多周期交變應力斷層模擬實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)領域科研院所用模擬實驗裝置，具體的說是一種多周期交變應力斷層模擬實驗裝置。
【背景技術】
[0002]地下儲氣庫在多次注采過程中會形成的多周期交變應力，在此條件下斷層的封閉性會發(fā)生變化，斷層封閉性是指斷層對油氣的封閉能力，斷層對油氣的運移、聚集、保存和破壞等控制本質就是斷層封閉性問題，在石油勘探和開發(fā)領域極具現(xiàn)實意義，其中儲氣庫斷層封閉性失效會導致儲氣庫泄露甚至失效。因此，如何確定和評價不同地質條件儲氣庫注采壓力上下限及儲氣庫薄弱點分布，對于判斷斷層封閉性來說至關重要。而目前沒有專門針對斷層評價在內的圈閉有效性評價的裝置，導致斷層封閉性不易判斷。

【發(fā)明內容】

[0003]為了克服現(xiàn)有的地下儲氣庫斷層封閉性不易判斷的不足，本發(fā)明提供一種多周期交變應力斷層模擬實驗裝置，該裝置不僅能對儲庫斷層樣品的封閉性參數(shù)進行測試，而且可以實現(xiàn)模擬儲庫多周期交變應力條件下樣品的應變狀態(tài)等進行實時連續(xù)監(jiān)測，還可以結合儲庫其它地質條件(如巖性、斷層充填物、斷層參數(shù)等)對儲庫多周期交變應力運行條件下的斷層封閉條件進行綜合評價。
[0004]本發(fā)明的技術方案是:一種多周期交變應力斷層模擬實驗裝置，包括巖心制備系統(tǒng)、抽真空組件、主機模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、壓力注入系統(tǒng)，所述的巖心制備系統(tǒng)包括巖心鉆取機、巖心切割機，所述的巖心鉆取機包括鉆取平臺、取心鉆頭，鉆取平臺放置在鉆床的升降座下方，鉆取平臺底部設有水槽，周邊設有擋水罩，鉆取平臺上方固定有巖樣卡具，且?guī)r樣卡具中心與取心鉆頭中心對正；所述的巖心切割機包括機箱、切割片、切磨輪及用于夾持巖心的旋轉夾具，機箱內固定有水槽底板，水槽底板周邊設有切割機水槽，水槽底板上部通過砂輪固定板固定有砂輪主體，砂輪主體的兩側分別通過轉軸連接有切割片及切磨輪，砂輪固定板兩側的水槽底板上分別固定有巖心進給裝置，巖心進給裝置包括橫向托板、縱向托板，其中橫向托板與橫向絲杠相連，縱向托板與縱向絲杠相連；所述用于夾持巖心的旋轉夾具固定在縱向托板上；
所述的抽真空組件包括移動支架、真空泵，移動支架上部固定有飽和瓶及干燥塔；
所述的主機模型系統(tǒng)包括油缸、龍門架、巖心樣品，龍門架內固定有底座，底座上部固定有圍壓腔，圍壓腔外部設有柔性加熱套，所述的巖心樣品置于圍壓腔內，且通過外部的膠筒固定在底座上，巖心樣品上部設有堵頭，堵頭上部通過活塞桿與油缸的伸縮桿相連；所述的龍門架側面設有USB串接口及應變測量轉接板接口 ；
所述的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)由軟件顯示屏、工控主機、采集控制箱、應變采集儀組成，應變采集儀包括應變片、補償片，應變片布置在巖心裂縫處的邊緣，補償片布置在設備的其他位置，來參考應變的變化；所述的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)通過工控主機和采集控制箱、應變采集儀，根據(jù)軟件分析處理不同壓力條件下巖樣裂縫處的不同應變，動態(tài)監(jiān)測不同壓力組合下對巖樣的影響，并顯示在軟件顯示屏上；
所述的壓力注入系統(tǒng)包括增壓泵、氣源。
