本發(fā)明涉及油氣藏水力壓裂以及液氮制冷研究領(lǐng)域，特別涉及一種真三軸水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)的液氮制冷安裝裝置，用以監(jiān)測(cè)在模擬地應(yīng)力條件下巖石熱脹冷縮性質(zhì)對(duì)提高水力壓裂效果的作用，并考察地應(yīng)力條件、加熱溫度、制冷溫度、壓裂液溫度、三者之間的溫差和射孔條件等參數(shù)對(duì)裂縫起裂和延伸的影響規(guī)律。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國(guó)家的能源需求量不斷提升。水力壓裂技術(shù)，是油氣藏開(kāi)采過(guò)程中常用的增產(chǎn)措施。利用水力壓裂技術(shù)，可增大油氣儲(chǔ)集層的天然裂縫、形成人工裂縫、增強(qiáng)裂縫之間的連通性，提高油氣儲(chǔ)集層的滲透率。

巖石熱脹冷縮性質(zhì)的應(yīng)用，對(duì)于地下油氣儲(chǔ)集層的裂縫形成有著有益效果，可提高水力壓裂的效率，有利于裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成。利用地下油氣儲(chǔ)集層的熱脹冷縮特性進(jìn)行儲(chǔ)集層破碎，是一個(gè)高效可行的方法。

在過(guò)去的研究中，油氣儲(chǔ)集層熱脹冷縮性能的利用，未能用于水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中。對(duì)于在加熱、制冷以及過(guò)渡于水力壓裂的過(guò)程中，保證模擬地應(yīng)力的持續(xù)施加，是研究地下巖石熱脹冷縮性質(zhì)對(duì)于水力壓裂的作用的必要條件。地應(yīng)力的缺失，對(duì)于所模擬的地下一定深度、受一定圍壓作用的油氣儲(chǔ)集層而言，是并不準(zhǔn)確的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往與真實(shí)地層情況有差距，并不具有代表性。因此，設(shè)計(jì)能將油氣儲(chǔ)集層熱脹冷縮和水力壓裂相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)模擬地下油氣儲(chǔ)集層熱脹冷縮性質(zhì)的作用有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是監(jiān)測(cè)在模擬地應(yīng)力條件下，巖石熱脹冷縮性質(zhì)對(duì)提高水力壓裂效果的作用，并觀察不同溫度、溫差及射孔條件等參數(shù)對(duì)裂縫起裂及延伸的影響，為此提供了一種用于真三軸水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)的液氮制冷安裝裝置。

本發(fā)明包括三軸加壓?jiǎn)卧?、微波加熱單元與液氮制冷單元：

所述三軸加壓?jiǎn)卧ㄋ膫€(gè)固定軸、八個(gè)螺栓、壓裂室主機(jī)、推進(jìn)臺(tái)、三個(gè)加載板、一個(gè)后擋板、x向三通閥、y向三通閥、z向三通閥、x向壓力傳感器、y向壓力傳感器、z向壓力傳感器、x向加壓液壓缸、y向加壓液壓缸、z向加壓液壓缸、兩個(gè)x向卸料液壓缸、聲發(fā)射傳感器和溫度傳感器；

y向加壓液壓缸、z向加壓液壓缸均通過(guò)沉頭螺釘固定在壓裂室主機(jī)上；x向加壓液壓缸與壓裂室主機(jī)通過(guò)四個(gè)固定軸和八個(gè)螺栓進(jìn)行螺紋密封連接；推進(jìn)臺(tái)通過(guò)膠接連接方式，一面與x向加壓液壓缸的底座連接，一面與壓裂室主機(jī)連接，并與試樣室底邊重合，以便推送實(shí)驗(yàn)試塊進(jìn)入試樣室；x向退料油缸通過(guò)沉頭螺釘固定在壓裂室主機(jī)上；x向加壓液壓缸、y向加壓液壓缸、z向加壓液壓缸的液壓桿端部分別與加載板連接，連接方式為沉頭螺釘連接；在x方向上，試樣室內(nèi)放有后擋板，后擋板與壓裂室主機(jī)中心對(duì)應(yīng)位置留有一定尺寸的孔洞，且與兩個(gè)x向卸料液壓缸的液壓桿端部通過(guò)沉頭螺釘連接；在壓裂室主機(jī)的底座中有連接口，與位于試樣室正下方處的空腔連通，用于連接微波加熱設(shè)備與液氮制冷設(shè)備，并留有與試樣室連接的液氮運(yùn)輸通道；

