[实用新型]一种围压水力压裂实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种围压水力压裂实验装置。

背景技术

水力致裂技术最早应用在石油工程来提高贫油井的产量，逐渐成为测定深部地层原地应力的最可靠方法之一。在地热资源的开发、核废料的储存等领域也得到了重要应用。因此，水力压裂技术具有重要工业价值和经济效益。

水力压裂中的破裂压力是使地层产生水力裂缝或张开原有裂缝时井底流体压力，而破裂压力梯度是指破裂压力和深度的比值称之为破裂压力梯度，地层破裂压力是确定井下管柱、井下工具、井口装置压力极限的主要依据；根据破裂压力可以确定压裂施工时的最高地面泵压、泵注排量以及需用设备功率。目前地层破裂压力较高，是因为地层地应力大；非均匀性弱，高温高压下塑性强，泊松比大；地层渗透性低；高渗透和非渗透层间的破裂压力差值可达30％以上；地层塑性大，可变形性强，不易压裂。

在水力压裂中，水力裂缝起裂从点源开始，逐步连接成线源缝，井筒周围裂缝起裂可能是多条缝，在裂缝延伸过程中逐步形成一条主缝，地层破裂形成裂缝，首先要克服地应力及岩石的抗张强度。一般来说，岩石的抗张强度比抗压强度低得多，而且由于节理或天然裂缝的作用，在一些地层破裂的模式中，也采用岩石抗张强度为零的假说。裂缝的延伸是指岩石破裂形成裂缝后，在缝内液体压力作用下继续向前扩展的过程，主要研究侧向与垂向上的延伸，它的延伸平面总是垂直于最小主地应力方向，也即沿着最大主地应力方向。地层破裂在近井筒地带形成裂缝的几何形态是较复杂的，也可能是多条缝。随着裂缝的延伸，逐渐形成一条主缝，在天然裂缝发育等条件下，将会出现多裂缝。裂缝的延伸压力是指扩展裂缝所需要的压力，一般低于破裂压力，但有些天然裂缝发育的地层，地层破裂压力并不明显。

在中国专利申请号：201010612685中公开了一种煤岩钻孔水力致裂实验装置,包括样品装置系统、围压系统、致裂系统、封闭系统和监测系统,样品装置系统包括样品缸,样品缸内的底部设有筛筒,筛筒底部设有出水管,筛筒上方的样品缸内盛装有样品,样品内设有模拟钻孔；围压系统包括充气子系统和充水子系统,致裂系统包括致裂高压水泵,致裂高压水泵的出水口通过致裂管路与所述模拟钻孔相连通；封闭系统包括样品缸密封装置和实验缸密封装置；监测系统包括设在样品缸外壁上的声发射传感器。该技术方案可以在实验室进行模拟实验,查明煤矿井下本煤层钻孔水力压裂过程裂缝起裂、扩展、延伸变化规律,了解裂缝延伸方向,进而指导现场压裂,从而大大提高压裂效果。但是，预测得到的裂缝延伸压力往往与实测数值有很大差距，这是由于该技术方案不能对裂缝进行准确定位，也不能进行应力、应变效应的分析，设计模型的一些假设条件，并不一定符合实际的地层条件,所以该实验装置还有待进一步改进。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种能够在不同围压下对不同煤岩样进行注水压破裂模拟实验，并在实验中有效地观察水力裂缝形态和位置的装置，即一种围压水力压裂实验装置。

为了解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种围压水力压裂实验装置，涉及试样，包括围压装置、采集所述试样的事件发生时与事件有关信息的采集装置；所述围压装置包括承压轴、端盖、与所述端盖形成密封空间的腔体、排气阀、第一、第二、第三注水阀、真空泵、压力变送器、水泵、注水管；所述承压轴穿过所述端盖并深入所述腔体中，所述排气阀与所述腔体内部连通，所述注水管一端插入所述试样中，另一端与所述第二注水阀相连，所述第二注水阀的另一端与所述真空泵管道连接，所述压力变送器一端与真空泵管道连接，另一端与所述第一注水阀管道连接，所述第三注水阀与所述腔体内部连通，所述第一注水阀、第三注水阀均与所述水泵管道连接；所述采集装置包括声发射传感器、声音接收器、应力应变片、应力应变仪，所述声发射传感器、应力应变片安装在所述试样表面，所述声发射传感器与所述声音接收器电连接，所述应力应变片与所述应力应变仪电连接。通过利用声发射原理、应力、应变效应，能够较为试样真实的压裂过程，尤其能定位出破裂位置，记录破裂释放出的波形和频率等系列特征，模拟不同围压条件下、不同煤岩样水力压裂的相关参数变化及破裂规律。

优选的，所述注水管为金属管。

优选的，所述金属管为铜管。

优选的，所述水泵为柱塞计量泵；柱塞计量泵的流量可从百分之零到百分之百动态调节；脉冲小，工作平稳。

优选的，所述试样为地层的煤岩试样。

优选的，所述腔体上设有放水阀，便于将腔体内水放掉，从而继续下一组实验，

优选的，所述腔体为透明腔体，便于在腔体外进行观察。