高温高压水压致裂夹持器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高温高压水压致裂夹持器，高温高压水压致裂夹持器包括试验筒体、筒体上安装部分、筒体下安装部分和筒体内安装部分。本实用新型专利技术可针对小型岩样进行水压致裂试验，单次试验一人即可进行，操作方便，试验成功率高，单次试验成本较低；夹持器共有五处密封设计，可有效避免在试验过程中因漏液导致的试验失败，密封件均通过相关部件压紧方式进行密封，且在加温过程或试验过程中，可以对密封件进行持续压紧，且筒体内安装部分特别设计了密封预紧力施加及提供部件，能够抵抗试验过程中部件受热后的膨胀力，利于研究热力耦合作用下高温高压岩体的破裂力学行为，可为高温岩体地热开采工程中储留层的建造工程提供理论依据和指导。

High temperature and high pressure hydraulic crack holder

【技术实现步骤摘要】
高温高压水压致裂夹持器
本技术涉及一种试验仪器，具体是一种针对干热岩能源开发工程的增强型地热系统储留层建造工程中研究高温高压岩体的破裂力学行为的高温高压水压致裂夹持器，属于干热岩地热开发利用

技术介绍
干热岩(HDR)指的是赋存在地面以下3～10km、温度150～650℃且内部不存在或少量存在流体的高温岩石(主要为变质类和结晶类岩体)，干热岩具有致密、低渗透的特点，普通开采难以实现，增强型地热系统(EGS)是目前干热岩能源开发工程的主要技术，随着地热项目的推动，EGS系统的基础研究及其工程应用等一系列问题，成为近年来国内外研究的新兴热点。水力压裂法是EGS系统最常见的储层改造方法，通过对压裂井注入高压流体，可以实现对干热岩地热储层的破裂，在地下建立人工地热储层，并加速注入水和周围岩体的热交换速率，扩大储层换热面积。目前在高温岩体人工地热储层的建造中，一般采用巨型水压致裂技术。国内外水压致裂装置主要针对石油领域和煤层气开发领域，使用温度多为200～300℃，而地热开发的压裂和石油领域的压裂有着本质不同，主要体现在地热领域的压裂面临着高温(0～600℃)、高压(0～60MPa)环境。针对地热开发的高温高压状态下的水压致裂工程是一个极其复杂的多相介质多场耦合的问题，其核心科学问题是在热力耦合作用下高温高压岩体的破裂力学行为，包括温度、压力、岩石岩性、岩石均质性等对水压致裂起裂和裂缝扩展规律的影响，必须通过试验研究以掌握热力耦合作用下高温高压岩体水压致裂的特性和规律，为高温岩体地热开采工程中人工地热储层的建造工程提供理论依据和指导。目前针对地热开发的水压致裂试验方法主要以真三轴水力压裂为主，岩样尺寸主要为矩形体或者正方体，并多采用带颜色或者添有荧光粉的压裂液来分析水力压裂后的裂缝形态及范围尺寸，或者采用声发射等试验监测方法对裂缝形态进行三维定位解释。该试验方法的优势是可以直观分析水力裂缝形态，但上述水力压裂物理试验设备主要是满足高压测试环境为主，针对干热岩水力压裂物理模拟的高温高压试验装置和试验研究方法仍不成熟，具体表现在高温高压下试验装置的传压介质选择、加热方式、密封结构等技术难题，一方面，现有的试验装置部件之间多采用柔性密封方式，但在高温高压条件下柔性密封方式极易造成漏液导致试验失败；另一方便，已有的水压致裂装置多针对大型岩样，且单次试验不仅操作繁琐、而且成本较高。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本技术提供一种高温高压水压致裂夹持器，该高温高压水压致裂夹持器能够在适用于高温(室温～400℃)、高压(0～60MPa)模拟环境的前提下实现试验过程中保证密封效果，进而避免因漏液导致的试验失败，从而提高试验成功率、降低试验成本，便于研究不同温压条件下的岩石水压致裂的起裂压力及裂缝扩展规律。