一种用于真三轴水力压裂模拟实验的液氮制冷安装装置的制作方法

本实用新型涉及油气藏水力压裂以及液氮制冷研究领域，特别涉及一种真三轴水力压裂模拟实验的液氮制冷安装装置，用以监测在模拟地应力条件下岩石热胀冷缩性质对提高水力压裂效果的作用，并考察地应力条件、加热温度、制冷温度、压裂液温度、三者之间的温差和射孔条件等参数对裂缝起裂和延伸的影响规律。

背景技术：

随着经济的迅猛发展，国家的能源需求量不断提升。水力压裂技术，是油气藏开采过程中常用的增产措施。利用水力压裂技术，可增大油气储集层的天然裂缝、形成人工裂缝、增强裂缝之间的连通性，提高油气储集层的渗透率。

岩石热胀冷缩性质的应用，对于地下油气储集层的裂缝形成有着有益效果，可提高水力压裂的效率，有利于裂缝网络的形成。利用地下油气储集层的热胀冷缩特性进行储集层破碎，是一个高效可行的方法。

在过去的研究中，油气储集层热胀冷缩性能的利用，未能用于水力压裂模拟实验过程中。对于在加热、制冷以及过渡于水力压裂的过程中，保证模拟地应力的持续施加，是研究地下岩石热胀冷缩性质对于水力压裂的作用的必要条件。地应力的缺失，对于所模拟的地下一定深度、受一定围压作用的油气储集层而言，是并不准确的。实验结果往往与真实地层情况有差距，并不具有代表性。因此，设计能将油气储集层热胀冷缩和水力压裂相结合的实验装置，对模拟地下油气储集层热胀冷缩性质的作用有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是监测在模拟地应力条件下，岩石热胀冷缩性质对提高水力压裂效果的作用，并观察不同温度、温差及射孔条件等参数对裂缝起裂及延伸的影响，为此提供了一种用于真三轴水力压裂模拟实验的液氮制冷安装装置。

本实用新型包括三轴加压单元、微波加热单元与液氮制冷单元：

所述三轴加压单元包括四个固定轴、八个螺栓、压裂室主机、推进台、三个加载板、一个后挡板、X向三通阀、Y向三通阀、Z向三通阀、X向压力传感器、Y向压力传感器、Z向压力传感器、X向加压液压缸、Y向加压液压缸、Z向加压液压缸、两个X向退料油缸、声发射传感器和温度传感器；

Y向加压液压缸、Z向加压液压缸均通过沉头螺钉固定在压裂室主机上； X向加压液压缸与压裂室主机通过四个固定轴和八个螺栓进行螺纹密封连接；推进台通过胶接连接方式，一面与X向加压液压缸的底座连接，一面与压裂室主机连接，并与试样室底边重合，以便推送实验试块进入试样室；X向退料油缸通过沉头螺钉固定在压裂室主机上；X向加压液压缸、Y向加压液压缸、Z向加压液压缸的液压杆端部分别与加载板连接，连接方式为沉头螺钉连接；在X方向上，试样室内放有后挡板，后挡板与压裂室主机中心对应位置留有一定尺寸的孔洞，且与两个X向退料油缸的液压杆端部通过沉头螺钉连接；在压裂室主机的底座中有连接口，与位于试样室正下方处的空腔连通，用于连接微波加热设备与液氮制冷设备，并留有与试样室连接的液氮运输通道；

X向加压液压缸、Y向加压液压缸和Z向加压液压缸进油口连接处，分别与X向三通阀、Y向三通阀和Z向三通阀螺纹连接分成两路，一路分别与 X向压力传感器、Y向压力传感器和Z向压力传感器通过螺纹密封连接，用于传输压力信号，另一路分别连接液压源提供中心；X向退料油缸的进出油口连接液压源提供中心；

加载板上通过胶接方式安装有声发射传感器和温度传感器，通过其内部的导线槽和槽口伸出，传输声发射信号与温度信号；

所述微波加热单元包括微波发生装置、波导管和微波天线；所述微波发生装置可在一定范围内，调节微波的频率及功率；所述波导管与微波天线连接，可与压裂室主机的底座相连接，连接方式为螺纹连接；