所述巖心切割機上的旋轉夾具包括固定立柱、巖心固定塊，巖心固定塊連接在兩個固定立柱之間，且一端通過鎖緊螺桿鎖緊，另一端通過球頭立柱固定，球頭立柱上開有垂直與巖心固定塊軸線的小孔，孔內置有彈簧，彈簧位于巖心固定塊的一端連接有定位球，巖心固定塊表面開有與定位球相配合的凹槽；所述的巖心固定塊上連接有與其軸線垂直的鎖緊絲桿，鎖緊絲桿兩端分別與導向圈A及導向圈B相配合，且導向圈A與導向圈B的螺紋旋向相反。
[0005]所述主機模型系統(tǒng)的堵頭上部設有球頭，所述的活塞桿下端連接有壓頭座，壓頭座與球頭采用球面配合，且活塞桿上端與球形座通過球面配合，球形座上部通過銷軸連接壓頭，壓頭與油缸的伸縮桿相連。
[0006]所述主機模型系統(tǒng)的底座上分別設有mm規(guī)格巖心槽及mm規(guī)格巖心槽；且底座上連接有管線，且管線外部設有絕緣的護線套。
[0007]本發(fā)明具有如下有益效果:由于采取上述方案，該實驗裝置可以根據(jù)不同儲氣庫評價目標斷層性質，通過斷層實驗樣品，模擬地下儲氣庫的地質條件，實現(xiàn)不同注采運行工況的模擬，進行多周次的注采模擬，探討斷層性質的變化。通過物理模擬與評價軟件的數(shù)值模擬相結合的綜合評價方法，預測斷層的密封性，為儲氣庫建庫條件的評價、預測儲氣庫斷層薄弱點、制定更合理的注采氣方案、以及庫容參數(shù)(上限壓力)的優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)和指標。
[0008]本裝置不僅能對儲庫斷層樣品的封閉性參數(shù)進行測試，而且要實現(xiàn)模擬儲庫多周期交變應力條件下樣品的應變狀態(tài)等進行實時連續(xù)監(jiān)測，還能結合儲庫其它地質條件(巖性、斷層充填物、斷層參數(shù)等)對儲庫多周期交變應力運行條件下的斷層封閉條件進行綜合評價。是我國首次針對地下儲氣庫地質條件和運行特征而進行自主研發(fā)的模擬測試裝置。
【附圖說明】
[0009]圖1是主機模型系統(tǒng)的結構示意圖；
圖2、圖3是主機模型系統(tǒng)中底座的結構示意圖；
圖4是巖心鉆取機的結構示意圖；
圖5、圖6是巖心切割機的結構不意圖；
圖7、圖8是巖心旋轉夾具的俯視圖；
圖9是抽真空組件的示意圖；
圖10是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖。
[0010]圖中1-油缸，2-龍門架，3-壓頭，4-銷軸，5-球形座，6-球形鎖緊螺母，7_活塞桿，8-圍壓腔，9-壓頭座，10-球頭，11-堵頭，12-巖心樣品，13-柔性加熱套，14-膠筒，15-導線引出線，17-導向圈組件，18-密封圈，19-底座，20-USB串接口，21-絕緣套，22-護線套，23-應變測量轉接板接口，24-液壓站，25-手動面板，27-密封接頭，28-銅柱，29-100mm規(guī)格巖心槽，30-50mm規(guī)格巖心槽，31-管線，32-面板，33-真空表，34-飽和瓶，35-干燥塔，36-真空泵，37-移動支架，38-電源插排，39-軟件顯示屏，40-工控主機，41-采集控制箱，42-應變采集儀，43-支架，44-手輪，45-機箱，46-切割片防塵罩，47-機箱防塵罩，48-注冷氣管，50-切磨輪防塵罩，51-切割機水槽，53-切割片，55-水槽底板，56-砂輪固定板，57-砂輪主體，59-橫向絲杠，60-切磨輪，61-橫向托板，64-縱向絲杠，65-縱向托板，66-電機軸套，67-步進電機，69-玻璃視窗，70-排風扇，71-注水管，72-排水管，73-循環(huán)泵，74-左卡簧，75-導向圈A，76-鎖緊螺桿，77-鎖緊絲桿，78-導向柱，82-導向圈B，84-電機固定盤，85-固定立柱，86-定位球，87-彈簧，88-緊定螺釘，89-球頭立柱，90-巖心固定塊，91-鎖緊把手A，92-鎖緊把手B，133-卡緊座，134-皮帶輪，135-升降座，136-注水管，137-取心鉆頭，138-擋水罩，139-巖樣卡具，140-鉆取平臺，141-水槽。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
