頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非常規(guī)油氣藏開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]頁巖氣開采的核心技術(shù)之一是對儲層進行壓裂改造，即通過水平井結(jié)合水力壓裂技術(shù)改造儲層，以溝通天然裂縫，進而產(chǎn)生裂縫網(wǎng)絡(luò)，再用支撐劑將裂縫進行支撐，從而實現(xiàn)人工增加儲層滲流通道?！熬S”的作業(yè)模式已成為開發(fā)頁巖氣最高效的方式之一，“井工廠”是指在同一地區(qū)集中布置大批相似井、進行同步壓裂，利用裂縫之間的相互作用從而實現(xiàn)“打碎”儲層的目的，這樣的一種高效低成本的作業(yè)模式。所以，探明和掌握頁巖水力壓裂裂縫的起裂條件、延伸規(guī)律和影響因素，對水力壓裂工藝設(shè)計、儲層改造技術(shù)研究，甚至提高氣體采收率等至關(guān)重要。
[0003]針對頁巖儲層特征進行的室內(nèi)水力壓裂物理模擬試驗，可確定頁巖的可壓裂性、破裂壓力和壓裂效果等，是認識頁巖裂縫幾何形態(tài)和擴展規(guī)律的一種可靠、有效手段。然而目前的頁巖氣水力壓裂物理模擬的發(fā)展也存在諸多瓶頸，比如水力含砂壓裂，由于各種栗液壓栗均無法實現(xiàn)含砂液體的栗入，且沉砂問題也是阻礙水力含砂壓裂物理模擬發(fā)展的主要因素，因此實現(xiàn)水力含砂壓裂的物理模擬就顯得十分重要。而對于工廠化壓裂過程中裂縫之間的影響，也需要通過大量的試驗來指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)，旨在模擬不同地層應(yīng)力條件下的水力加砂壓裂實驗。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)，包括:真三軸模塊、水力伺服栗壓模塊、聲發(fā)射模塊、水力含砂壓裂模塊以及控制裝置，其中，
所述真三軸模塊包括試樣放置室、用于對放入試樣放置室中的試樣進行加壓的方形壓塊，以及與所述方形壓塊連接以驅(qū)動其對試樣進行加壓的第一液壓裝置，所述方形壓塊設(shè)有三個，三個方形壓塊在水平、垂直和豎直三個方向擠壓試樣，每一所述方形壓塊對應(yīng)設(shè)置一所述第一液壓裝置；
所述聲發(fā)射模塊包括安裝于所述試樣放置室內(nèi)的聲發(fā)射探頭，以及與所述聲發(fā)射探頭電連接的全信息聲發(fā)射分析儀主機，所述控制裝置與全信息聲發(fā)射分析儀主機電連接；所述水力伺服栗壓模塊包括箱體以及用于向試樣中預(yù)置井筒內(nèi)注入清水壓裂液的高壓注入栗，所述箱體中的清水壓裂液通過管道與試樣中預(yù)置井筒連接；
所述水力含砂壓裂模塊包括與所述水力伺服栗壓模塊的管道連通的含砂液容器，以及用于驅(qū)動所述含砂液容器中的含砂液進入試樣中預(yù)置井筒內(nèi)的第二液壓裝置，所述第二液壓裝置包括第二液壓油箱體、第二液壓電動栗、第二三級四通電液伺服閥、第二溢流閥、第二液壓缸以及第二液壓活塞；所述含砂液容器上設(shè)有用于將其腔室中含砂液向其出口擠壓的且與第二液壓活塞連接的推力活塞，所述第二液壓電動栗的一端通過管道連接第二液壓油箱體，另一端通過管道連接所述第二三級四通電液伺服閥的第一端；所述第二三級四通電液伺服閥的第二端通過管道連接第二液壓油箱體，第三端通過管道連接第二液壓缸的第一入口，第四端通過管道連接第二液壓缸的第二入口 ；所述第二溢流閥的一端通過管道連接第二液壓油箱體，另一端與第二三級四通電液伺服閥的第一端和第二液壓電動栗之間的節(jié)點連接；所述第二液壓活塞位于所述第二液壓缸中且與所述推力活塞連接以擠壓其腔室中的含砂液；
所述控制裝置還與所述水力伺服栗壓模塊以及水力含砂壓裂模塊電連接。
