专利汇可以提供一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置与试验方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 煤 岩多相不同 流体 三轴压裂试验装置与试验方法,属于 岩石 及岩体 力 学与工程技术领域范畴,其特征在于本 发明 的装置由三轴 应力 实时加载系统、多相不同流体压裂系统、密封系统、 温度 控制系统、声发射监测系统及 数据采集 系统六大系统组成,可对煤岩试件进行不同流体及其多相态下的压裂实验比较,还可实现多条件下对影响煤岩试件致裂的流体 增压 速率、流体 粘度 、流体等温压缩系数、流体温度等参数的敏感性进行分析,在压裂实验过程中,能够精确的记录压裂介质的压力及温度的变化规律,通过装配的微型声发射 传感器 能够实时记录试件压裂过程中的声发射事件,还可对煤岩试件进行压裂前后 多相流 体的渗流实验等。,下面是一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置与试验方法专利的具体信息内容。
1.一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置,其特征在于是一种可模拟多相态不同压裂介质及其多种试验条件下煤岩试件的压裂的试验装置,该装置由三轴应力实时加载系统、多相不同流体压裂系统、密封系统、温度控制系统、声发射监测系统及数据采集系统六大系统组成,其所述的三轴应力实时加载系统是指三轴压力室,三轴压力室端部设置有轴向压力室,轴向压力室中设置有传压柱,在传压柱端部设置有可替换式上压头(12),上压头(12)中部设置有压裂管(11),压裂管(11)直接与含中心孔的煤岩试件(19)密封连接,三轴压力室内底部设置有下压头(15),下压头(15)中部设置有排液口,三轴压力室外部设置有加压柱塞泵(24),加压柱塞泵(24)外部管线上设置有径向压力传感器(25)与轴向压力传感器(26),加压柱塞泵(24)将液压油经径向压力传感器(25)及轴向压力传感器(26)进行压力控制调节后,由轴向压力室上设置的轴向进油口(17)压入轴向压力室,通过所述的传压柱与上压头(12)对煤岩试件(19)传递轴向压力,由三轴压力室上设置的径向进油口(21)压入径向压力室直接对密封的煤岩试件(19)实施径向压力,轴向压力室外部还设置有轴向位移传感器(16),对煤岩试件(19)进行轴向位移监测,煤岩试件(19)中部设置有链式径向位移传感器(14),对试件进行径向位移监测;所述的多相不同流体压裂系统包括气相压裂系统、液相压裂系统和超临界态压裂系统,其中气相压裂系统包括CO2储气罐(1)、N2储气罐(2)和其它气体储气罐(3),所述的各种储气罐通过压力控制阀依次与设置的制冷器(5)、压裂介质储罐(6)与增温增压集成装置(7)进行连接,制冷器(5)与增温增压集成装置(7)中的增温部分对压裂气体进行温度调节,通过增温增压集成装置(7)中的增压部分提高气体压力后,直接与压裂管(11)连接,对与压裂管(11)密封连接的煤岩试件(19)进行气相压裂,压裂管(11)设置有直接与其相连的压裂介质压力传感器(9)与伸入其内部的热电偶(18),对压裂过程中的流体压力及温度进行精确监测;其中液相压裂系统是指储液罐(4),储液罐(4)通过压力控制阀依次与设置的制冷器(5)、压裂介质储罐(6)和增温增压集成装置(7)进行连接,其实验过程及装置连接方式与上述气相压裂过程一致;超临界态压裂系统是指超临界态CO2储气罐(1),CO2储气罐(1)通过压力控制阀依次与设置的制冷器(5)、压裂介质储罐(6)和增温增压集成装置(7)进行连接,打开CO2储气罐(1),CO2流经所述的增温增压集成装置(7)中的增压部分将CO2气体压力提高至大于7.38MPa,经所述的增温增压集成装置(7)中的增温部分将CO2气体温度提高至大于31.1℃,由此产生高压超临界CO2经与所述的增温增压集成装置(7)相连的压裂管(11)对煤岩试件(19)进行压裂,压裂管(11)设置有直接与其相连的压裂介质压力传感器(9)与伸入其内部的热电偶(18)对压裂过程中的流体压力及温度进行精确监测;所述的密封系统是指耐高温密封胶(27),利用所述的高温密封胶(2)将所述的压裂管(11)中上部分与煤岩试件(19)预留压裂口进行密封,将上述密封后的煤岩试件(19)的上、下端面与所述的上压头(12)及下压头(15)对齐,利用电工胶带自下而上螺旋式的将煤岩试件(19)的上压头(12)及下压头(15)固定,将与所述上压头(12)及下压头(15)固定的试件(19)套入