非常规油气储集层岩石力学特征分析仪制造技术

本发明专利技术是有关于一种非常规油气储集层岩石力学特征分析仪，包括实验箱以及安装在实验箱内的单轴压力系统、围压增压系统和压裂模拟器，其中：所述的压裂模拟器包括横向放置的双向液压缸，双向液压缸的两侧活塞端头均安装有井壁压头和横向压力传感器。本发明专利技术操作简便，移动方便，既能够高精度测量泥页岩弹性模量、泊松比等基本岩石力学特征参数，又能进行三轴应力环境实验分析和野外浅层岩石压裂模拟实验。

Rock mechanics characteristic analyzer of unconventional oil and gas reservoir

This invention is a kind of unconventional oil and gas reservoir rock mechanics characteristics analyzer, including experimental box and installation in the uniaxial pressure system, experimental box of confining pressure and fracturing pressure system simulator, including: fracturing simulator comprises a two-way hydraulic cylinder horizontally arranged on both sides of the piston head, two-way hydraulic cylinder install shaft head and lateral pressure sensor. The invention has the advantages of simple operation, convenient to move, not only to measure the accuracy of shale elastic modulus and Poisson's ratio of the basic character of rock mechanics parameters, but also can carry out three axis stress analysis experiment and field environment of shallow rock fracturing simulation experiment.

