模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，其特征在于：它包括試驗(yàn)用巖樣、厚壁鋼筒、上活塞、下活塞、上蓋板和下蓋板；在試驗(yàn)用巖樣外面套設(shè)厚壁鋼筒，在試驗(yàn)用巖樣與厚壁鋼筒之間設(shè)置有密封膠囊，且厚壁鋼筒與密封膠囊之間存在環(huán)空；在密封膠囊的上下分別放置上、下蓋板，將若干調(diào)平螺栓穿設(shè)在上、下蓋板和厚壁鋼筒對(duì)應(yīng)設(shè)置的安裝孔中，并通過多個(gè)螺母將上、下蓋板和厚壁鋼筒固定成一體；在厚壁鋼筒上設(shè)置有連通厚壁鋼筒與密封膠囊之間環(huán)空的施加圍壓孔；在上活塞和試驗(yàn)用巖樣的中心位置軸向設(shè)置有用于放置動(dòng)載荷施加工具的動(dòng)載荷壓力孔；下蓋板處設(shè)置有用于測(cè)量試驗(yàn)用巖樣的中心內(nèi)壁孔動(dòng)載荷值的動(dòng)載荷測(cè)量壓力計(jì)。本實(shí)用新型可以作為動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置廣泛用于模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)過程中。
【專利說明】模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，特別是關(guān)于一種模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在低滲透油氣田的開發(fā)中主要采用水力壓裂和酸化技術(shù)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(chǎn)出，遠(yuǎn)離主裂縫較遠(yuǎn)的油氣仍難采出，有效提高低滲透油氣田采收率是低滲透油氣田開發(fā)面臨的重要問題。無論是低滲透油田開發(fā)的常規(guī)措施，還是開發(fā)低滲透油氣田的物理法采油措施，有一個(gè)非常關(guān)鍵的問題就是巖石在動(dòng)載情況下的破壞情況研究，也是進(jìn)行壓裂施工的一個(gè)核心關(guān)鍵問題。物理法采油作用機(jī)理就是把動(dòng)態(tài)載荷作用在油層上，提高油層滲透率，從而提高增產(chǎn)增注效果。巖石在動(dòng)載情況下的破壞情況研究對(duì)于低滲透油田開發(fā)有十分重要的意義。然而如何對(duì)巖石在動(dòng)載情況下的破壞情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立一套適合的模擬試驗(yàn)裝置和評(píng)價(jià)手段將至關(guān)重要。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)外用于測(cè)量巖石動(dòng)載特性大多采用SPHB(Split Hopkinson Pressure Bar,分離式霍普金森桿)裝置,該裝置多為單軸受壓狀態(tài),雖然少數(shù)國家采用了三軸SHPB裝置，但是圍壓和沖擊速度還很低。隨著采礦、石油工業(yè)開采深度逐步加深，預(yù)測(cè)深部穿孔、爆破效果以及由此而產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力場周圍巖體的力學(xué)特征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，由于巖石尺寸大小的限制以及地下巖層真實(shí)受力情況模擬條件有限等缺點(diǎn)，該裝置不能完全滿足動(dòng)態(tài)地層巖石破壞的試驗(yàn)研究要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠模擬地層巖石在恒定圍向壓力和軸向壓力時(shí)動(dòng)載荷破壞情況的模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:一種模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，其特征在于:它包括試驗(yàn)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(yàn)用巖樣外面套設(shè)所述厚壁鋼筒，在所述試驗(yàn)用巖樣與所述厚壁鋼筒之間設(shè)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(huán)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(diào)平螺栓穿設(shè)在所述上蓋板、所述下蓋板和所述厚壁鋼筒對(duì)應(yīng)設(shè)置的安裝孔中，并通過多個(gè)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(shè)置有連通所述厚壁鋼筒與密封膠囊之間環(huán)空的施加圍壓孔；在所述上活塞和試驗(yàn)用巖樣的中心位置軸向設(shè)置有一用于放置動(dòng)載荷施加工具的動(dòng)載荷壓力孔；所述下蓋板處設(shè)置一用于測(cè)量所述試驗(yàn)用巖樣的中心內(nèi)壁孔動(dòng)載荷值的動(dòng)載荷測(cè)量壓力計(jì)。