x向加壓液壓缸、y向加壓液壓缸和z向加壓液壓缸進(jìn)油口連接處，分別與x向三通閥、y向三通閥和z向三通閥螺紋連接分成兩路，一路分別與x向壓力傳感器、y向壓力傳感器和z向壓力傳感器通過(guò)螺紋密封連接，用于傳輸壓力信號(hào)，另一路分別連接液壓源提供中心；x向退料液壓缸的進(jìn)出油口連接液壓源提供中心；

加載板上通過(guò)膠接方式安裝有聲發(fā)射傳感器和溫度傳感器，通過(guò)其內(nèi)部的導(dǎo)線槽和槽口伸出，傳輸聲發(fā)射信號(hào)與溫度信號(hào)；

所述微波加熱單元包括微波發(fā)生裝置、波導(dǎo)管和微波天線；所述微波發(fā)生裝置可在一定范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)微波的頻率及功率；所述波導(dǎo)管與微波天線連接，可與壓裂室主機(jī)的底座相連接，連接方式為螺紋連接；

所述液氮制冷單元包括液氮存儲(chǔ)鋼瓶和低溫管道；所述低溫管道與壓裂室主機(jī)的底座相連接，連接方式為螺紋連接；

優(yōu)選的，壓裂室主機(jī)除微波天線正上方的試樣室底部材質(zhì)外，其余材質(zhì)均屬于微波反射材料；加載板、后擋板、后六角螺栓、固定管道、x向加壓液壓缸、y向加壓液壓缸、z向加壓液壓缸、兩個(gè)x向卸料液壓缸的缸體與液壓桿均屬于微波反射材料；聲發(fā)射傳感器與溫度傳感器耐高溫，采用的耦合劑耐高溫，方便靈敏測(cè)得信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的真三軸水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)的液氮制冷安裝裝置，通過(guò)將所述低溫管道與壓裂室主機(jī)連接以制冷實(shí)驗(yàn)試塊。用于真三軸水力壓裂模擬實(shí)驗(yàn)的液氮制冷安裝裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬地應(yīng)力條件下的巖石的熱脹冷縮性質(zhì)的模擬實(shí)驗(yàn)，并能模擬巖石熱脹冷縮性質(zhì)對(duì)水力壓裂效果的影響。采用的聲發(fā)射傳感器與溫度傳感器能考察地應(yīng)力條件、加熱溫度、制冷溫度、壓裂液溫度、三者之間的溫差和射孔條件等參數(shù)對(duì)裂縫起裂和延伸的影響規(guī)律。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的立體分解示意圖。

圖2為本發(fā)明的主視圖。

圖3為圖2中的a—a剖視圖。

圖4為本發(fā)明的加載板立體示意圖。

圖中：1—微波發(fā)生裝置；2—波導(dǎo)管；3—微波天線；4—液氮存儲(chǔ)鋼瓶；5—低溫管道；6—x向加壓液壓缸；7—y向加壓液壓缸；8—z向加壓液壓缸；9—x向退料液壓缸；10—螺栓；11—固定軸；12—推進(jìn)臺(tái)；13—壓裂室主機(jī)；14—試樣室；15—x向壓力傳感器；16—y向壓力傳感器；17—z向壓力傳感器；18—x向三通閥；19—y向三通閥；20—z向三通閥；21—加載板；22—連接口；201—后擋板；202—液氮傳輸管道；203—空腔；204—孔洞；301—聲發(fā)射傳感器；302—溫度傳感器；303—槽口；304—導(dǎo)線槽。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明有包括三軸加壓?jiǎn)卧?、微波加熱單元與液氮制冷單元：

