[发明专利]一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置

权利要求书

1.一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，其特征在于：包括第一蒸汽发生器（1）、第二蒸汽发生器（2）和加载系统（3），所述第一蒸汽发生器（1）和第二蒸汽发生器（2）依次串接在一起，所述第二蒸汽发生器（2）的出气口通过蒸汽管路（4）与加载系统（3）连接；

所述加载系统（3）的结构为：包括上压板（31）、侧压板（32）、进气管（33）、出气管（34）和锅炉管（35），所述上压板（31）和侧压板（32）分别设置在岩石试样（36）的上侧和四个侧面，用于给岩石试样（36）施加三向应力，所述岩石试样（36）的上侧竖直加工有盲孔，所述锅炉管（35）竖直插装在该盲孔内，且所述锅炉管（35）的下端与盲孔底部留有间隙，所述上压板（31）内设置有进出气通道作为进气管（33）和出气管（34），所述进气管（33）和出气管（34）分别与锅炉管（35）的上端和盲孔上端连通；所述上压板（31）和侧压板（32）对应连接在真三轴伺服加载系统上；上压板（31）设置蒸汽导流装置，上压板（31）的进气口和上压板上的锅炉管连通，使蒸汽直接通入岩石试样钻孔底部；高温过热蒸汽通入钻孔后会冷却为水；上压板（31）出气口打开后，进入孔底的高温蒸汽把水汽化，并推动汽化后的水沿着锅炉管和钻孔间的通道流动，经过排气口排出试样；

所述第一蒸汽发生器（1）用于提供饱和蒸汽，所述第二蒸汽发生器（2）用于将第一蒸汽发生器（1）提供的饱和蒸汽加热成200-1000℃的高温过热蒸汽，所述蒸汽管路（4）将第二蒸汽发生器（2）提供的200-1000℃高温过热蒸汽从进气管（33）通入到岩石试样（36）的盲孔中，对岩石试样（36）进行压裂；

所述第一蒸汽发生器（1）和第二蒸汽发生器（2）的结构均相同，包括锅炉盘管（11）、陶瓷电加热套（12）和保温绝热层（13），所述锅炉盘管（11）呈螺旋状结构，所述陶瓷电加热套（12）匹配设置在锅炉盘管（11）的外侧，所述保温绝热层（13）设置在陶瓷电加热套（12）的外侧，并将锅炉盘管（11）和陶瓷电加热套（12）封闭包裹；

所述第一蒸汽发生器（1）的底部通过管道与泵（14）连接在一起，所述泵（14）用于给第一蒸汽发生器（1）内的锅炉盘管（11）注水，所述第一蒸汽发生器（1）的锅炉盘管（11）上下端之间通过连通管（15），所述连通管（15）上设置有液位计（16），所述第一蒸汽发生器（1）的锅炉盘管（11）上端与第二蒸汽发生器（2）的锅炉盘管（11）下端连通；根据饱和蒸汽-压力曲线关系，通过饱和蒸汽温度的升温路径控制饱和蒸汽的升压路径，进而控制过热蒸汽的升压路径。

2.根据权利要求1所述的一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，其特征在于：所述上压板（31）和岩石试样（36）之间设置有密封垫，所述上压板（31）和密封垫的接触面上加工若干条环形凹槽以保证密封性。

3.根据权利要求2所述的一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，其特征在于：所述陶瓷电加热套（12）上设置有温控器及断路保护器（17），所述第二蒸汽发生器（2）的锅炉盘管（11）的上端设置有伸出管（18），所述伸出管（18）的一端与锅炉盘管（11）连通，所述伸出管（18）的另一端伸出保温绝热层（13）外，且端部设置有安全阀（19），位于所述保温绝热层（13）外侧的伸出管（18）上设置有温度表（110）和压力表（111），所述进气管（33）通过安全阀（19）与伸出管（18）连通。

4.根据权利要求1所述的一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，其特征在于：所述侧压板（32）上连接有变形-应力测试系统（5）和声发射系统（6），所述进气管（33）上连接有钻孔蒸汽温度记录系统（7）和钻孔蒸汽压力记录系统（8），所述变形-应力测试系统（5）、钻孔蒸汽温度记录系统（7）和钻孔蒸汽压力记录系统（8）均连接在数据采集和自动化控制系统（9）上。