热缩套管(13),在所述的热缩套管(13)的上下端部用金属箍(10)固定,再将该密封整体置于所述的三轴压力室内与液压油隔绝;所述的温度控制系统包括制冷装置(5)、增温增压集成装置(7)和加热保温套(22),多相不同压裂介质经过依次与储罐相连的制冷装置(5)进行低温控制及增温增压集成装置(7)中的增温部分进行加热控制,三轴压力室周围设置有加热保温套(22),通过加热保温套(22)对三轴压力室进行加热,通过三轴压力室内高温液压油将温度传递给煤岩试件(19)进行模拟地层温度控制;所述的声发射监测系统,包括声发射传感器(20)和声发射处理装置,压裂实验前,将所述的声发射传感器(20)分别与煤岩试件(19)的上、下端面粘结,置于上压头(12)及下压头(15)上预留的声发射传感器布置孔中,利用声发射仪监测煤岩试件(19)的声发射变化,并进行三维声发射定位,用来监测煤岩试件(19)内部裂纹的起裂和扩展演化参数;所述的数据采集系统,是将压裂介质压力传感器(9)通过数据线与计算机(29)联接,以实时显示试验过程中压裂介质压力的变化,所述的热电偶(18)通过数据线与所述的计算机(29)联接,以实时显示实验过程中压裂介质温度的变化,所述的径向位移传感器(14)及轴向位移传感器(16)通过数据线与所述的计算器(29)联接,以实时显示实验过程中煤岩试件(19)的径向及轴向应变,所述的径向压力传感器(25)及轴向压力传感器(26)通过数据线与所述的计算机(29)联接,以实时显示控制径向及轴向压力,所述的流量计(28)通过数据线与所述的计算机(29)联接,以实时记录实验过程中压裂流体的排出量,在上述实时采集数据过程的同时还可生成压力加载过程动态曲线、温度变化动态曲线、压裂过程动态曲线、孔隙压力变化动态曲线和试件(19)内部压力变化动态曲线以便进行控制并能够予以输出。
2.根据权利要求1所述的一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置,其特征在于所述的增温增压集成装置(7)中的加压部分改变压裂介质的增压速率,以研究增压速率对同种流体压裂煤岩试件的压裂效果的影响,及进行多相态不同流体对增压速率这一压裂参数的敏感性分析的基础上,替换上压头(12)处压裂管线更替为射流碰嘴,通过加压系统控制压裂介质在高压力与大流量下实现对含中心孔煤岩试件(19)的多相不同流体射流压裂,以比较多相态不同流体对煤岩试件的射流压裂效果。
3.根据权利要求1所述的一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置,其特征在于所述的增温增压集成装置(7)对气态流体与超临界态流体等压裂介质进行压力与温度控制,改变其流体粘度与等温压缩系数,以研究流体粘度或等温压缩系数参数对同种流体压裂煤岩试件压裂效果的影响及多相态不同流体对流体粘度与等温压缩系数压裂参数的敏感性分析。
4.根据权利要求1所述的一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置,其特征在于,开启不同气体储气罐,将气体按照要求的体积比例在压裂介质储罐(6)中后混合对煤岩试件(19)进行压裂,以研究按照不同比例的不同混合气体对煤岩试件压裂效果的影响。
5.根据权利要求1所述的一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置,其特征在于所述的压裂管(11)处设有压裂介质压力传感器(9)直接与压裂管联通,同时压裂管(11)内部安置热电偶(18)精确的记录压裂过程中压裂管(11)及煤岩试件(19)压裂孔中压力及温度变化,以研究分析多相态不同流体对煤岩试件压裂前后温度及压力变化特征。
6.根据权利要求1所述的一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置,其特征在于,通过三轴伺服控制加载系统及加热保温套(22)实现对深部岩层压力及温度条件的模拟,当达到CO2超临界态的压力及温度条件时,分别用常规气态CO2、液态CO2及超临界态CO2对煤岩试件进行压裂实验,以研究压裂流体在压裂过程中发生相态转变对压裂效果的影响。
7.根据权利要求1所述的上述一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置,其特征在于,加热保温套(22)实现了对深部岩层较高温度条件的模拟,通过制冷器(5)对多相态不同流体压裂介质进行低温控制,以研究流体介质低温条件下对处于较高温度条件下的煤岩试件压裂效果的影响,及通过制冷器(5)及增温增压集成装置(7)中增温系统研究多相态不同流体对流体温度这一压裂参数的敏感性分析。
