模擬地層巖石動態破壞試驗裝置製造方法
2023-07-07 12:35:16 3
模擬地層巖石動態破壞試驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種模擬地層巖石動態破壞試驗裝置，其特徵在於：它包括試驗用巖樣、厚壁鋼筒、上活塞、下活塞、上蓋板和下蓋板；在試驗用巖樣外面套設厚壁鋼筒，在試驗用巖樣與厚壁鋼筒之間設置有密封膠囊，且厚壁鋼筒與密封膠囊之間存在環空；在密封膠囊的上下分別放置上、下蓋板，將若干調平螺栓穿設在上、下蓋板和厚壁鋼筒對應設置的安裝孔中，並通過多個螺母將上、下蓋板和厚壁鋼筒固定成一體；在厚壁鋼筒上設置有連通厚壁鋼筒與密封膠囊之間環空的施加圍壓孔；在上活塞和試驗用巖樣的中心位置軸向設置有用於放置動載荷施加工具的動載荷壓力孔；下蓋板處設置有用於測量試驗用巖樣的中心內壁孔動載荷值的動載荷測量壓力計。本實用新型可以作為動態破壞試驗裝置廣泛用於模擬地層巖石動態破壞試驗過程中。
【專利說明】模擬地層巖石動態破壞試驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種動態破壞試驗裝置，特別是關於一種模擬地層巖石動態破壞試驗裝置。
【背景技術】
[0002]目前在低滲透油氣田的開發中主要採用水力壓裂和酸化技術改造油層。但在滲透率很低的油氣藏，只有在水力壓裂形成的主裂縫鄰域油氣可通過巖石中原有微小孔隙流入主裂縫產出，遠離主裂縫較遠的油氣仍難採出，有效提高低滲透油氣田採收率是低滲透油氣田開發面臨的重要問題。無論是低滲透油田開發的常規措施，還是開發低滲透油氣田的物理法採油措施，有一個非常關鍵的問題就是巖石在動載情況下的破壞情況研究，也是進行壓裂施工的一個核心關鍵問題。物理法採油作用機理就是把動態載荷作用在油層上，提高油層滲透率，從而提高增產增注效果。巖石在動載情況下的破壞情況研究對於低滲透油田開發有十分重要的意義。然而如何對巖石在動載情況下的破壞情況進行評價，建立一套適合的模擬試驗裝置和評價手段將至關重要。
[0003]經對現有技術的文獻檢索發現，目前國內外用於測量巖石動載特性大多採用SPHB(Split Hopkinson Pressure Bar,分離式霍普金森杆)裝置,該裝置多為單軸受壓狀態,雖然少數國家採用了三軸SHPB裝置，但是圍壓和衝擊速度還很低。隨著採礦、石油工業開採深度逐步加深，預測深部穿孔、爆破效果以及由此而產生的動應力場周圍巖體的力學特徵就成為亟待解決的問題。該裝置在巖土工程中使用較多，但是在石油工程中，由於巖石尺寸大小的限制以及地下巖層真實受力情況模擬條件有限等缺點，該裝置不能完全滿足動態地層巖石破壞的試驗研究要求。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠模擬地層巖石在恆定圍向壓力和軸向壓力時動載荷破壞情況的模擬地層巖石動態破壞試驗裝置。
[0005]為實現上述目的，本實用新型採取以下技術方案:一種模擬地層巖石動態破壞試驗裝置，其特徵在於:它包括試驗用巖樣、厚壁鋼筒、上活塞、下活塞、上蓋板和下蓋板；在所述試驗用巖樣外面套設所述厚壁鋼筒，在所述試驗用巖樣與所述厚壁鋼筒之間設置有一密封膠囊，且所述厚壁鋼筒與所述密封膠囊之間存在一環空；在所述密封膠囊上放置所述上蓋板，在所述密封膠囊下表面放置所述下蓋板，將若干調平螺栓穿設在所述上蓋板、所述下蓋板和所述厚壁鋼筒對應設置的安裝孔中，並通過多個螺母將所述上蓋板、所述下蓋板和所述厚壁鋼筒固定成一體；在所述厚壁鋼筒上設置有連通所述厚壁鋼筒與密封膠囊之間環空的施加圍壓孔；在所述上活塞和試驗用巖樣的中心位置軸向設置有一用於放置動載荷施加工具的動載荷壓力孔；所述下蓋板處設置一用於測量所述試驗用巖樣的中心內壁孔動載荷值的動載荷測量壓力計。
