一种用于高温高压三轴及水力压裂试验的岩心试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于高温高压三轴及水力压裂的岩心试验装置，由顶部锥形螺纹堵头、拆卸辅助孔、O型密封圈、活动式螺栓圈、筒体、顶部垫块、加热电阻丝、腔体、岩样、高弹橡胶套筒、底部垫块、斯特封、轴向柱塞、轴向螺纹导轨、导油孔、中心导水孔、冷凝管、隔热保护层、换热冷却室、伺服液压机、螺栓、约束槽、高压四通阀、水压泵、围压泵、升降控制器、油箱、计算机系统和高压球阀构成。该试验装置结构简单，拆卸方便，密封性能良好，可快速更换岩心，可根据科研、生产要求在各种温度、压力条件下进行不同的岩心力学性质测试，包括用于岩心三轴试验和水力压裂试验，工作高效可靠。

A core test device for high temperature and high pressure triaxial and hydraulic fracturing test

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温高压三轴及水力压裂试验的岩心试验装置
本技术涉及一种试验装置，具体涉及一种用于高温高压三轴及水力压裂的岩心试验装置。
技术介绍
干热岩作为一种新兴的能源，具有储量大、分布范围广、清洁无污染等优点，已经广泛的引起了科研人员的关注。但是，因为干热岩埋深大，储层渗透率低，地应力高，使得干热岩的热能交换变得复杂。因此，往往需要进行储层刺激，即通过钻孔向深部干热岩岩体注入高压流体，使裂隙发生剪切破坏或张拉破坏，以此形成张开度更大、裂缝半径更长、渗透率更高的人工改造储层，提高深部干热岩热能开采效率。然而，若想进一步阐明深部岩体的水力压裂机制和三轴应力状态下的破坏机制，必须进行室内模拟高温高压水力压裂及三轴岩心试验，从而获得岩心各项物理性质参数，以此反映深部地下岩体的相关特性。由此，相应的试验装置相继被研发出来用于开展模拟试验。目前，对于模拟岩心在高温高压条件下的水力压裂和三轴试验，关键技术在于试验装置的密封性和便捷性。试验装置的密封性关系到模拟高压条件的准确度，密封性良好的试验装置不仅能满足深部地下岩体的压力条件，而且能提高试验的完成效率；由于试验条件的高温高压要求，试验装置的便捷性在很大程度上受到限制，既要考虑耐高温，又要考虑耐高压，使得大部分相关试验仪器拆卸过程复杂，高温油冷却时间长，试验周期缓慢。为此，有必要设计一种高效、快捷的高温高压岩心试验装置来完成相关测试工作。
技术实现思路
本技术目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于高温高压三轴及水力压裂的岩心试验装置，可实现岩心试验样品快速更换，高温油体快速冷却，缩短岩心试验周期，提高工作效率，根据需求完成高温高压条件下岩心三轴和水力压裂试验测试。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于高温高压三轴及水力压裂的岩心试验装置，由顶部锥形螺纹堵头、拆卸辅助孔、O型密封圈、活动式螺栓圈、筒体、顶部垫块、加热电阻丝、腔体、岩样、高弹橡胶套筒、底部垫块、斯特封、轴向柱塞、轴向螺纹导轨、导油孔、导水孔、冷凝管、隔热保护层、换热冷却室、伺服液压机、螺栓、约束槽、高压四通阀、水压泵、围压泵、升降控制器、油箱、计算机和高压球阀构成。所述螺纹堵头、筒体以及轴向柱塞围成腔体，腔体内充满二甲基硅油。螺纹堵头通过锥形螺纹与筒体连接，具体为螺纹堵头四周浇筑四个约束槽，活动式螺栓圈通过过盈配合嵌套在筒体上，并通过与其相连的四个螺栓配合束槽约束螺纹堵头。拆卸辅助孔浇筑在螺纹堵头上。螺纹堵头封堵在腔体上部，其中心设有与高压球阀相连的导水孔，用以提供水压通道和导出水流。边缘开设导油孔，其上还浇筑有拆卸辅助孔；高压球阀分别与水压泵和油箱相连，油箱还与冷凝管和连接围压泵的高压四通阀相连。