8.根据权利要求1所述的一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置,其特征在于,将某一地层压力及温度条件下的煤岩试件(19)完全浸入超临界CO2中,12小时后通过三轴伺服控制实时加载系统可研究超临界CO2浸泡条件下的煤岩力学特性,及研究原煤试件驱替后的岩石力学特性。
9.根据权利要求1所述的一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置的试验方法,其特征在于可进行不同气体、不同液体、超临界态CO2及其在多种条件下对煤岩试件进行压裂的比较试验,首先要求对煤岩试件(19)进行钻孔加工,并与压裂管(11)用耐高温密封胶(27)进行封孔处理,用热缩套管(13)进行整体密封后置于三轴压力室中,通过三轴应力实时加载系统将轴向、径向压力加载至设定应力值,开启声发射监测系统,开启加热保温套(22)设定加热温度对煤岩试件(19)进行加热,当温度达到设定值后稳定30分钟,根据要求对煤岩试件(19)进行不同气体、不同液体、超临界态CO2及其多条件下的压裂,该过程通过多向高压控制阀进行切换,压裂过程中通过声发射监测系统、及数据采集系统监测采集压裂介质的温度、流量、压力与试件应力、应变、裂纹的起裂和扩展演化等参数,其具体实施步骤为:
1)将从现场取得的砂岩、泥岩或原煤的岩块或煤块用高精度数控线切割设备进行煤岩试件加工,得到Φ50×100mm或Φ75×150mm的原岩试样,利用高精度钻床台钻在烘干后的试件端面进行钻孔,孔径为Φ10mm或Φ15mm,孔深为50mm或75mm,重复以上步骤,制备多组煤岩试件;
2)将压裂管(11)中上部用高温密封胶与煤岩试件(19)所含的中心孔密封,将上下四组声发射传感器与煤岩试件(19)粘连后固定置于上压头(12)、下压头(15)所预留的声发射孔中,使试件各面与相应压头各面对齐,用电工胶带从下至上以螺旋缠绕方式将煤岩试件(19)与下压头(15)、上压头(12)固定,使其超出试件上下端头20mm左右,将热缩套管(13)套于煤岩试件(19)上,用电吹风将热缩管(13)均匀吹紧使其与试件密实接触,用两个金属箍(10)分别箍住热缩管与上压头(12)及下压头(15)的重合部分,最后将链式径向位移传感器(14)安装于试件的中部位置,连接好数据传输接线;
3)开启数据采集系统,按照要求通过三轴伺服实时加载系统使煤岩试件(19)达到所需应力条件,首先通过加压柱塞泵(24)对煤岩试件施加轴向压力,达到压力后通过加压柱塞泵(24)对试件施加径向压力,以此方式交替进行加载达到规定模拟地应力值,此过程通过径向压力传感器(25)与轴向压力传感器(26)实时采集压力值;
4)试件压裂前按照要求先对煤岩试件(19)进行多相不同流体渗流实验,开启储气罐或储液罐,通过增温增压集成系统(7)中的加压部分,对所要求渗流介质施加渗透压力,通过压裂管(11)到达煤岩试件(19),渗出流体通过下压头(15)流体通道排出进入流量计(28)进行计量;
5)按要求进行多相不同流体及其多条件下的压裂试验,首先开启声发射系统,打开储气罐或储液罐,通过增温增压集成装置(7)中的加压部分提高压裂介质压力,通过增温增压集成装置(7)中的增温部分进行温度控制,同时可进行研究不同温度、不同加压速率、不同粘度、不同等温压缩系数等条件下对压裂效果的影响,通过直接与压裂管(11)联通的压裂介质压力传感器(9)及置于压裂管中的热电偶(18)精确记录对煤岩试件水力压裂前后流体压力及温度的变化,该过程通过数据采集系统,对水力压裂中的声发射试事件、起裂时间、起裂压力及温度变化等进行实时记录,以进行多相不同流体及其多条件下的压裂效果特性比较分析;
6)试件压裂后按照要求对煤岩试件(19)压裂后进行多相不同流体渗流实验,开启储气罐或储液罐,通过增温增压集成系统(7)中的加压部分,对所要求渗流介质施加一定压力,通过压裂管(11)到压裂后的试件,渗出流体通过下压头(15)流体通道排出进入流量计(28)进行计量,以分析比较煤岩试件(19)压裂前后渗流特性;
7)通过数据采集系统,实时记录分析对煤岩试件(19)进行的多相不同流体及多条件下压裂过程中压裂介质流速、压力、温度及试件起裂时间、起裂时间、轴向应变、径向应变及其压裂前后渗流量等,通过数据的比较分析,以进行多相不同流体及其多条件下对煤岩试件(19)压裂效果研究比较,本次多相不同流体及其多条件下压裂比较试验完成。
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