[0006]所述試驗用巖樣頂部與所述上活塞之間設置一密封墊，所述試驗用巖樣底部與所述下活塞之間設置另一密封墊。
[0007]所述上活塞和所述下活塞周向設置有若干O型密封圈。
[0008]所述施加圍壓孔包括沿所述厚壁鋼筒軸向設置的注油孔，以及沿所述厚壁鋼筒徑向設置的注氣孔。
[0009]所述施加圍壓孔為一個，或者為對稱布置的兩個。
[0010]所述動載荷施加工具內部裝有火藥。
[0011]本實用新型由於採取以上技術方案，其具有以下優點:1、本實用新型由於在施加圍壓孔一端連接一氣瓶，因此能夠按照需要施加一定氣體壓力，通過在密封膠囊和厚壁鋼筒之間的液壓油將壓力傳遞給試驗巖樣，進而實現對試驗用巖樣施加恆定圍向壓力。2、本實用新型可以通過刻度扳手調節試驗用巖樣所在厚壁鋼筒上蓋板處的螺栓，施加對試驗用巖樣恆定軸向壓力。3、本實用新型可以通過動載荷壓力孔上施加的動載荷壓力工具所釋放的動載荷作用在試驗用巖樣內壁孔，並通過下蓋板處安放的動載荷測量壓力計，在恆定圍向壓力和軸向壓力確定後，測量動載荷情況，從而對巖石動載荷破壞情況進行評估。4、本實用新型還可以去掉試驗用巖樣周圍的密封膠囊，通過氣瓶從施加圍壓孔施加壓力，採用氣體壓力對試驗用巖樣外部向中心孔進行滲流，測量中心孔壓力變化情況，反推出試驗用巖樣的滲透率值。實現該裝置不需要變動即可測量巖樣在動載荷施加前後的滲透率的變化情況，進一步用滲透率變化情況來評價巖樣在動載荷下破壞的情況。本實用新型可以作為動態破壞試驗裝置廣泛用於模擬地層巖石動態破壞試驗過程中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型結構示意圖
[0013]圖2是本實用新型內部結構示意圖
[0014]圖3是本實用新型巖樣裝備示意圖
[0015]圖4是本實用新型施加圍壓結構示意圖
[0016]圖5是本實用新型上蓋板結構示意圖
[0017]圖6是本實用新型下蓋板結構示意圖
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0019]如圖1、圖2所示，本實用新型包括試驗用巖樣1、厚壁鋼筒2、上活塞3、下活塞4、上蓋板5和下蓋板6。
[0020]如圖3所不,試驗用巖樣I的頂部與上活塞3之間設置有一密封墊7,試驗用巖樣I的底部與下活塞4之間設置有另一密封墊8。上活塞3和下活塞4的周向設置有若干O型密封圈9。
[0021]如圖2所示，試驗用巖樣I內部存在軸向圓形中心孔(圖中未示出)，在試驗用巖樣I外面套設厚壁鋼筒2，在試驗用巖樣I與厚壁鋼筒2之間設置有一密封膠囊10，且厚壁鋼筒2與密封膠囊10之間存在一環空。在密封膠囊10上部設置有上密封環11，在密封膠囊10下部設有下密封環12。在上密封環11上放置上蓋板5，在下密封環12上放置下蓋板6，將若干調平螺栓13穿設在上蓋板5、下蓋板6和厚壁鋼筒2對應設置的安裝孔中，並通過多個螺母將上、下蓋板5、6和厚壁鋼筒2固定成一體。在厚壁鋼筒2上設置有連通厚壁鋼筒2與密封膠囊10之間環空的施加圍壓孔15，施加圍壓孔15包括沿厚壁鋼筒2軸向設置的注油孔，以及沿厚壁鋼筒2徑向設置的注氣孔，注油孔和注氣孔上均設有活塞。使用時首先將注油孔的活塞打開，向厚壁鋼筒2和密封膠囊10之間的環空內注滿液壓油後關閉堵頭；然後將注氣孔的活塞打開，並連通氣瓶向施加圍壓孔15內注入空氣，以對液壓油施加壓力，並通過密封膠囊10將壓力傳遞到試驗用巖樣1，從而對試驗用巖樣I產生一定的圍向壓力。進一步調整氣瓶施加壓力至恆定值，從而實現恆定圍壓。使用刻度扳手對上蓋板5上的螺栓14進行按需施加恆定扭矩，實現對試驗用巖樣I施加恆定的軸向壓力。
