[发明专利]一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置

说明书

本发明公开一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，压裂介质为高温过热蒸汽，由三轴伺服控制加载系统为岩石试样施加三轴压力，耐高温高压的锅炉盘管构成的饱和蒸汽发生装置和过热蒸汽发生装置与试样压裂孔串联，饱和蒸汽通过二次加热产生高温过热蒸汽，通过温控设备控制饱和蒸汽温度升高路径来控制饱和蒸汽的压力升高路径，从而控制整个串联管路中的蒸汽压力升高路径，实现岩石高温过热蒸汽控制压裂，利用饱和蒸汽温度与压力的固定关系，通过控制饱和蒸汽的温度升高路径来控制饱和蒸汽以及整个串联管路的蒸汽压力升高路径，串联的锅炉盘管取代传统蒸汽锅炉中的锅筒，并在试样加载的上压板设计蒸汽导流装置，实现高温过热蒸汽的控制压裂。

技术领域

本发明一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，属于岩体力学与工程技术领域。

背景技术

原位改性采矿技术是能源高效清洁开采的一种新思路，如页岩气、煤层气、低品质煤的注热原位改性开采，增强型地热能开采，这些新的能源开采方法的核心问题是固-流-热耦合作用下的岩体水力压裂及储层改造。中国石油大学的“一种用于稠油热采储层破裂的模拟实验装置”（CN 103821487 A），采用钻孔中用加热管局部加热岩石，模拟不同温度和地应力组合下井筒受热破坏。太原理工大学的“一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置和试验方法”采用电加热棒来加热岩石，实现多种压裂介质进行高温高压岩石压裂渗流模拟。但是上述方法并不能适用化石能源注热开采、干热岩地热开采，化石能源注热开采、干热岩地热开采的实际压裂需要通过高温过热蒸汽控制压裂，改造储层结构，提高开采效率，高温蒸汽压裂是一个蒸汽温度恒定，压力逐渐增大的过程，饱和蒸汽压强和温度的对应关系固定，现有的工艺无法满足压裂试验要求。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，采用高温过热蒸汽作为压裂介质，低压强状态下，饱和蒸汽继续加热可成为过热蒸汽，然后再缓慢的提高过热蒸汽压力，模拟岩石高温蒸汽控制压裂。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，包括第一蒸汽发生器、第二蒸汽发生器和加载系统，所述第一蒸汽发生器和第二蒸汽发生器依次串接在一起，所述第二蒸汽发生器的出气口通过蒸汽管路与加载系统连接；

所述加载系统的结构为：包括上压板、侧压板、进气管、出气管和锅炉管，所述上压板和侧压板分别设置在岩石试样的上侧和四个侧面，用于给岩石试样施加三向应力，所述岩石试样的上侧竖直加工有盲孔，所述锅炉管竖直插装在该盲孔内，且所述锅炉管的下端与盲孔底部留有间隙，所述上压板内设置有进出气通道作为进气管和出气管，所述进气管和出气管分别与锅炉管的上端和盲孔上端连通；所述上压板和侧压板对应连接在真三轴伺服加载系统上；

所述第一蒸汽发生器用于提供饱和蒸汽，所述第二蒸汽发生器用于将第一蒸汽发生器提供的饱和蒸汽加热成200-1000℃的高温过热蒸汽，所述蒸汽管路将第二蒸汽发生器提供的200-1000℃高温过热蒸汽从进气管通入到岩石试样的盲孔中，对岩石试样进行压裂。

所述第一蒸汽发生器和第二蒸汽发生器的结构均相同，包括锅炉盘管、陶瓷电加热套和保温绝热层，所述锅炉盘管呈螺旋状结构，所述陶瓷电加热套匹配设置在锅炉盘管的外侧，所述保温绝热层设置在陶瓷电加热套的外侧，并将锅炉盘管和陶瓷电加热套封闭包裹；

所述第一蒸汽发生器的底部通过管道与泵连接在一起，所述泵用于给第一蒸汽发生器内的锅炉盘管注水，所述第一蒸汽发生器的锅炉盘管上下端之间通过连通管，所述连通管上设置有液位计，所述第一蒸汽发生器的锅炉盘管上端与第二蒸汽发生器的锅炉盘管下端连通。

所述上压板和岩石试样之间设置有密封垫，所述上压板和密封垫的接触面上加工若干条环形凹槽以保证密封性。