页岩气水力压裂物理模拟试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及非常规油气藏开发技术领域，尤其涉及一种页岩气水力压裂物理模拟试验系统。
【背景技术】
[0002]页岩气开采的核心技术之一是对储层进行压裂改造，即通过水平井结合水力压裂技术改造储层，以沟通天然裂缝，进而产生裂缝网络，再用支撑剂将裂缝进行支撑，从而实现人工增加储层渗流通道。“井工厂”的作业模式已成为开发页岩气最高效的方式之一，“井工厂”是指在同一地区集中布置大批相似井、进行同步压裂，利用裂缝之间的相互作用从而实现“打碎”储层的目的，这样的一种高效低成本的作业模式。所以，探明和掌握页岩水力压裂裂缝的起裂条件、延伸规律和影响因素，对水力压裂工艺设计、储层改造技术研究，甚至提高气体采收率等至关重要。
[0003]针对页岩储层特征进行的室内水力压裂物理模拟试验，可确定页岩的可压裂性、破裂压力和压裂效果等，是认识页岩裂缝几何形态和扩展规律的一种可靠、有效手段。然而目前的页岩气水力压裂物理模拟的发展也存在诸多瓶颈，比如水力含砂压裂，由于各种栗液压栗均无法实现含砂液体的栗入，且沉砂问题也是阻碍水力含砂压裂物理模拟发展的主要因素，因此实现水力含砂压裂的物理模拟就显得十分重要。而对于工厂化压裂过程中裂缝之间的影响，也需要通过大量的试验来指导实际生产。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于提供一种页岩气水力压裂物理模拟试验系统，旨在模拟不同地层应力条件下的水力加砂压裂实验。
[0005]为实现上述目的，本发明提供一种页岩气水力压裂物理模拟试验系统，包括:真三轴模块、水力伺服栗压模块、声发射模块、水力含砂压裂模块以及控制装置，其中，
所述真三轴模块包括试样放置室、用于对放入试样放置室中的试样进行加压的方形压块，以及与所述方形压块连接以驱动其对试样进行加压的第一液压装置，所述方形压块设有三个，三个方形压块在水平、垂直和竖直三个方向挤压试样，每一所述方形压块对应设置一所述第一液压装置；
所述声发射模块包括安装于所述试样放置室内的声发射探头，以及与所述声发射探头电连接的全信息声发射分析仪主机，所述控制装置与全信息声发射分析仪主机电连接；所述水力伺服栗压模块包括箱体以及用于向试样中预置井筒内注入清水压裂液的高压注入栗，所述箱体中的清水压裂液通过管道与试样中预置井筒连接；
所述水力含砂压裂模块包括与所述水力伺服栗压模块的管道连通的含砂液容器，以及用于驱动所述含砂液容器中的含砂液进入试样中预置井筒内的第二液压装置，所述第二液压装置包括第二液压油箱体、第二液压电动栗、第二三级四通电液伺服阀、第二溢流阀、第二液压缸以及第二液压活塞；所述含砂液容器上设有用于将其腔室中含砂液向其出口挤压的且与第二液压活塞连接的推力活塞，所述第二液压电动栗的一端通过管道连接第二液压油箱体，另一端通过管道连接所述第二三级四通电液伺服阀的第一端；所述第二三级四通电液伺服阀的第二端通过管道连接第二液压油箱体，第三端通过管道连接第二液压缸的第一入口，第四端通过管道连接第二液压缸的第二入口 ；所述第二溢流阀的一端通过管道连接第二液压油箱体，另一端与第二三级四通电液伺服阀的第一端和第二液压电动栗之间的节点连接；所述第二液压活塞位于所述第二液压缸中且与所述推力活塞连接以挤压其腔室中的含砂液；
所述控制装置还与所述水力伺服栗压模块以及水力含砂压裂模块电连接。
[0006]优选地，所述水力伺服栗压模块设有两个清水压裂液箱体和两个高压注入栗以组成两组注入管道，每一清水压裂液箱体对应一所述高压注入栗，两所述高压注入栗的出口分别通过独立的管道与试样上的两井筒连接，所述水力含砂压裂模块设置有两个，每一所述高压注入栗的出口均与一所述含砂液容器的出口连通。
[0007]优选地，所述高压注入栗与试样上井筒连接的管道上还安装有单向阀。
[0008]优选地，所述第一液压装置包括所述第一液压装置包括第一液压油油箱、第一液压电动栗、第一三级四通电液伺服阀、第一溢流阀、第一液压缸以及第一液压活塞；所述第一液压电动栗的一端通过管道连接第一液压油油箱，另一端通过管道连接所述第一三级四通电液伺服阀的第一端；所述第一三级四通电液伺服阀的第二端通过管道连接第一液压油油箱，第三端通过管道连接第一液压缸的第一入口，第四端通过管道连接第一液压缸的第二入口 ；所述第一溢流阀的一端通过管道连接第一液压油油箱，另一端与第一三级四通电液伺服阀的第一端和第一液压电动栗之间的节点连接；所述第一液压活塞位于第一液压电动栗且与所述活动压块连接。
[0009]优选地，所述含砂液容器的侧壁上安装有磁子搅拌定子线圈，所述含砂液容器的腔室中安装有磁子搅拌转子，所述磁子搅拌转子在磁子搅拌定子线圈的作用下旋转以搅拌所述含砂液容器中的含砂液。
[0010]优选地，所述含砂液容器出口处管道上还安装有压力传感器，所述含砂液容器上还安装有用于检测其含砂液流量的位移传感器。
[0011 ] 优选地，所述第二三级四通电液伺服阀为带电反馈的三级四通电液伺服阀。
[0012]优选地，所述真三轴模块还设有用于将试样送入其腔室中的送样装置，该送样装置安装于真三轴模块上可活动且通过螺栓固定。
[0013]优选地，所述高压注入栗出口的管道上设有与试样上井筒螺纹母扣配合的螺纹公扣。
[0014]优选地，在所述试样在放置室内，与两个方向的方形压块对立的两个内面上，分别固定有一钢板，钢板内放置有用于容纳探头及电缆线的凹槽，每个钢板上均布有四个所述声发射探头。
[0015]本发明提出的页岩气水力压裂物理模拟试验系统，能够模拟页岩气水力含砂压裂过程，并可实现对该压裂过程过程进行监控，进行大量的实验可指导实际生产，避免实际生产的盲目操作，提高了生产效率。另外，本页岩气水力压裂物理模拟试验系统具有模块化操作，集成控制的优点，同时，本页岩气水力压裂物理模拟试验系统中是通过设置第二液压电动栗来推动推力活塞，而不是直接使用电动栗来栗入含砂液，使液压栗无法实现含砂液体栗入的问题得到解决。
【附图说明】
[0016]图1为本发明页岩气水力压裂物理模拟试验系统优选实施例的结构示意图；
图2为本发明页岩气水力压裂物理模拟试验系统中真三轴模块的结构示意图；
图3为本发明页岩气水力压裂物理模拟试验系统中水力伺服栗压模块和水力含砂压裂模块的结构示意图。
[0017]图中，1-真三轴模块、2-送样装置、3-围压活塞、4-紧固螺栓、5-液压控制线路、6-水力含砂压裂模块、7-液压栗控制箱体、8-高压注入栗压力显示屏、9-三向压力控制及显示模块、10-启动开关及增压栗控制模块、11-水力压裂高压管线、12-控制电路、13-控制装置、14-全信息声发射分析仪主机、15-BNC同轴电缆线、16-传感信