所述液氮制冷单元包括液氮存储钢瓶和低温管道；所述低温管道与压裂室主机的底座相连接，连接方式为螺纹连接；

优选的，压裂室主机除微波天线正上方的试样室底部材质外，其余材质均属于微波反射材料；加载板、后挡板、后六角螺栓、固定管道、X向加压液压缸、Y向加压液压缸、Z向加压液压缸、两个X向退料油缸的缸体与液压杆均属于微波反射材料；声发射传感器与温度传感器耐高温，采用的耦合剂耐高温，方便灵敏测得信号。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的真三轴水力压裂模拟实验的液氮制冷安装装置，通过将所述低温管道与压裂室主机连接以制冷实验试块。用于真三轴水力压裂模拟实验的液氮制冷安装装置，能够实现对模拟地应力条件下的岩石的热胀冷缩性质的模拟实验，并能模拟岩石热胀冷缩性质对水力压裂效果的影响。采用的声发射传感器与温度传感器能考察地应力条件、加热温度、制冷温度、压裂液温度、三者之间的温差和射孔条件等参数对裂缝起裂和延伸的影响规律。

附图说明

图1为本实用新型的立体分解示意图。

图2为本实用新型的主视图。

图3为图2中的A—A剖视图。

图4为本实用新型的加载板立体示意图。

图中：1—微波发生装置；2—波导管；3—微波天线；4—液氮存储钢瓶； 5—低温管道；6—X向加压液压缸；7—Y向加压液压缸；8—Z向加压液压缸； 9—X向退料油缸；10—螺栓；11—固定轴；12—推进台；13—压裂室主机； 14—试样室；15—X向压力传感器；16—Y向压力传感器；17—Z向压力传感器；18—X向三通阀；19—Y向三通阀；20—Z向三通阀；21—加载板；22 —连接口；201—后挡板；202—液氮传输管道；203—空腔；204—孔洞；301 —声发射传感器；302—温度传感器；303—槽口；304—导线槽。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型有包括三轴加压单元、微波加热单元与液氮制冷单元：

所述三轴加压单元包括四个固定轴11、八个螺栓10、压裂室主机13、推进台12、三个加载板21、一个后挡板201、X向三通阀18、Y向三通阀19、 Z向三通阀20、X向压力传感器15、Y向压力传感器16、Z向压力传感器17、 X向加压液压缸6、Y向加压液压缸7、Z向加压液压缸8、两个X向退料油缸9、声发射传感器301和温度传感器302；

其中，Y向加压液压缸7和Z向加压液压缸8均通过沉头螺钉固定在压裂室主机13上；X向加压液压缸6与压裂室主机13通过四个固定轴11和八个螺栓10进行螺纹密封连接；推进台12通过胶接连接方式，一面与X向加压液压缸6的底座连接，一面与压裂室主机13连接，并与试样室14底边重合，以便推送实验试块进入试样室14；X向退料油缸9通过沉头螺钉固定在压裂室主机13上；X向加压液压缸6、Y向加压液压缸7和Z向加压液压缸 8的液压杆端部分别与加载板21连接，连接方式为沉头螺钉连接；在X方向上，试样室14内放有后挡板201，后挡板201与压裂室主机13中心对应位置留有孔洞204，且与两个X向退料油缸9的液压杆端部通过沉头螺钉连接；在压裂室主机13的底座中有连接口22，与位于试样室正下方处的空腔203连通，用于连接微波加热设备与液氮制冷设备，并留有与试样室14连接的液氮运输通道202；

X向加压液压缸6、Y向加压液压缸7和Z向加压液压缸8进油口连接处，分别与X向三通阀18、Y向三通阀19和Z向三通阀20螺纹连接分成两路，一路分别与X向压力传感器15、Y向压力传感器16和Z向压力传感器17通过螺纹密封连接，用于传输压力信号，另一路分别连接液压源提供中心；X 向退料油缸9的进出油口连接液压源提供中心；

加载板21上通过胶接方式安装有声发射传感器301和温度传感器302，通过其内部的导线槽304和槽口303伸出，传输声发射信号与温度信号；

所述微波加热单元包括微波发生装置1、波导管2和微波天线3；微波发生装置1具有波导管2，波导管2与微波天线3连接，微波发生装置1与压裂室主机13的底座相连接，连接方式为螺纹连接；所述微波发生装置1的频率及功率可在一定范围内调节；

所述液氮制冷单元包括液氮存储钢瓶4和低温管道5；所述低温管道5与压裂室主机13的底座相连接，连接方式为螺纹连接；

优选的，压裂室主机13除微波天线3正上方的试样室14底部材质外，其余材质均属于微波反射材料；加载板21、后挡板201、X向加压液压缸6、 Y向加压液压缸7、Z向加压液压缸8、两个X向退料油缸9的缸体与液压杆均属于微波反射材料；声发射传感器301与温度传感器302耐高温，采用的耦合剂耐高温，方便灵敏测得信号。