【技术实现步骤摘要】
非常规油气储集层岩石力学特征分析仪
本专利技术涉及一种非常规油气勘探开发领域的实验设备，特别是涉及一种非常规油气储集层岩石力学特征分析仪。
技术介绍
随着我国对油气资源需求的不断增长，油气需求缺口也越来越大。在常规油气勘探越来越难以取得重大突破的情况下，非常规油气资源将会成为我国重要的接替能源。目前能够进行大规模开发的非常规油气资源主要是页岩油气、煤层气以及致密砂岩气，对应的储集层分别是泥页岩、煤层和致密砂岩。页岩油气是一种存在于暗色泥页岩或炭质泥页岩中以吸附或游离态为主的石油和天然气，煤层气是指赋存在煤层中以吸附态为主的天然气，致密砂岩气通常是指低渗—特低渗砂岩储层中无自然产能的天然气。泥页岩、煤层和致密砂岩通常储层致密，基质孔隙度和渗透率低，在通常情况下难以形成产能，必须通过大规模压裂进行储层改造才能形成工业生产价值。岩石力学特征是进行压裂设计的重要参数，包括弹性模量、泊松比、地应力特征、岩石强度等，其中最重要的两个参数是弹性模量和泊松比。岩石力学特征影响储层改造，例如压裂裂缝的方向、长度、形态等特征，因此岩石力学特征的准确表征是压裂成功的关键。目前，岩石力学特征参数通常采用压力试验机进行测量。非常规油气储集层——泥页岩、煤层和致密砂岩均为沉积岩类，其中泥页岩和煤层的抗压强度较低，致密砂岩的抗压强度稍高，但均远远低于岩浆岩、变质岩类岩石如花岗岩、大理岩。现有的岩石压力试验机针对岩土力学研究领域，应用于所有岩石类型以及混凝土等，如国产TYX—500型岩石三轴压力机，轴压5MN（5×106N）；美国MTS公司的岩石伺服试验机，轴压4.5MN（4.5×106N）。这些常规压力试验机载荷很大，从而导致在小压力载荷情况下对压力载荷变化的控制精度相对降低。由计算机控制的压力试验机通常采用分体式设计，由相互分离的计算机系统、液压控制系统和压力测试平台系统三部分组成，如TAW-2000微机控制电液伺服岩石三轴试验机等。该类仪器体积和重量庞大，实验室及实验条件适应性能差，具有移动和安装不便的缺点。此外，岩石样品的体积通常较小，很难直接反映理论无限大岩石体的力学特征。如果需要在岩石钻孔中直接进行压裂模拟实验，则现有的压力试验机还难以承担该类压裂模拟实验任务。非常规油气储集层通常具有岩性致密、基质孔隙度和渗透率低等特点，泥页岩和煤层还具有储层稳定性差、遇水易膨胀和坍塌等特点，对其中的油气开发造成了较大困难。因此，压裂施工之前通常需要进行压裂物理模拟，从而辅助压裂设计。要想反映理论大体积岩石体的力学特征，需要压裂模拟实验可在野外浅钻孔或巨型岩石样品中进行，换句话说，需要把通常的“岩芯放在机器里”理念修改为“把机器放在岩石里”。由此可见，岩土力学研究领域使用的现有压力试验机不适宜在页岩油气勘探领域广泛推广，必须进行重大改进。如何能创设一种既能高精度测量非常规油气储集层岩力学基本参数，又能进行储集层压裂模拟实验的新的非常规油气储集层岩石力学特征分析仪，实属当前本领域的重要研发课题之一。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种非常规油气储集层岩石力学特征分析仪，使其操作简便，移动方便，既能够高精度测量泥页岩弹性模量、泊松比等基本岩石力学特征参数，又能进行三轴应力环境实验分析和野外浅层岩石压裂模拟实验。为解决上述技术问题，本专利技术一种非常规油气储集层岩石力学特征分析仪，包括实验箱以及安装在实验箱内的单轴压力系统、围压增压系统和压裂模拟器，其中：所述的压裂模拟器包括横向放置的双向液压缸，双向液压缸的两侧活塞端头均安装有井壁压头和横向压力传感器。作为本专利技术的一种改进，所述的实验箱内还安装有计算机控制系统，所述的计算机控制系统控制双向液压缸、单轴压力系统和围压增压系统的动作，并与压裂模拟器的横向压力传感器以及单轴压力系统的纵向压力传感器通信连接。所述的单轴压力系统包括上压头、下压头、纵向液压缸、液压控制模块以及油箱，纵向液压缸的活塞上装有位移传感器，上压头安装在纵向液压缸的活塞连杆上，并在上压头或下压头上装有纵向压力传感器；所述的围压增压系统包括三轴压力室、三轴压力室底座和围压控制模块，纵向液压缸的活塞连杆穿过三轴压力室的顶面，上压头位于三轴压力室内，三轴压力室底部设有开口，三轴压力室底座与三轴压力室的开口对应，围压控制模块控制三轴压力室或三轴压力室底座移动使其密封连接或分离，并在密封时控制三轴压力室内的注油和围压；所述的压裂模拟器的双向液压缸通过所述液压控制模块与所述油箱连接。所述的双向液压缸的缸体连接有位于其轴线中垂线上的中空圆柱体高强度金属壁，再通过软质长油管与液压控制模块、油箱连接。所述的实验箱内部底面设有基座，三轴压力室底座和下压头设置在基座上，纵向液压缸通过支撑架安装在基座上方。所述的支撑架上安装有环向引伸仪和轴向引伸仪。所述的基座、上压头、下压头、支撑架以及安装在支撑架上的纵向液压缸均与实验箱中轴线重合。所述的双向液压缸两侧的活塞与缸体之间安装有压缩弹簧。所述的实验箱下方设有脚轮和伸缩支撑脚。所述的纵向液压缸采用3至4个小型液压缸组成的液压缸组，其中某一个液压缸的活塞上装有高精度位移传感器。采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点：1、除了能够实现常规压力试验机的单轴和三轴应力测试外，还能够在野外对理论无限大岩体进行压裂模拟实验，避免了室内实验扰动性及尺寸效应等不足，主要针对非常规油气储集层压裂施工的储层进行可压裂性评价；2、采用小型液压缸组的设计，对于具有脆性高、易碎特点的非常规油气储集层岩石基本力学参数的测量具有更高的精度；3、将单轴压力系统、压力测试平台以及计算机系统高效集成，大大减小了仪器的体积和重量，能够在各种实验环境下进行实验和测试，增强了仪器的适应性和利用效率，方便设备的搬运和携带；4、采用数字化集成设计，只需要简单的操作即可完成实验，实验过程中自动记录并实时显示实验数据，实验完成后自动计算实验结果，具有可操作性强，自动化程度高等特点。如上所述，本专利技术非常规油气储集层岩石力学特征分析仪采用分体式的单轴压力系统作为压力源，将计算机控制系统、单轴压力系统、压力测试平台以及压裂模拟设备整合为一体，集成度高，与普通岩石力学试验仪器相比大大减小了仪器的体积和重量，且操作简便，移动方便，既能够更高精度地测量非常规油气储集层的基本岩石力学特征参数和进行三轴应力实验，又能进行浅钻孔压裂模拟实验，适合于页岩油气勘探开发领域的岩石力学特征的分析实验。附图说明上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术非常规油气储集层岩石力学特征分析仪的剖面结构示意图。图2是本专利技术非常规油气储集层岩石力学特征分析仪的正面结构示意图。图3是本专利技术非常规油气储集层岩石力学特征分析仪的侧面结构示意图。图4是本专利技术的压裂模拟器的纵剖面结构示意图。图5是本专利技术的压裂模拟器的横剖面结构示意图。图中各符号对应部件为：1计算机，2液压控制模块，3脚轮，4伸缩支撑脚，5显示控制模块，6上压头，7油箱，8基座，9实验箱，10下油管，11下压头，12上油管，13支撑架，14纵向液压缸，15三轴压力室，16三轴压力室底座，17顶盖，18围压控制模块，19前窗，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非常规油气储集层岩石力学特征分析仪，其特征在于包括实验箱以及安装在实验箱内的单轴压力系统、围压增压系统和压裂模拟器，其中：所述的压裂模拟器包括横向放置的双向液压缸，双向液压缸的两侧活塞端头均安装有井壁压头和横向压力传感器；所述的单轴压力系统包括上压头、下压头、纵向液压缸、液压控制模块以及油箱，纵向液压缸的活塞上装有位移传感器，上压头安装在纵向液压缸的活塞连杆上，并在上压头或下压头上装有纵向压力传感器；所述的围压增压系统包括三轴压力室、三轴压力室底座和围压控制模块，纵向液压缸的活塞连杆穿过三轴压力室的顶面，上压头位于三轴压力室内，三轴压力室底部设有开口，三轴压力室底座与三轴压力室的开口对应，围压控制模块控制三轴压力室或三轴压力室底座移动使其密封连接或分离，并在密封时控制三轴压力室内的注油和围压；所述的压裂模拟器的双向液压缸通过所述液压控制模块与所述油箱连接。

