一种具有密封结构的压裂试验装置

1.本实用新型涉及岩石试验领域，具体为一种具有密封结构的压裂试验装置。


背景技术：

2.目前对于深部页岩气的开采是一个热门话题，而水力压裂技术是深部页岩气开采的关键技术。在岩石水力压裂模拟试验中，为了模拟深部地层高地应力与高地温条件，需要对整个压裂装置进行密封，来防止岩石外部围压与内部孔压贯通，而试验装置的密封结构是保证试验成功的重要环节。对于深埋地下的油气资源储层，其地应力高达100mpa，地温高达200℃。
3.而现有水力压裂装置并不能满足高温高压条件下良好的封闭性能。所以高温高压水力压裂装置的良好密封性是需要解决的关键性问题。传统密封方法(环氧树脂密封法、钢管螺纹密封法和o型圈密封法)虽然可以满足低温低压条件下的密封性要求，然而经过测试，在高温高压水力压裂试验中，传统密封方法并不能满足试验要求，岩石内部孔压与外界围压连通，最终导致试验失败。因此本实用新型对试验装置进行改造以达到良好的密封性来满足试验要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种具有密封结构的压裂试验装置，包括：液压室，其底座上设置有加热装置和l型加压管；所述液压室上端滑动设置有上压头，下端可拆卸设置有下压头；所述下压头下端与所述l型加压管连通，上端依次设置有密封块和压裂管；柱状岩样，其上端紧密抵靠所述上压头，下端设置有井眼和扩大槽；所述井眼和扩大槽分别与压裂管和密封块相嵌合；高温密封胶，其均匀填充至所述下压头和柱状岩样的所有接触面。
5.优选的是，其中，所述l型加压管的较长段径向内嵌于所述底座中，且通过进液口与与外部的超高压泵相连接；所述l型加压管的较短段轴向内嵌于所述底座中部，且通过出液口与所述下压头连通。
6.优选的是，其中，所述下压头下端一体成型设置有螺纹头；所述螺纹头下端设置有与所述压裂管连通的通孔ⅰ；所述出液口内壁设置有所述螺纹头相匹配的螺纹；通过所述螺纹头与所述出液口的螺合，实现了可拆卸连接。
7.优选的是，其中，所述进液口上配置有双头螺纹管；所述双头螺纹管上设置有导流的通孔ⅱ；所述进液口内壁设置有与所述双头螺纹管相匹配的螺纹；所述双头螺纹管其中一端与超高压泵的输出端螺合，另外一端与所述进液口螺合，实现了可拆卸连接。
8.优选的是，其中，所述扩大槽为一个圆槽；所述密封块为一个与所述圆槽相匹配的柱状凸起。
9.优选的是，其中，所述液压室上端滑动设置有推头；所述推头上端与外部试验机抵
靠，下端抵靠在所述上压头上端；所述液压室侧面设置有注油孔和出油孔；所述注油孔和出油孔之间设置有液压循环装置。
10.优选的是，其中，所述底座上端固定有两根滑杆；两根所述滑杆分别设置于所述下压头两侧；所述上压头通过开设的两个滑孔套设在两根所述滑杆上形成了滑动连接。
11.优选的是，其中，所述加热装置包括三根固定设置在所述底座同侧的加温棒；三根所述加温棒分别关于所述底座轴心互呈45度配置。
12.本实用新型至少包括以下有益效果：
13.本实用新型结构新颖，液压室可提供高温高压环境，可以较好的模拟出深部地层高地应力与高地温条件；密封块配合高温密封胶，提高了下压头与柱状岩样的粘结强度和耐高温性，简化制样步骤，提高试验效率，为试验的成功开展提供了保障。
14.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
15.图1为本实用新型的总结构平面图；
16.图2为本实用新型的液压室内部结构平面图；
17.图3为本实用新型的底座横截面示意图；
18.图4为本实用新型的下压头结构平面图；
19.图5为本实用新型的柱状岩样结构平面图；
20.图6为本实用新型的双头螺纹管结构平面图；
具体实施方式：
21.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
22.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
23.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
26.图1
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6示出了本实用新型的一种实现形式，包括：
27.液压室1，其底座11上设置有加热装置和l型加压管13；所述液压室1上端滑动设置有上压头14，下端可拆卸设置有下压头15；所述下压头15下端与所述l型加压管13连通，上端依次设置有密封块16和压裂管17；
28.柱状岩样2，其上端紧密抵靠所述上压头14，下端设置有井眼21和扩大槽22；所述井眼21和扩大槽22分别与压裂管17和密封块16相嵌合；
29.高温密封胶，其均匀填充至所述下压头15和柱状岩样2的所有接触面。
30.工作原理：
