CN209327131U - 一种煤岩三轴破坏测试实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种煤岩三轴破坏测试实验装置，包括底座、设置在所述底座上的加载支架和加热装置、测试容器、顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构、围压泵；所述测试容器设置在所述加热装置上，所述顶部加载机构设置在所述加载支架上，且位于所述测试容器的正上方；所述左侧加载机构、右侧加载机构均设置在所述底座，并分别位于所述测试容器的左、右两侧；所述测试腔通过管线与所述围压泵连通，所述测试容器侧面设有用于放置煤层岩样的侧门。本实用新型原理可靠，操作简便，可以模拟地层下温度与压力来测试煤层的力学参数。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种煤岩三轴破坏测试实验装置，属于石油天然气勘探开发技术领域。
背景技术
随着石油天然气勘探开发的不断深入，常规油气藏已不能满足石油钻探的需求，致使煤层气受到更多的重视和关注。但是在煤层钻井过程中，煤层井壁失稳情况非常严重，煤层井眼本身易发生井壁垮塌或井壁破裂，从而进一步增加钻井过程中的井下复杂情况，延误工程进度，甚至造成严重的经济损失。近年来随着油气勘探开发的进一步发展，在钻井过程中，因煤层不稳定导致井漏、垮塌和钻具卡埋等井下复杂事故多发，严重制约油气资源的经济高效钻探。为有效解决煤系地层井壁失稳和由此引发的井下复杂问题，需要通过岩石力学实验测试，明确了煤层的失稳机理；再次，建立煤岩地层坍塌预测三维离散元仿真模型，确定了煤层的坍塌压力、开展了井眼轨迹优化设计；最后，基于仿真模型，开展了封堵煤岩的材料优选、钻井液性能优化和现场应用，而现有的岩石力学实验测试装置结构较复杂，且没法模拟地层下温度与压力来测试煤层的力学参数。
实用新型内容
本实用新型主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种煤岩三轴破坏测试实验装置，本实用新型原理可靠，操作简便，可以模拟地层下温度与压力来测试煤层的力学参数。
本实用新型解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种煤岩三轴破坏测试实验装置，包括底座、设置在所述底座上的加载支架和加热装置、测试容器、顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构、围压泵；
所述测试容器设置在所述加热装置上，所述顶部加载机构设置在所述加载支架上，且位于所述测试容器的正上方；所述左侧加载机构、右侧加载机构均设置在所述底座，并分别位于所述测试容器的左、右两侧；
所述测试容器内具有测试腔、竖直加载通道、左侧加载通道、右侧加载通道，所述竖直加载通道、左侧加载通道、右侧加载通道内分别设有可滑动的竖直加载杆、左侧加载杆、右侧加载杆；所述竖直加载杆、左侧加载杆、右侧加载杆分别与顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构连接；所述测试腔通过管线与所述围压泵连通，所述测试容器侧面设有用于放置煤层岩样的侧门。
进一步的技术方案是，所述顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构分别为液压作动器。
进一步的技术方案是，所述测试容器上设有可测量测试腔温度的温度传感器。
进一步的技术方案是，所述测试容器上设有可测量测试腔压力的压力传感器。
进一步的技术方案是，所述竖直加载杆与竖直加载通道之间、左侧加载杆与左侧加载通道之间、右侧加载杆与右侧加载通道之间均为间隙配合。
进一步的技术方案是，所述顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构上均设有加载压力传感器。
进一步的技术方案是，本装置还包括加载控制***，所述加载控制***分别与加载压力传感器、温度传感器、压力传感器电连接。
本实用新型的有益效果：本实用新型原理可靠，操作简便，可以模拟地层下温度与压力来测试煤层的力学参数。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型做更进一步的说明。
如图1所示，本实用新型的一种煤岩三轴破坏测试实验装置，包括底座1、设置在所述底座1上的加载支架2和加热装置3、测试容器4、顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7、围压泵8；
所述测试容器4设置在所述加热装置3上，所述顶部加载机构5设置在所述加载支架2上，且位于所述测试容器4的正上方；所述左侧加载机构6、右侧加载机构7均设置在所述底座1，并分别位于所述测试容器4的左、右两侧；
所述测试容器4内具有测试腔41、竖直加载通道42、左侧加载通道43、右侧加载通道44，所述竖直加载通道42、左侧加载通道43、右侧加载通道44内分别设有可滑动的竖直加载杆45、左侧加载杆46、右侧加载杆47；所述竖直加载杆45、左侧加载杆46、右侧加载杆47分别与顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7连接；所述测试腔4通过管线与所述围压泵8连通，所述测试容器4侧面设有用于放置煤层岩样的侧门，所述测试容器4上设有可测量测试腔41温度的温度传感器10，所述测试容器4上设有可测量测试腔41压力的压力传感器9。
本实施例的工作流程为：先采集煤层的岩样，并且该煤层的地下应力与温度；然后打开测试容器4的侧门，将制备好的岩样放入测试容器4内并关闭侧面；再通过加热装置3对测试容器4进行加热，通过温度传感器监测测试容器4内的温度，当测试容器4内的温度升到地层温度时停止加热；同时通过围压泵8对测试容器4内进行加压，加到地层压力后停止加压；
再同时顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7加载三轴压力，其中顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7分别带动竖直加载杆45、左侧加载杆46、右侧加载杆47在竖直加载通道42、左侧加载通道43、右侧加载通道44内滑动，最后竖直加载杆45、左侧加载杆46、右侧加载杆47对岩样进行加载压力，最后煤岩的破坏强度。即
测量煤岩三轴应力下的破坏强度，随后根据所测得的岩石力学参数和井壁稳定仿真模型，对煤岩地层井壁稳定进行仿真模拟，得出坍塌压力值，并可根据仿真模型进行钻井液的封堵材料优选和性能优化。
本实施例中，顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7作为加载机构可为多种伸缩加压结构，其中优选的实施方式是，所述顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7分别为液压作动器。
