[发明专利]大尺寸干热岩原位压裂试验装置

说明书

大尺寸干热岩原位压裂试验装置，涉及压裂技术设备领域。包括用于放置岩石的方形压裂箱，压裂箱的底部设置有下固定板，所述岩石置于下固定板上，压裂箱的四周与岩石之间分别设置有薄体重载荷加压板，薄体重载荷加压板连接有加压系统；岩石的中心预埋有注入井，岩石上方设置有上固定板，上固定板内设置有用于连接注入井的管路，上固定板上安装有液压加载缸，液压加载缸的上方设置有与压裂箱连接的上支撑座，上支座与上固定板之间设置有推动上固定板下压岩石的液压加载缸。本发明采用柔性加载板，具有体积小、加载压力大的优点。薄体重载荷加压板内可以采用热流体，直接与岩石进行热交换，这样保证了干热岩真三轴加载情况下的高温加载。

技术领域

本发明涉及压裂技术设备领域，尤其涉及一种大尺寸干热岩原位压裂实验装置。

背景技术

地壳中干热岩所藴含的地热能量巨大，已成为世界各国重点研究开发的新能源，干热岩资源开发的增强型地热工程的场地试验研究投资大、周期长、风险大，在现场压裂和人工热储层建造师范工程前，实施干热岩水力压裂实验室研究很有必要，为了减少直接现场施工的风险投资，就必须建立这样一套模拟现场的实验室小型大尺度的干热岩增强型水力压裂模拟装置，为现场压裂工艺设计和储层改造提供参数和技术支持。

目前，国内研究干热岩裂缝起裂以及延伸的装置均为小尺寸模型研究，真三轴水力致裂装置，就目前而言常见的有两种形式：三轴液压缸外置式、短程液压缸式，但是在这套系统中采用这两种常见的加载方式均存在相应的弊端。

三轴液压缸外置式（体积和重量过于庞大）：采用外置式液压缸方式加载：以600mm×600mm×600mm岩石上加载应力40MPa为例：需要液压缸上的推力为1440000kgf，相当。由于液压缸正常液压流体加载不会超过50MPa，我们就以50 MPa为例，当液压油流体压力为50MPa时，液压缸要产生1440吨的力，液压缸面积为：1440000kgf÷500÷0.785=3669cm2，再求出液压缸内径为61cm，内径为610mm，再根据压力容器厚壁公式计算壁厚在140mm，所以液压缸外径在890mm，由于液压缸是外置式的，还必须加上法兰固定，法兰外径需要在1140mm左右，这样就造成了模型本身由于外置式液压缸体积庞大，造成整体体积太大。

短程液压缸加载式（压力低）：该方式大大减少了体积，实用性较好，但是加载工作压力低，不能满足最大压力0-40MPa（600×600×600mm）的要求。

除此之外，常规外置式真三轴加载系统无法实现高温高压条件下的三轴加载，由于该加载形式采用油缸加载，油缸在高压条件下推送活塞杆施加应力，单该种油缸在高温条件无法保证相应的密封性，通常在模拟的地层温度条件下密封圈失效，导致油缸AB两缸串流，或活塞杆漏油，不能很好的实现原位模拟地层条件下的真三轴模拟。

模型所需岩样规格600×600×600mm，在该规格岩样加工时无法保证岩石的垂直度，难免会造成岩石不上严格意义上的正方体，传统外置式三轴加载机构对岩样施加应力时难免会造成油缸倾斜，从而造成油缸活塞杆拉毛或油缸腔体拉毛现象；

常规正方形压力容器计算需采用GB150-2011第220页，对称矩形截面容器计算公式，按照50MPa施加应力，同时模型净内腔700×700mm，按高强度材料需用应力值300MPa计算模型所需厚度为240mm，同时方形压力容器直角端容易形成应力集中，尤其是在高压条件下容易从该直角部位形成裂缝。

设备需检测岩石裂缝走向，采用被动声波检测，常规被动声波安装在外部加载板上，再通过该加载板对使得声波探头与岩心紧密接触，该结构需在岩心6面增加50mm左右加载传递板，同时模型壁厚增加约65mm。

有鉴于现有技术中存有上述诸多问题，以及随着实验技术的发展，提供一种大尺寸干热岩原位压裂实验装置。

发明内容