[0006]所述試驗(yàn)用巖樣頂部與所述上活塞之間設(shè)置一密封墊，所述試驗(yàn)用巖樣底部與所述下活塞之間設(shè)置另一密封墊。
[0007]所述上活塞和所述下活塞周向設(shè)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(shè)置的注油孔，以及沿所述厚壁鋼筒徑向設(shè)置的注氣孔。
[0009]所述施加圍壓孔為一個(gè)，或者為對(duì)稱布置的兩個(gè)。
[0010]所述動(dòng)載荷施加工具內(nèi)部裝有火藥。
[0011]本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型由于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(yàn)巖樣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)用巖樣施加恒定圍向壓力。2、本實(shí)用新型可以通過刻度扳手調(diào)節(jié)試驗(yàn)用巖樣所在厚壁鋼筒上蓋板處的螺栓，施加對(duì)試驗(yàn)用巖樣恒定軸向壓力。3、本實(shí)用新型可以通過動(dòng)載荷壓力孔上施加的動(dòng)載荷壓力工具所釋放的動(dòng)載荷作用在試驗(yàn)用巖樣內(nèi)壁孔，并通過下蓋板處安放的動(dòng)載荷測(cè)量壓力計(jì)，在恒定圍向壓力和軸向壓力確定后，測(cè)量動(dòng)載荷情況，從而對(duì)巖石動(dòng)載荷破壞情況進(jìn)行評(píng)估。4、本實(shí)用新型還可以去掉試驗(yàn)用巖樣周圍的密封膠囊，通過氣瓶從施加圍壓孔施加壓力，采用氣體壓力對(duì)試驗(yàn)用巖樣外部向中心孔進(jìn)行滲流，測(cè)量中心孔壓力變化情況，反推出試驗(yàn)用巖樣的滲透率值。實(shí)現(xiàn)該裝置不需要變動(dòng)即可測(cè)量巖樣在動(dòng)載荷施加前后的滲透率的變化情況，進(jìn)一步用滲透率變化情況來評(píng)價(jià)巖樣在動(dòng)載荷下破壞的情況。本實(shí)用新型可以作為動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置廣泛用于模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)過程中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖
[0013]圖2是本實(shí)用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
[0014]圖3是本實(shí)用新型巖樣裝備示意圖
[0015]圖4是本實(shí)用新型施加圍壓結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖5是本實(shí)用新型上蓋板結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]圖6是本實(shí)用新型下蓋板結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0019]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括試驗(yàn)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(yàn)用巖樣I的頂部與上活塞3之間設(shè)置有一密封墊7,試驗(yàn)用巖樣I的底部與下活塞4之間設(shè)置有另一密封墊8。上活塞3和下活塞4的周向設(shè)置有若干O型密封圈9。
[0021]如圖2所示，試驗(yàn)用巖樣I內(nèi)部存在軸向圓形中心孔(圖中未示出)，在試驗(yàn)用巖樣I外面套設(shè)厚壁鋼筒2，在試驗(yàn)用巖樣I與厚壁鋼筒2之間設(shè)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(huán)空。在密封膠囊10上部設(shè)置有上密封環(huán)11，在密封膠囊10下部設(shè)有下密封環(huán)12。在上密封環(huán)11上放置上蓋板5，在下密封環(huán)12上放置下蓋板6，將若干調(diào)平螺栓13穿設(shè)在上蓋板5、下蓋板6和厚壁鋼筒2對(duì)應(yīng)設(shè)置的安裝孔中，并通過多個(gè)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(shè)置有連通厚壁鋼筒2與密封膠囊10之間環(huán)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(shè)置的注油孔，以及沿厚壁鋼筒2徑向設(shè)置的注氣孔，注油孔和注氣孔上均設(shè)有活塞。使用時(shí)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(huán)空內(nèi)注滿液壓油后關(guān)閉堵頭；然后將注氣孔的活塞打開，并連通氣瓶向施加圍壓孔15內(nèi)注入空氣，以對(duì)液壓油施加壓力，并通過密封膠囊10將壓力傳遞到試驗(yàn)用巖樣1，從而對(duì)試驗(yàn)用巖樣I產(chǎn)生一定的圍向壓力。進(jìn)一步調(diào)整氣瓶施加壓力至恒定值，從而實(shí)現(xiàn)恒定圍壓。使用刻度扳手對(duì)上蓋板5上的螺栓14進(jìn)行按需施加恒定扭矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)用巖樣I施加恒定的軸向壓力。
