[发明专利]研究压裂液配制及岩体断裂分形特征测定装置

说明书

一、     技术领域：

本发明涉及的是是石油与天然气、矿业、岩土等工程中水力压裂配砂分形设计方法中使用的装置，具体涉及的是研究压裂液配制及岩体断裂分形特征测定装置。

二、背景技术：

在石油与天然气、煤岩体等储层开采技术领域中，都需要对储层岩石进行压裂，其作用机理是利用地面高压泵组，以超过储层吸液能力排量将高粘压裂液泵入井内而在井底产生高压，通过高压驱动水流挤入岩体内，克服岩体的抗张强度，使岩体发生破裂，形成具有一定导流能力的裂缝通道。有效地沟通储集层，提高油气开采速度。目前，对于水力压裂岩体断裂壁面粗糙特征描述不明确，进而导致压裂裂缝导流能力计算存在偏差。尽管现有理论与有限元手段能够给予近似模拟，但仍无法系统地测定与描述。从而影响了该方面技术充分发展。可见，对水力压裂裂缝断裂壁面的准确描述、裂缝参数的准确计算及不同裂缝参数特征下的裂缝导流能力分析，严重地阻碍了水力压裂的进一步发展。

三、发明内容：

本发明的目的是提供研究压裂液配制及岩体断裂分形特征测定装置，它用于解决现有的对压裂液与岩体断裂裂缝间的关系无法测定与描述的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种研究压裂液配制及岩体断裂分形特征测定装置由支撑剂颗粒多级分形分选装置、掺混系统、被压试件测定系统、断裂面自仿射观测系统依次连接构成，支撑剂颗粒多级分形分选装置包括支撑剂颗粒装载容器、多级分形分选震动筛、分选颗粒容器，分选颗粒容器内设置多级分形分选震动筛，支撑剂颗粒装载容器通过管线与分选颗粒容器连接，分选颗粒容器连接设有多级出口，每级出口分别外接颗粒输送管线；掺混系统包括掺混容器、自动搅拌器、压裂液容器、过滤装置，自动搅拌器安装在掺混容器中，压裂液容器与掺混容器通过管线连接，管线上安装过滤装置，颗粒输送管线连接掺混容器，掺混容器通过管线连接压裂管柱；被压试件测定系统包括测试容器、上覆外载控制系统、围压加载系统、变形测定系统，被压试件安装在测试容器中，压裂管柱置于被测试件的中心，被测试件与测试容器之间是环形的围压室，被测试件上端是上覆外载加压腔，上覆外载加压腔被滑动活塞分隔为上、下二个腔体；上覆外载控制系统连接到上覆外载加压腔的上腔体，围压加载系统连接到围压室；变形测定系统由变形传感器、信号转换器和信号检测仪组成，变形传感器安装在被测试件外表面；断裂面自仿射观测系统主要包括CCD摄像机、体式显微镜、显微镜观测架、仿真成像计算系统，CCD摄像机和体式显微镜安装在显微镜观测架上，仿真成像计算系统与体式显微镜连接。

上述方案中上覆外载控制系统由第一增压泵和第一中间容器组成，上覆外载控制系统通过高压管线与上腔体连接，测试运行时由上覆外载控制系统通过高压管线向上腔体中注入液体驱动自由滑动活塞行对被测试件施加上覆正应力。

上述方案中围压加载系统由第二增压泵和第二中间容器组成，围压加载系统系统通过高压管线与与围压室连接。

有益效果：

1、本发明模拟现场多级压裂过程，可确定不同支撑剂颗粒粒径与压裂岩石断裂壁面粗糙度的关系以及粒径与断裂开度（裂缝缝宽）的关系。

2、本发明能够测定不同加砂支撑剂的作用下的断裂壁面粗糙度。

3、本发明可测定被测试件变形系统并作数据动态转换与分析。

四、附图说明：

图1是本发明装置总体结构示意图；

图2是本发明中自仿射观测系统的结构示意图；

图3是变形传感器在被测试件顶端分布排列结构示意图；

图4是变形传感器在被测试件侧端分布排列结构示意图。

1.支撑剂颗粒装载容器  2.分选颗粒容器  3.多级分形分选震动筛  4.多级出口  5.掺混容器  6.压裂液容器  7.压裂管柱  8. 过滤装置  9.被测试件  10. 第一增压泵11.第一中间容器  12.上腔体  13.滑动活塞  14.第二增压泵  15.第二中间容器  16. 围压室  17.变形传感器  18.信号传感器  19.信号检测仪  20.CCD摄像机  21. 体式显微镜  22.显微镜观测架  23.成像装置  24测试容器。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：