31.在使用本实用新型时，根据压裂模拟试验的需求，首先使用勺子将高温密封胶填充到柱状岩样2端部的整个扩大槽22中，由于高温密封胶加具有相当程度的粘性，并不会掉入井眼21中；将下压头15的压裂管17的端部先使用卫生纸和保鲜膜封堵住，再将压裂管18嵌入井眼21中，此时，密封块16也和扩大槽22紧密嵌合，使用橡胶锤对下压头15进行捶打，使得高温密封胶能够均匀填充至整个扩大槽中，然后在捶打过程中，一些高温密封胶会从扩大槽22中溢出，然后均匀填充至下压头15与柱状岩样2所接触的整个外端面上，继续让两者保持紧密连接，最后用水平仪放在下压头15底部，看是否水平，若不平，继续用橡胶锤轻敲，直到水平为止。配置完成后将下压头15下端安装到液压室1的底座11上，柱状岩样2上端紧密抵靠住上压头14；关闭液压室1，通过外部的试验机和液压循环装置对液压室1内的柱状岩样2施加轴压和围压，达到试验所需的模拟地层实际应力条件；通过加热装置以液压油为介质将柱状岩样2加热到指定温度并进行保温，达到试验所需的模拟地层实际温度条件；准备就绪后，通过外部的超高压泵130将压裂液通过l型加压管13打入到下压头14中，压裂液随即从压裂管17端部流出，即可开始对井眼21的底部进行压裂作业试验。
32.在这种技术方案中，整个液压室1结构牢固，开闭方便，密封性强；底座11为液压室1内部的各个部件提供了安装空间和支撑性；上压头14和下压头15可对柱状岩样2进行充分压紧，同时拆卸方便；加热装置内置在液压室1内部，能够以液压油为介质对柱状岩样2进行稳定加热，加热效率高；l型加压管13实现了将压裂液从液压室1侧面导入，并从柱状岩样2底部导出的功能，使得对柱状岩样2的压裂效果更好，压力更容易控制，压力上限更高，提高了整个压裂试验的数据采集精度；在将压裂管17插入井眼21时，下压头15的端面并不是直接与柱状岩样2进行均匀对接，而是通过一个凸起的密封块16配合上高温密封胶嵌入安装到柱状岩样2的扩大槽22中去，这样一种配置方法，从而显著的提高了密封效果，极好的防止了由于密封效果差，柱状岩样2内部孔压与外部围压出现连通，最终导致试验失败的现象。
33.在上述技术方案中，所述l型加压管13的较长段径向内嵌于所述底座11中，且通过进液口131与外部的超高压泵130相连接；所述l型加压管13的较短段轴向内嵌于所述底座11中部，且通过出液口132与所述下压头15连通。这样设置的好处是，整个l型加压管13内嵌设置于底座11中，安全性好，结构更加紧凑，提高了装置整体的平整性；将进液口131配置在底座11的侧面，使得与外部的超高压泵130对接安装更加容易，出液口132配置在底座11中部，更方便与下压头15实现对接。
34.在上述技术方案中，所述下压头15下端一体成型设置有螺纹头151；所述螺纹头151下端设置有与所述压裂管17连通的通孔ⅰ152；所述出液口132内壁设置有所述螺纹头
151相匹配的螺纹；通过所述螺纹头151与所述出液口132的螺合，实现了可拆卸连接。这样设置的好处是，通过一体配置的螺纹头151使得下压头15的装卸更加轻松，同时保证了密封性；同时螺纹头151上的通孔ⅰ152可实现将压裂液导流到压裂管17，结构稳定，耐用性强。
35.在上述技术方案中，所述进液口131上配置有双头螺纹管133；所述双头螺纹管133上设置有导流的通孔ⅱ134；所述进液口131内壁设置有与所述双头螺纹管133相匹配的螺纹；所述双头螺纹管133其中一端与超高压泵130的输出端螺合，另外一端与所述进液口131螺合，实现了可拆卸连接。这样设置的好处是，通过使用一个双头螺纹管133作为中间件来与超高压泵130和进液口131对接，进一步提高了装置的密封性与安全性，保证压裂试验能够稳定进行。
36.在上述技术方案中，所述扩大槽22为一个圆槽；所述密封块16为一个与所述圆槽相匹配的柱状凸起。这样设置的好处是，圆槽和柱状凸起加工更加简单，能够提高试验准备工作的配置效率；同时圆槽和柱状凸起的贴合面都为弧面，使得贴合更加均匀，能够进一步提升密封效果。
37.在上述技术方案中，所述液压室1上端滑动设置有推头101；所述推头101上端与外部试验机抵靠，下端抵靠在所述上压头14上端；所述液压室1侧面设置有注油孔和出油孔；所述注油孔和出油孔之间设置有液压循环装置。这样设置的好处是，推头可配合上压头，可对柱状岩样2施加稳定的轴压，方便控制，满足试验需求；液压循环装置配合注油孔和出油孔对液压室施加液压油，循环作业后，可以对柱状岩样2施加稳定的围压，方便控制，满足试验需求。
38.在上述技术方案中，所述底座11上端固定有两根滑杆111；两根所述滑杆111分别设置于所述下压头15两侧；所述上压头14通过开设的两个滑孔112套设在两根所述滑杆111上形成了滑动连接。这样设置的好处是，上压14头、柱状岩样2、下压头15为从上至下的同轴设置，使得上压头14和下压头15可以对岩样的上下端进行均匀的夹持压紧，满足了试验需要；同时，两根滑杆111保证了上压头14的支撑性和滑动时的稳定性。
39.在上述技术方案中，所述加热装置包括三根固定设置在所述底座同侧的加温棒121；三根所述加温棒121分别关于所述底座11轴心互呈45度配置。这样设置的好处是，三根加温棒121间隔分布更加合理和紧凑，既能在底座11上为其他部件预留出更多的配置空间，又能兼顾对液压油的加热效率。
40.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。