【技术特征摘要】
1.一种非常规油气储集层岩石力学特征分析仪，其特征在于包括实验箱以及安装在实验箱内的单轴压力系统、围压增压系统和压裂模拟器，其中：所述的压裂模拟器包括横向放置的双向液压缸，双向液压缸的两侧活塞端头均安装有井壁压头和横向压力传感器；所述的单轴压力系统包括上压头、下压头、纵向液压缸、液压控制模块以及油箱，纵向液压缸的活塞上装有位移传感器，上压头安装在纵向液压缸的活塞连杆上，并在上压头或下压头上装有纵向压力传感器；所述的围压增压系统包括三轴压力室、三轴压力室底座和围压控制模块，纵向液压缸的活塞连杆穿过三轴压力室的顶面，上压头位于三轴压力室内，三轴压力室底部设有开口，三轴压力室底座与三轴压力室的开口对应，围压控制模块控制三轴压力室或三轴压力室底座移动使其密封连接或分离，并在密封时控制三轴压力室内的注油和围压；所述的压裂模拟器的双向液压缸通过所述液压控制模块与所述油箱连接。2.根据权利要求1所述的非常规油气储集层岩石力学特征分析仪，其特征在于所述的实验箱内还安装有计算机控制系统，所述的计算机控制系统控制双向液压缸、单轴压力系统和围压增压系统的动作，并与压裂模拟器的横向压力传感器以及单轴压力系统的纵向压力传感器通信连接。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：张金川，黄潇，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11