由圖1至圖10所示，一種多周期交變應力斷層模擬實驗裝置，主要包括巖心制備系統(tǒng)、抽真空組件、主機模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、壓力注入系統(tǒng)，通過巖心制備系統(tǒng)及抽真空組件制作出巖心樣品，放入主機模型系統(tǒng)中，由壓力注入系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)模擬不同地層條件進行實驗，再由數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)采集信號，通過電腦進行分析，從而來評價巖心在不同地層條件下的封閉性。
[0012]所述的巖心制備系統(tǒng)包括巖心鉆取機、巖心切割機，所述的巖心鉆取機包括鉆取平臺140、固定在鉆床上的取心鉆頭137，鉆取平臺140放置在鉆床的升降座135下方。鉆取平臺140底部周邊設有水槽141，水槽141周邊設有擋水罩138，鉆取平臺140上方固定有巖樣卡具139，且?guī)r樣卡具139中心與取心鉆頭137中心對正。取心鉆頭137外部設有密封套，且取心鉆頭137與密封套之間可自由旋轉，密封套通過螺柱與卡緊座133相連，而卡緊座133的另一端固定在鉆床的升降座135上，從而將密封套固定在升降座135上；密封套上連接有注水管136。在鉆取巖心時，通過注水管136向水槽141內注入冷卻液或冷氣，樣品通過巖樣卡具139固定后，放置在鉆取平臺140上，取心鉆頭137在皮帶輪134帶動下進行取心，巖肩和水、氣等散出物將在擋水罩138的作用下被集中起來，實現(xiàn)設備無塵化鉆取。
[0013]通過巖心鉆取機得到的巖心樣品，放入到巖心切割機進行切割，以保證巖心兩端的平行度。所述的巖心切割機包括機箱45、切割片53、切磨輪60及用于夾持巖心的旋轉夾具，機箱45由支架43支撐，放置在地面，機箱45內固定有水槽底板55，水槽底板55周邊設有切割機水槽51，水槽底板55上部通過砂輪固定板56固定有砂輪主體57，砂輪主體57的兩側分別通過轉軸連接有切割片53及切磨輪60，切割片53外部設有切割片防塵罩46，切磨輪60外部設有切磨輪60防塵罩，在砂輪主體57高速運轉時，可以有效的防止切割的碎肩甩出傷人；機箱45上部通過合頁連接有機箱防塵罩47，在加工時合上，可以減少粉塵外排；同時，切割片防塵罩46及切磨輪60防塵罩上還固定有注冷氣管48，可通過其向機箱45內注冷氣。砂輪固定板56兩側的水槽底板55上分別固定有巖心進給裝置，所述的巖心進給裝置包括橫向托板61、縱向托板65，其中橫向托板61與橫向絲杠59相連，縱向托板65與縱向絲杠64相連，縱向托板65在橫向托板61的上方。所述用于夾持巖心的旋轉夾具放置在縱向托板65上，可以根據(jù)切割位置不同隨托板移動。機箱45的外部設有手輪44，手輪44與橫向絲杠59和縱向絲杠64相連，通過轉動手輪44即可使兩絲杠轉動，從而帶動橫向托板61和縱向托板65移動，來變換巖心的位置。切割情況可通過機箱防塵罩46上的玻璃視窗69觀察。機箱45后側設有排風扇70，底部分別連接有注水管71和排水管72，注水管71和排水管72均與切割機水槽51相通，通過循環(huán)泵73實現(xiàn)排污和上下水循環(huán)。
[0014]上述的旋轉夾具包括固定立柱85、巖心固定塊90，固定立柱85為兩個，分別固定在電機固定盤84上。巖心固定塊90