所述三軸加壓?jiǎn)卧ㄋ膫€(gè)固定軸11、八個(gè)螺栓10、壓裂室主機(jī)13、推進(jìn)臺(tái)12、三個(gè)加載板21、一個(gè)后擋板201、x向三通閥18、y向三通閥19、z向三通閥20、x向壓力傳感器15、y向壓力傳感器16、z向壓力傳感器17、x向加壓液壓缸6、y向加壓液壓缸7、z向加壓液壓缸8、兩個(gè)x向卸料液壓缸9、聲發(fā)射傳感器301和溫度傳感器302；

其中，y向加壓液壓缸7和z向加壓液壓缸8均通過(guò)沉頭螺釘固定在壓裂室主機(jī)13上；x向加壓液壓缸6與壓裂室主機(jī)13通過(guò)四個(gè)固定軸11和八個(gè)螺栓10進(jìn)行螺紋密封連接；推進(jìn)臺(tái)12通過(guò)膠接連接方式，一面與x向加壓液壓缸6的底座連接，一面與壓裂室主機(jī)13連接，并與試樣室14底邊重合，以便推送實(shí)驗(yàn)試塊進(jìn)入試樣室14；x向退料油缸9通過(guò)沉頭螺釘固定在壓裂室主機(jī)13上；x向加壓液壓缸6、y向加壓液壓缸7和z向加壓液壓缸8的液壓桿端部分別與加載板21連接，連接方式為沉頭螺釘連接；在x方向上，試樣室14內(nèi)放有后擋板201，后擋板201與壓裂室主機(jī)13中心對(duì)應(yīng)位置留有孔洞204，且與兩個(gè)x向卸料液壓缸9的液壓桿端部通過(guò)沉頭螺釘連接；在壓裂室主機(jī)13的底座中有連接口22，與位于試樣室正下方處的空腔203連通，用于連接微波加熱設(shè)備與液氮制冷設(shè)備，并留有與試樣室14連接的液氮運(yùn)輸通道202；

x向加壓液壓缸6、y向加壓液壓缸7和z向加壓液壓缸8進(jìn)油口連接處，分別與x向三通閥18、y向三通閥19和z向三通閥20螺紋連接分成兩路，一路分別與x向壓力傳感器15、y向壓力傳感器16和z向壓力傳感器17通過(guò)螺紋密封連接，用于傳輸壓力信號(hào)，另一路分別連接液壓源提供中心；x向退料液壓缸9的進(jìn)出油口連接液壓源提供中心；

加載板21上通過(guò)膠接方式安裝有聲發(fā)射傳感器301和溫度傳感器302，通過(guò)其內(nèi)部的導(dǎo)線槽304和槽口303伸出，傳輸聲發(fā)射信號(hào)與溫度信號(hào)；

所述微波加熱單元包括微波發(fā)生裝置1、波導(dǎo)管2和微波天線3；微波發(fā)生裝置1具有波導(dǎo)管2，波導(dǎo)管2與微波天線3連接，微波發(fā)生裝置1與壓裂室主機(jī)13的底座相連接，連接方式為螺紋連接；所述微波發(fā)生裝置1的頻率及功率可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；

所述液氮制冷單元包括液氮存儲(chǔ)鋼瓶4和低溫管道5；所述低溫管道5與壓裂室主機(jī)13的底座相連接，連接方式為螺紋連接；

優(yōu)選的，壓裂室主機(jī)13除微波天線3正上方的試樣室14底部材質(zhì)外，其余材質(zhì)均屬于微波反射材料；加載板21、后擋板201、x向加壓液壓缸6、y向加壓液壓缸7、z向加壓液壓缸8、兩個(gè)x向卸料液壓缸9的缸體與液壓桿均屬于微波反射材料；聲發(fā)射傳感器301與溫度傳感器302耐高溫，采用的耦合劑耐高溫，方便靈敏測(cè)得信號(hào)。