所述冷凝管为盘管，直径在之间，呈环形串联在换热冷却室内，通过管线与筒体连接，让筒体中油液进入到冷凝管中进行冷却。所述筒体顶部平台面上设有两个O型橡胶圈，下部开口内环壁面设有双排配合轴向柱塞封堵腔体下部的斯特封，筒体内设有加热电阻丝，其按多排梅花桩式排布在筒体内，加热电阻丝与温度传感器相连。筒体分别与螺纹轴向导轨、冷凝管、水压泵和围压泵相连。围压泵、水压泵分别与压力传感器相连。所述筒体由大刚度刚材制成，其下端口设有四个外凸块体，块体中心设有螺纹孔，筒体通过螺纹孔连接在轴向螺纹导轨上，筒体通过轴向螺纹导轨控制上升下降。轴向螺纹导轨顶端设有凸块，且有四条大刚度导轨柱，其中对角两条为螺纹柱，另外对角线的两条为约束柱。所述轴向柱塞与伺服液压机控制连接，通过伺服液压机控制上升下降，并对岩样施加轴向压力，轴向柱塞与位移传感器相连，轴向柱塞位移量由位移传感器控制。伺服液压机外设有由石棉组成的隔热保护层，呈环状紧贴于换热冷却室内壁。所述腔体内设有高弹橡胶套筒，其内装有与螺纹堵头固定的顶部垫块、与轴向柱塞固定的底部垫块以及位于顶部垫块和底部垫块之间的岩样。所述顶部垫块两端中心设有凸管，上部凸管顶端设有球凸，球凸表面有锥形密封帽，并通过高强弹簧连接到顶部垫块上平台面上，上平台面上设有两个O型圈，上部凸管嵌入螺纹堵头下端，下部凸管管身设有两个O型圈，并嵌入岩样轴心。所述底部垫块下部连接凸管，上部有凹形槽，过滤垫片嵌套在底部垫块体内。装样按照顶部垫块、岩样、底部垫块的顺序套箍在高弹橡胶套筒里，并整体放置在腔体内部。O型橡胶圈嵌入在筒体顶部平台面上的两道圆形凹槽内；斯特封嵌入筒体下端开口内壁面上的两道圆形凹槽内；O型橡胶圈、锥形螺纹、斯特封均为密封装置。所述加热电阻丝、围压泵、水压泵以及与螺纹轴向导轨控制连接的升降控制器分别与计算机相连。管路由高压球阀控制开启关闭；水压泵、围压泵分别向岩样提供水压与围压，并通过传感器控制负荷大小。进一步的，所述拆卸辅助孔可插入棒状拆卸装备，以增加扭矩开启或关闭顶部锥形螺纹堵头。进一步的，所述的螺纹轴向导轨对角分布，导轨顶端有凸块，约束筒体向上移动，以及为筒体提供反作用力。进一步的，所述轴向柱塞移动量具有一定的限度，以防止与斯特封脱离。进一步的，所述腔体长度具有一定范围，范围大小由轴向柱塞决定，可为多种不同长度岩心试样提供试验。进一步的，所述顶部垫块、顶部垫块可根据不同的试验进行更换。进一步的，岩样为圆柱状试件，更换垫块的条件下可用小尺度方形岩样。进一步的，冷凝管与筒体之间、围压泵与筒体之间、水压泵与筒体之间利用便携式高温高压软管连接，油箱与高压四通阀之间利用普通软管连接。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：1、采用锥形螺纹堵头，本岩心试验装置结构简单，拆装方便。2、采用轴向螺纹导轨，实现快速升降筒体。3、采用冷凝管和换热冷却室配合，快速冷凝高温油体，大幅度缩短试验周期，提高试验效率。4、采用活动式螺栓圈，便于调节约束角度。5、采用了轴向柱塞升降控制筒体高度，可测试一定长度范围内的岩心试件，满足多样化的测试要求。6、采用了顶部垫块、底部垫块组件，更换不同的垫块可测试两种及以上具有规则形状的试件，特别是圆柱体和方形试样。附图说明图1为一种可用于高温高压三轴及水力压裂的岩心试验装置主视剖面示意图；图2为螺纹导轨装置的立体示意图；图3为顶部锥形螺纹堵头的俯视图；图4为活动式螺栓圈的平面示意图；图5为顶部垫块的结构示意图；图6为底部垫块的结构示意图；图7为冷凝管的布置的俯视图；图8为冷凝管的局部平面展开图；图中：1.螺纹堵头2.拆卸辅助孔3.O型橡胶圈4.活动式螺栓圈5.筒体6.顶部垫块7.加热电阻丝8.腔体9.岩样10.高弹橡胶套筒11.底部垫块12.斯特封13.轴向柱塞14.轴向螺纹导轨15.导油孔16.导水孔17.高压球阀18.冷凝管19.