、第三流道30、垂向声发射探测机构22、第一线路导孔33、第四外部数据接口19。

所述第三密封环27镶嵌于岩芯夹持器底座13上部，可以实现岩样盖板26与岩芯夹持器底座13本体的动密封接触。

如图5所示，所述第二流道31内置温度传感器53，温度传感器53通过置于第二外部数据接口46的第一导线51向温度显示器47传输温度数据，其中第二外部数据接口46内置有第一锥形防漏胶芯52，第二流道31内压力越大则第一锥形防漏胶芯52密封越紧密。

如图4所示，所述侧向声发射探测机构18设有第一声发射探头38、第一弹簧40、第二锥形防漏胶芯42、第五外部数据接口41、第二导线43，所述第一声发射探头38涂抹真空脂后在第一弹簧40作用下直接与岩芯28壁面紧密接触，通过第四密封环39与岩芯夹持器底座13本体密封接触，并由第二导线43传输侧向声发射数据。

所述垂向声发射探测机构22通过内置于第一线路导孔33的第三导线34经第四外部数据接口19向外传输垂向声发射数据，其中第四外部数据接口19内置有第二锥形防漏胶芯45。

如图2所示，所述压力腔室29内置有岩芯28和加热带48，其中岩芯28为正方体，岩芯28上部钻有中心孔44至中心位置，且中心孔44与第一流道24正对，下部通过第五密封环32实现定位，电能通过第三外部数据接口49经第四导线50传输给加热带48，实现压力腔室29内液压油加热。

本发明的实施步骤如下：

开展实验时，打开岩芯夹持器盖板12将岩芯置于压力腔室29内，通过第五密封环32实现定位，放置岩样盖板26于岩芯28正上方并关闭岩芯夹持器盖板12，通过伺服电机1施加轴向载荷至模拟地层上覆岩层压力，打开第二液压接口17和第三液压接口21，通过第三液压接口21注入液压油，直至液压油从第二液压接口17渗出，关闭第二液压接口17，从第三液压接口21施加压力至模拟地层围压并关闭第三液压接口21，经第四导线50传输电能给加热带48加热压力腔室29内液压油，观察温度显示器47数值至模拟地层温度后停止加热，压裂液从第一液压接口11注入，经第一流道24进入中心孔44，按照设计泵注压力和排量注入压裂液，通过侧向声发射探测机构18、正向声发射探测机构20、垂向声发射探测机构22获取各方位声发射活动的数据。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，包括伺服电机(1)、立柱(2)、横梁(4)、岩芯夹持器盖板(12)、岩芯夹持器底座(13)、基座(16)，其特征在于，所述伺服电机(1)通过竖直向下安装的第一定位螺钉(3)固定连接在横梁(4)上，第一定位螺钉(3)包括两个螺钉，沿着伺服电机(1)对称设置；所述立柱(2)包括两根立柱，所述横梁(4)与立柱(2)通过第二定位螺钉(5)固定，第二定位螺钉(5)包括沿着立柱(2)对称设置的十二个螺钉；所述立柱(2)通过设置于其底部的螺纹与基座(16)上设置的螺孔连接；所述岩芯夹持器盖板(12)与岩芯夹持器底座(13)通过螺纹连接；所述岩芯夹持器底座(13)与基座(16)通过第三定位螺钉(14)和第四定位螺钉(15)固定连接；所述伺服电机(1)下方设有第一导向杆(7)，第一导向杆(7)纵向向下穿过横梁(4)和设置于横梁下方的防坠卡瓦(6)，并在第一导向杆(7)下方依次设置压力传感器(8)和第二导向杆(10)，其中横梁(4)和防坠卡瓦(6)通过键槽连接，第一导向杆(7)和第二导向杆(10)与压力传感器(8)通过键槽连接；

所述压力传感器(8)设有第一外部数据接口(9)用于传递轴向载荷数据；

所述第二导向杆(10)设有第一液压接口(11)和第一流道(24)，第二导向杆(10)下部端面镶嵌第一密封环(25)，实现第二导向杆(10)与岩样盖板(26)垂向密封接触；