其中为了数据的检测，优选的是，所述顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7上均设有加载压力传感器，本装置还包括加载控制***，所述加载控制***分别与加载压力传感器、温度传感器10、压力传感器9电连接。
加载杆与加载通道之间具有三种配合方式，分别为间隙配合、过渡配合、过盈配合，其中为了使得加载杆上加载的应力与检测到的加载应力相符合，因此，优选的实施方式是，所述竖直加载杆45与竖直加载通道42之间、左侧加载杆46与左侧加载通道43之间、右侧加载杆47与右侧加载通道44之间均为间隙配合。
准备好现场取样的岩心，放入本实施例中，设定岩样所属地层的温度、地应力大小值，随后开启整个***，测得煤岩本体强度大小和割理面的破坏强度值。随后将数据采集入控制分析电脑，将地应力参数、岩石力学强度参数输入所建仿真模型，开始三维离散元仿真。
借助于三维离散元仿真***，设定岩石的的本构模型(线弹性模型、弹/塑性摩尔库伦破坏、各项异性弹性)、节理本构模型(库伦滑移破坏下的区域接触弹/塑性模型，连续屈服节理模型、弹性节理模型)；对于钻井液，经过流变参数测试仪，选择合适的流变模型(幂律流体，屈服幂律流体，宾汉流体等)，对钻井液中的封堵材料赋予合适的大小，建立煤层井壁稳定仿真模型，能直观地展示井周围岩破坏情况、井壁失稳情况、钻井液侵入割理情况。
以上所述，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种煤岩三轴破坏测试实验装置，其特征在于，包括底座(1)、设置在所述底座(1)上的加载支架(2)和加热装置(3)、测试容器(4)、顶部加载机构(5)、左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)、围压泵(8)；
所述测试容器(4)设置在所述加热装置(3)上，所述顶部加载机构(5)设置在所述加载支架(2)上，且位于所述测试容器(4)的正上方；所述左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)均设置在所述底座(1)，并分别位于所述测试容器(4)的左、右两侧；
所述测试容器(4)内具有测试腔(41)、竖直加载通道(42)、左侧加载通道(43)、右侧加载通道(44)，所述竖直加载通道(42)、左侧加载通道(43)、右侧加载通道(44)内分别设有可滑动的竖直加载杆(45)、左侧加载杆(46)、右侧加载杆(47)；所述竖直加载杆(45)、左侧加载杆(46)、右侧加载杆(47)分别与顶部加载机构(5)、左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)连接；所述测试腔(41)通过管线与所述围压泵(8)连通，所述测试容器(4)侧面设有用于放置煤层岩样的侧门。
2.根据权利要求1所述的一种煤岩三轴破坏测试实验装置，其特征在于，所述顶部加载机构(5)、左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)分别为液压作动器。
3.根据权利要求2所述的一种煤岩三轴破坏测试实验装置，其特征在于，所述测试容器(4)上设有可测量测试腔(41)温度的温度传感器(10)。
4.根据权利要求2所述的一种煤岩三轴破坏测试实验装置，其特征在于，所述测试容器(4)上设有可测量测试腔(41)压力的压力传感器(9)。
5.根据权利要求1所述的一种煤岩三轴破坏测试实验装置，其特征在于，所述竖直加载杆(45)与竖直加载通道(42)之间、左侧加载杆(46)与左侧加载通道(43)之间、右侧加载杆(47)与右侧加载通道(44)之间均为间隙配合。
6.根据权利要求1或3所述的一种煤岩三轴破坏测试实验装置，其特征在于，所述顶部加载机构(5)、左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)上均设有加载压力传感器。
7.根据权利要求6所述的一种煤岩三轴破坏测试实验装置，其特征在于，本装置还包括加载控制***，所述加载控制***分别与加载压力传感器、温度传感器、压力传感器电连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920937239.XU CN209327131U (zh) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | 一种煤岩三轴破坏测试实验装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201920937239.XU CN209327131U (zh) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | 一种煤岩三轴破坏测试实验装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209327131U true CN209327131U (zh) | 2019-08-30 |
Family
ID=67733365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201920937239.XU Active CN209327131U (zh) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | 一种煤岩三轴破坏测试实验装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN209327131U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114564778A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-05-31 | 西南石油大学 | 一种裂缝性地层计算安全钻井密度的方法 |
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2019
- 2019-06-20 CN CN201920937239.XU patent/CN209327131U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114564778A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-05-31 | 西南石油大学 | 一种裂缝性地层计算安全钻井密度的方法 |
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