[0022]在一個優選的實施例中，施加圍壓孔15也可以為兩個，且兩個施加圍壓孔15為對稱布置。
[0023]同時，在上活塞3和試驗用巖樣I的中心位置軸向設置有一動載荷壓力孔16。在恆定軸向壓力和恆定周向壓力確定後，在動載荷壓力孔16處放置動載荷施加工具，該工具內部裝有火藥，通過控制火藥量，以及點火頭電點火起爆使之爆燃，釋放可控的動載荷，該動載荷最終作用在試驗用巖樣I內孔壁，並通過下蓋板6處放置一個動載荷測量壓力計(圖中未示出)，測量試驗用巖樣I的中心內壁孔動載荷值，並傳輸到計算機進行處理。根據多次變換火藥用量，測得多組動載荷數據，可以進行對巖石動載荷破壞情況進行評估。若去掉密封膠囊10，使用氣瓶通過施加圍壓孔15施加氣體壓力，從試驗用巖樣I外部向中心孔進行氣體滲流，在下蓋板6下部放置動載荷測量壓力計，測量中心孔壓力變化情況，反推出試驗用巖樣I的滲透率值。如此可實現該裝置不需要變動即可測量巖樣在動載荷施加前後的滲透率的變化情況，進一步用滲透率變化情況來評價巖樣在動載荷下破壞的情況。
[0024]上述各實施例僅用於說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護範圍之外。
【權利要求】
1.一種模擬地層巖石動態破壞試驗裝置，其特徵在於:它包括試驗用巖樣、厚壁鋼筒、上活塞、下活塞、上蓋板和下蓋板； 在所述試驗用巖樣外面套設所述厚壁鋼筒，在所述試驗用巖樣與所述厚壁鋼筒之間設置有一密封膠囊，且所述厚壁鋼筒與所述密封膠囊之間存在一環空；在所述密封膠囊上放置所述上蓋板，在所述密封膠囊下表面放置所述下蓋板，將若干調平螺栓穿設在所述上蓋板、所述下蓋板和所述厚壁鋼筒對應設置的安裝孔中，並通過多個螺母將所述上蓋板、所述下蓋板和所述厚壁鋼筒固定成一體；在所述厚壁鋼筒上設置有連通所述厚壁鋼筒與密封膠囊之間環空的施加圍壓孔；在所述上活塞和試驗用巖樣的中心位置軸向設置有一用於放置動載荷施加工具的動載荷壓力孔；所述下蓋板處設置一用於測量所述試驗用巖樣的中心內壁孔動載荷值的動載荷測量壓力計。
2.根據權利要求1所述的模擬地層巖石動態破壞試驗裝置，其特徵在於:所述試驗用巖樣頂部與所述上活塞之間設置一密封墊，所述試驗用巖樣底部與所述下活塞之間設置另一密封墊。
3.根據權利要求1所述的模擬地層巖石動態破壞試驗裝置，其特徵在於:所述上活塞和所述下活塞周向設置有若干O型密封圈。
4.根據權利要求1或2或3所述的模擬地層巖石動態破壞試驗裝置，其特徵在於:所述施加圍壓孔包括沿所述厚壁鋼筒軸向設置的注油孔，以及沿所述厚壁鋼筒徑向設置的注氣孔。
5.根據權利要求4所述的模擬地層巖石動態破壞試驗裝置，其特徵在於:所述施加圍壓孔為一個，或者為對稱布置的兩個。
6.根據權利要求1或2或3或5所述的模擬地層巖石動態破壞試驗裝置，其特徵在於:所述動載荷施加工具內部裝有火藥。
【文檔編號】G01N15/08GK203465174SQ201320470695
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年8月2日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】付英軍, 姜偉, 朱榮東, 李永平, 孫豐成 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院