所述第一液压接口(11)设有导流管(35)、垫片(36)、第五定位螺钉(37)，其中第五定位螺钉(37)包括对称设置的四个螺钉；

所述岩芯夹持器盖板(12)设有第二密封环(23)包括两组密封环，实现第二导向杆(10)与岩芯夹持器盖板(12)本体的动密封接触；

所述岩芯夹持器底座(13)中部为压力腔室(29)，上部设有第三密封环(27)，上部右侧设有第二液压接口(17)、第二流道(31)、第二外部数据接口(46)，中部沿圆周方向依次设有侧向声发射探测机构(18)、正向声发射探测机构(20)、第三外部数据接口(49)、第四密封环(39)，下部一侧设有第五密封环(32)，第五密封环(32)对面设有第三流道(30)，第三流道(30)的末端为第三液压接口(21)，下部的中心位置设有垂向声发射探测机构(22)，垂向声发射探测机构(22)下方设有连接到岩芯夹持器底座(13)侧面外部的第一线路导孔(33)，第一线路导孔(33)末端为第四外部数据接口(19)。

2.根据权利要求1所述的一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，其特征在于，所述侧向声发射探测机构(18)设有第一声发射探头(38)、第一弹簧(40)、第二锥形防漏胶芯(42)、第五外部数据接口(41)、第二导线(43)，所述第一声发射探头(38)涂抹真空脂后在第一弹簧(40)作用下直接与岩芯(28)壁面紧密接触，通过第四密封环(39)与岩芯夹持器底座(13)本体密封接触，并由第二导线(43)传输侧向声发射数据。

3.根据权利要求2所述的一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，其特征在于，所述垂向声发射探测机构(22)通过内置于第一线路导孔(33)的第三导线(34)经第四外部数据接口(19)向外传输垂向声发射数据，其中，第四外部数据接口(19)内置有第二锥形防漏胶芯(45)。

4.根据权利要求3所述的一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，其特征在于，所述压力腔室(29)内置有岩芯(28)和加热带(48)，所述岩芯(28)为正方体，岩芯(28)上部钻有中心孔(44)至中心位置，且中心孔(44)正对与第一流道(24)，岩芯(28)下部通过第五密封环(32)实现定位，电能通过第三外部数据接口(49)经第四导线(50)传输给加热带(48)，实现压力腔室(29)内液压油加热。

5.根据权利要求4所述的一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，其特征在于，所述第二流道(31)内置温度传感器(53)，温度传感器(53)通过置于第二外部数据接口(46)的第一导线(51)向温度显示器(47)传输温度数据，其中，第二外部数据接口(46)内置有第一锥形防漏胶芯(52)，第二流道(31)内压力越大则第一锥形防漏胶芯(52)密封越紧密。

6.根据权利要求5所述的一种测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置，其特征在于，所述第三密封环(27)镶嵌于岩芯夹持器底座(13)上部，实现岩样盖板(26)与岩芯夹持器底座(13)本体的动密封接触。

7.一种采用如权利要求6所述的测试模拟压裂过程中岩石可压性的评价装置的评价方法，其特征在于，步骤如下：

S1、实验时，打开岩芯夹持器盖板(12)，将岩芯(28)置于压力腔室(29)内，通过第五密封环(32)实现定位，放置岩样盖板(26)于岩芯(28)正上方，并关闭岩芯夹持器盖板(12)；

S2、通过伺服电机(1)施加轴向载荷至模拟地层的上覆岩层压力，打开第二液压接口(17)和第三液压接口(21)，通过第三液压接口(21)注入液压油，直至液压油从第二液压接口(17)渗出，关闭第二液压接口(17)，从第三液压接口(21)施加压力至模拟地层围压，并关闭第三液压接口(21)，经第四导线(50)传输电能给加热带(48)，以此加热压力腔室(29)内的液压油，观察温度显示器(47)数值至模拟地层温度后停止加热；

S3、压裂液从第一液压接口(11)注入，经第一流道(24)进入中心孔(44)，按照设计泵注压力和排量注入压裂液，通过侧向声发射探测机构(18)、正向声发射探测机构(20)、垂向声发射探测机构(22)获取各方位声发射活动的数据。