[0006]優(yōu)選地，所述水力伺服栗壓模塊設(shè)有兩個清水壓裂液箱體和兩個高壓注入栗以組成兩組注入管道，每一清水壓裂液箱體對應(yīng)一所述高壓注入栗，兩所述高壓注入栗的出口分別通過獨立的管道與試樣上的兩井筒連接，所述水力含砂壓裂模塊設(shè)置有兩個，每一所述高壓注入栗的出口均與一所述含砂液容器的出口連通。
[0007]優(yōu)選地，所述高壓注入栗與試樣上井筒連接的管道上還安裝有單向閥。
[0008]優(yōu)選地，所述第一液壓裝置包括所述第一液壓裝置包括第一液壓油油箱、第一液壓電動栗、第一三級四通電液伺服閥、第一溢流閥、第一液壓缸以及第一液壓活塞；所述第一液壓電動栗的一端通過管道連接第一液壓油油箱，另一端通過管道連接所述第一三級四通電液伺服閥的第一端；所述第一三級四通電液伺服閥的第二端通過管道連接第一液壓油油箱，第三端通過管道連接第一液壓缸的第一入口，第四端通過管道連接第一液壓缸的第二入口 ；所述第一溢流閥的一端通過管道連接第一液壓油油箱，另一端與第一三級四通電液伺服閥的第一端和第一液壓電動栗之間的節(jié)點連接；所述第一液壓活塞位于第一液壓電動栗且與所述活動壓塊連接。
[0009]優(yōu)選地，所述含砂液容器的側(cè)壁上安裝有磁子攪拌定子線圈，所述含砂液容器的腔室中安裝有磁子攪拌轉(zhuǎn)子，所述磁子攪拌轉(zhuǎn)子在磁子攪拌定子線圈的作用下旋轉(zhuǎn)以攪拌所述含砂液容器中的含砂液。
[0010]優(yōu)選地，所述含砂液容器出口處管道上還安裝有壓力傳感器，所述含砂液容器上還安裝有用于檢測其含砂液流量的位移傳感器。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述第二三級四通電液伺服閥為帶電反饋的三級四通電液伺服閥。
[0012]優(yōu)選地，所述真三軸模塊還設(shè)有用于將試樣送入其腔室中的送樣裝置，該送樣裝置安裝于真三軸模塊上可活動且通過螺栓固定。
[0013]優(yōu)選地，所述高壓注入栗出口的管道上設(shè)有與試樣上井筒螺紋母扣配合的螺紋公扣。
[0014]優(yōu)選地，在所述試樣在放置室內(nèi)，與兩個方向的方形壓塊對立的兩個內(nèi)面上，分別固定有一鋼板，鋼板內(nèi)放置有用于容納探頭及電纜線的凹槽，每個鋼板上均布有四個所述聲發(fā)射探頭。
[0015]本發(fā)明提出的頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)，能夠模擬頁巖氣水力含砂壓裂過程，并可實現(xiàn)對該壓裂過程過程進行監(jiān)控，進行大量的實驗可指導(dǎo)實際生產(chǎn)，避免實際生產(chǎn)的盲目操作，提高了生產(chǎn)效率。另外，本頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)具有模塊化操作，集成控制的優(yōu)點，同時，本頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)中是通過設(shè)置第二液壓電動栗來推動推力活塞，而不是直接使用電動栗來栗入含砂液，使液壓栗無法實現(xiàn)含砂液體栗入的問題得到解決。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)中真三軸模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明頁巖氣水力壓裂物理模擬試驗系統(tǒng)中水力伺服栗壓模塊和水力含砂壓裂模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中，1-真三軸模塊、2-送樣裝置、3-圍壓活塞、4-緊固螺栓、5-液壓控制線路、6-水力含砂壓裂模塊、7-液壓栗控制箱體、8-高壓注入栗壓力顯示屏、9-三向壓力控制及顯示模塊、10-啟動開關(guān)及增壓栗控制模塊、11-水力壓裂高壓管線、12-控制電路、13-控制裝置、14-全信息聲發(fā)射分析儀主機、15-BNC同軸電纜線、16-傳感信