[实用新型]用于油页岩真三轴水力压裂模拟实验试块的钻孔制作装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及油页岩水力压裂研究领域，特别涉及一种油页岩真三轴水力压裂模拟实验装置及实验方法

背景技术

进入21世纪以来，各国对石油资源的需求急剧增大，然而随着各地油田的老化与多年的开采，传统的油气资源已经难以满足经济发展的需求，油页岩作为一种新兴的接替资源，其开采与利用已成为现今研究与关注的热点。

现有的油页岩开采技术大致分为地面干馏技术与原位开采技术两种，其中原位开采技术对环境的污染小，但仍然存在开采成本高，开采周期长等缺点，通过水力压裂技术人工造缝提高油页岩渗透性可以有效的改善目前的原位开采技术现状，水力压裂技术作为页岩气开发的核心技术之一，现已广泛应用在页岩气井的增产作业中。

现有专利文件CN104330310A与CN204128905U中，公开了一种油页岩水力压裂模拟实验系统及实验样品的制作方法，该水力压裂实验模拟系统是由水力压裂加压及数据采集部分和实验样品三轴加压部分组成；能够利用真实的油页岩试块来测试油页岩在不同地应力情况下以及不同射孔条件下的裂缝起裂压力及裂缝扩展情况；即可以利用真实的油页岩试块进行实验,还可以利用真三轴施压实验台将三个方向上的应力充分传递到油页岩试块上,模拟油页岩在地下埋藏区真实的受力状况，让油页岩试块受力更具有真实性。试验所用的样品试块为外包裹的油页岩，通过不同直径的钻杆，利用电钻钻孔，并将注浆管浇筑在水泥中制成，利用固结的水泥模拟油页岩的上下覆地层，模拟油页岩真实埋藏情况。

上述电钻成孔机构虽然能够完成实验需求进行注浆实验，但是其钻孔过程复杂，在钻孔过程中每钻进一定深度就需要中止钻进，使用吹风机进行排粉，成孔过程复杂。并且在实验完成后，浇筑在试块中的注浆管周围会固结大量的水泥块，难以回收利用。另外，电钻成孔难以保证钻进深度和钻进方向的精确，钻孔过程会破坏试块原有的结构，产生一定的实验误差。因此，设计能够钻进精确深度钻孔并可循环使用的钻孔装置对油页岩水力压裂实验有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一套钻孔装置，可以降低钻孔成本，提高钻孔的精确度与质量。

本实用新型包括注浆管、左右夹持器、油页岩钻杆、内螺纹给压套管、给压螺杆、拧管转盘；

注浆管下方具有钻头结构，钻头体结构上方为第一外螺纹，第一外螺纹上方有一直径大于第一外螺纹外径的定位挡板，注浆管上部配有第一六方接头，第一六方接头内有第一内螺纹用于连接注浆泵进行水力压裂实验，注浆管内为注浆通道。

左右夹持器上方具有凸出外螺纹，凸出外螺纹能与内螺纹给压套管第二内螺纹拧合，夹持试块模具并承担钻孔给进时的反力。凸出外螺纹具有螺纹孔和注浆管通口，左右夹持器具有夹持器框架，左右夹持器由螺栓、螺纹孔固定配合成整体。

油页岩钻杆为实心结构，油页岩钻杆下方有切削出刃用于钻进油页岩样本，油页岩钻杆具有第二外螺纹与给压螺杆第二六方接头中的第三内螺纹配合。油页岩钻杆外径与注浆管内径相同，在钻进过程中封堵注浆管防止水泥进入注浆管，油页岩钻杆上部为第三六方接头。

所述内螺纹给压套管中空，内螺纹给压套管内部配有第二内螺纹能与左右夹持器的凸出外螺纹配合，通过在内螺纹给压套管中拧进给压螺杆实现钻孔的给进。另外，该装置保证了垂直成孔的精度。内螺纹给压套管具有凸出结构，该凸出结构用于拧管。

所述给压螺杆中空，给压螺杆下部开有与注浆管第一六方接头配合的内六方凹槽，给压螺杆上部为第三六方接头，第三六方接头与拧管卡盘的第二六方凹槽配合。第三六方接头内部有配合油页岩钻杆第二外螺纹的内螺纹，能固定油页岩钻杆的位置。给压螺杆配有第三外螺纹，第三外螺纹配合内螺纹给压套管，拧进时带动注浆管给进钻入水泥。

拧管卡盘具有环形加固结构、拧进卡手、第一六方凹槽和第二六方凹槽。

本实用新型的试块钻进方法，包括如下步骤：

步骤一、用左右夹持器夹持试块模具并用螺栓拧进螺纹孔固定，在上方凸出外螺纹拧进内螺纹给压套管；

步骤二、将给压螺杆、注浆管、油页岩钻杆拧合组装成一个整体，注浆管的第一六方接头与给压螺杆的内六方凹槽配合，并利用给压螺杆中内螺纹确保油页岩钻杆的切削出刃表面与注浆管下出刃表面平齐。

步骤二、将该整体拧进内螺纹给压套管，实验人员用拧管转盘的第二六方凹槽配合给压螺杆的第三六方接头向下拧进，注浆管下方的钻头结构钻入水泥，通过挤压水泥成孔，上方的第一外螺纹在钻进过程中在水泥中攻丝形成与之配合的螺纹，直至注浆管的定位挡板接触到水泥表面时停止拧进。