隔热保护层20.换热冷却室21.伺服液压机22-螺栓23.约束槽24.高压四通阀25.水压泵26.围压泵27.升降控制器28.油箱29.计算机30.锥形密封帽31.高强弹簧32.O型圈33.过滤垫片34.凹形槽。具体实施方式下面将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高温高压三轴及水力压裂试验的岩心试验装置，其特征在于：包括由锥形螺纹堵头(1)、与螺纹堵头(1)连接的筒体(5)以及轴向柱塞(13)围成的腔体(8)，腔体(8)内充满二甲基硅油；/n所述螺纹堵头(1)封堵在腔体(8)上部，其中心设有与高压球阀(17)相连的导水孔(16)，边缘开设导油孔(15)，其上还浇筑有拆卸辅助孔(2)；高压球阀(17)分别与水压泵(25)和油箱(28)相连，油箱(28)还与冷凝管(18)和连接围压泵(26)的高压四通阀(24)相连；/n所述筒体(5)顶部平台面上设有两个O型橡胶圈(3)，下部开口内环壁面设有双排配合轴向柱塞(13)封堵腔体(8)下部的斯特封(12)，筒体(5)内设有加热电阻丝(7)；筒体(5)分别与轴向螺纹导轨(14)、冷凝管(18)、水压泵(25)和围压泵(26)相连；/n所述轴向柱塞(13)与伺服液压机(21)控制连接；/n所述腔体(8)内设有高弹橡胶套筒(10)，其内装有与螺纹堵头(1)固定的顶部垫块(6)、与轴向柱塞(13)固定的底部垫块(11)以及位于顶部垫块(6)和底部垫块(11)之间的岩样(9)；/n所述加热电阻丝(7)、围压泵(26)、水压泵(25)以及与轴向螺纹导轨(14)控制连接的升降控制器(27)分别与计算机(29)相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于高温高压三轴及水力压裂试验的岩心试验装置，其特征在于：包括由锥形螺纹堵头(1)、与螺纹堵头(1)连接的筒体(5)以及轴向柱塞(13)围成的腔体(8)，腔体(8)内充满二甲基硅油；
所述螺纹堵头(1)封堵在腔体(8)上部，其中心设有与高压球阀(17)相连的导水孔(16)，边缘开设导油孔(15)，其上还浇筑有拆卸辅助孔(2)；高压球阀(17)分别与水压泵(25)和油箱(28)相连，油箱(28)还与冷凝管(18)和连接围压泵(26)的高压四通阀(24)相连；
所述筒体(5)顶部平台面上设有两个O型橡胶圈(3)，下部开口内环壁面设有双排配合轴向柱塞(13)封堵腔体(8)下部的斯特封(12)，筒体(5)内设有加热电阻丝(7)；筒体(5)分别与轴向螺纹导轨(14)、冷凝管(18)、水压泵(25)和围压泵(26)相连；
所述轴向柱塞(13)与伺服液压机(21)控制连接；
所述腔体(8)内设有高弹橡胶套筒(10)，其内装有与螺纹堵头(1)固定的顶部垫块(6)、与轴向柱塞(13)固定的底部垫块(11)以及位于顶部垫块(6)和底部垫块(11)之间的岩样(9)；
所述加热电阻丝(7)、围压泵(26)、水压泵(25)以及与轴向螺纹导轨(14)控制连接的升降控制器(27)分别与计算机(29)相连。


2.根据权利要求1所述的一种用于高温高压三轴及水力压裂试验的岩心试验装置，其特征在于：所述螺纹堵头(1)四周浇筑四个约束槽(23)，活动式螺栓圈(4)通过过盈配合嵌套在筒体(5)上，并通过与其相连的四个螺栓(22)配合束槽(23)约束螺纹堵头(1)。


3.根据权利要求1所述的一种用于高温高压三轴及水力压裂试验的岩心试验装置，其特征在于：所述筒体(5)由大刚度刚材制成，其下端口设有四个外凸块体，块体中心设有螺纹孔，筒体(5)通过螺纹孔连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延军，高雪峰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22