[0022]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，施加圍壓孔15也可以為兩個(gè)，且兩個(gè)施加圍壓孔15為對(duì)稱布置。
[0023]同時(shí)，在上活塞3和試驗(yàn)用巖樣I的中心位置軸向設(shè)置有一動(dòng)載荷壓力孔16。在恒定軸向壓力和恒定周向壓力確定后，在動(dòng)載荷壓力孔16處放置動(dòng)載荷施加工具，該工具內(nèi)部裝有火藥，通過控制火藥量，以及點(diǎn)火頭電點(diǎn)火起爆使之爆燃，釋放可控的動(dòng)載荷，該動(dòng)載荷最終作用在試驗(yàn)用巖樣I內(nèi)孔壁，并通過下蓋板6處放置一個(gè)動(dòng)載荷測(cè)量壓力計(jì)(圖中未示出)，測(cè)量試驗(yàn)用巖樣I的中心內(nèi)壁孔動(dòng)載荷值，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理。根據(jù)多次變換火藥用量，測(cè)得多組動(dòng)載荷數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行對(duì)巖石動(dòng)載荷破壞情況進(jìn)行評(píng)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(yàn)用巖樣I外部向中心孔進(jìn)行氣體滲流，在下蓋板6下部放置動(dòng)載荷測(cè)量壓力計(jì)，測(cè)量中心孔壓力變化情況，反推出試驗(yàn)用巖樣I的滲透率值。如此可實(shí)現(xiàn)該裝置不需要變動(dòng)即可測(cè)量巖樣在動(dòng)載荷施加前后的滲透率的變化情況，進(jìn)一步用滲透率變化情況來評(píng)價(jià)巖樣在動(dòng)載荷下破壞的情況。
[0024]上述各實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，其特征在于:它包括試驗(yàn)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(yàn)用巖樣外面套設(shè)所述厚壁鋼筒，在所述試驗(yàn)用巖樣與所述厚壁鋼筒之間設(shè)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(huán)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(diào)平螺栓穿設(shè)在所述上蓋板、所述下蓋板和所述厚壁鋼筒對(duì)應(yīng)設(shè)置的安裝孔中，并通過多個(gè)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(shè)置有連通所述厚壁鋼筒與密封膠囊之間環(huán)空的施加圍壓孔；在所述上活塞和試驗(yàn)用巖樣的中心位置軸向設(shè)置有一用于放置動(dòng)載荷施加工具的動(dòng)載荷壓力孔；所述下蓋板處設(shè)置一用于測(cè)量所述試驗(yàn)用巖樣的中心內(nèi)壁孔動(dòng)載荷值的動(dòng)載荷測(cè)量壓力計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述試驗(yàn)用巖樣頂部與所述上活塞之間設(shè)置一密封墊，所述試驗(yàn)用巖樣底部與所述下活塞之間設(shè)置另一密封墊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述上活塞和所述下活塞周向設(shè)置有若干O型密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述施加圍壓孔包括沿所述厚壁鋼筒軸向設(shè)置的注油孔，以及沿所述厚壁鋼筒徑向設(shè)置的注氣孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述施加圍壓孔為一個(gè)，或者為對(duì)稱布置的兩個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或5所述的模擬地層巖石動(dòng)態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述動(dòng)載荷施加工具內(nèi)部裝有火藥。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK203465174SQ201320470695
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】付英軍, 姜偉, 朱榮東, 李永平, 孫豐成 申請(qǐng)人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院