为实现上述目的，本高温高压水压致裂夹持器包括试验筒体、筒体上安装部分、筒体下安装部分和筒体内安装部分；所述的试验筒体是上下贯通的筒型结构，试验筒体上沿其径向方向设有贯穿筒壁的注油孔和出油孔，试验筒体内腔包括沿其轴向方向设置在中部的围压腔段和对称设置在围压腔段上下两端的大径段，大径段与围压腔段之间形成上定位台阶和下定位台阶；所述的筒体上安装部分包括上压盖、上堵头、上堵头压帽、上压头、密封压台、堵头密封环组件和压头密封圈；上堵头是底部具有大径定位台阶的阶梯柱结构，上堵头通过大径定位台阶定位设置在试验筒体的上定位台阶上，上堵头的中轴线位置设有贯穿上堵头的上压头安装通孔，上压头安装通孔底端设有同轴内凹设置的试件支撑套安装沉孔、且试件支撑套安装沉孔的内径尺寸大于上压头安装通孔的内径尺寸；杆状结构的上压头穿接设置在上堵头的上压头安装通孔内，上压头的底端设有外径尺寸与试件支撑套的内径尺寸配合的大径压头结构、且大径压头结构与上压头的杆体之间设有锥形挤压面，上压头的中轴线位置还设有贯穿上压头的注水通道；压头密封圈套接安装在上压头的杆体底部、且位于上堵头的试件支撑套安装沉孔与上压头的大径压头结构之间，压头密封圈的外径尺寸与试件支撑套的内径尺寸配合、且压头密封圈的底部设有与上压头的锥形挤压面锥度配合的锥面结构；密封压台套接安装在上堵头上，且密封压台分别与上堵头和试验筒体的大径段滑移配合设置，密封压台可上下滑移移动；堵头密封环组件套接安装在上堵头上、且位于上堵头的大径定位台阶与密封压台之间，堵头密封环组件包括对接设置的上密封环和下密封环、且上密封环和下密封环的对接面为锥形配合面；上压盖套接安装在上堵头上，上压盖与试验筒体螺纹安装连接、且上压盖压接在密封压台上；上堵头压帽通过螺纹配合安装在上压头的顶部、且上堵头压帽压接在上堵头上；所述的筒体下安装部分相对于筒体上安装部分上下对置设置，包括下压盖、下堵头、下堵头压帽、下压头、下压头出口密封环组件和传力套；下堵头是顶部具有大径定位台阶的阶梯柱结构，下堵头通过大径定位台阶定位设置在试验筒体的下定位台阶上，下堵头的中轴线位置设有贯穿下堵头的下压头安装通孔；杆状结构的下压头穿接设置在下堵头的下压头安装通孔内，下压头的顶端设有外径尺寸与试件支撑套的内径尺寸配合的大径压头结构、且大径压头结构与下压头的杆体之间设有锥形挤压面，锥形挤压面上也设有套接安装的压头密封圈、且压头密封圈的顶部与下压头的锥形挤压面锥度配合，下压头的杆体底端设有与其同轴设置的密封小径段，下压头的中轴线位置还设有贯穿下压头的出水通道；下压头出口密封环组件和传力套自上而下依次套接安装在下压头的密封小径段上、且下压头出口密封环组件和传力套的总高度尺寸大于密封小径段的高度尺寸，下压头出口密封环组件包括对接设置的上密封卡环和下密封卡环、且上密封卡环和下密封卡环的对接面为锥形配合面；下压盖套接安装在下堵头上、且下压盖与试验筒体螺纹安装连接，下压盖与下堵头的大径定位台阶之间也设有堵头密封环组件和密封压台、且堵头密封环组件和密封压台自上而下依次套接安装在下堵头上，下压盖压接在密封压台上；下堵头压帽是螺栓结构，下堵头压帽通过螺纹配合安装在下堵头的下压头安装通孔的底部、且下堵头压帽的顶端顶靠在传力套的底端上，下堵头压帽的中轴线位置也设有贯穿下堵头压帽的出水通道；所述的筒体内安装部分包括位于试验筒体内部的试件支撑套、密封传压件、预紧压帽和预紧压簧；试件支撑套的顶端套接在上压头的大径压头结构和上压头的压头密封圈上、且试件支撑套的顶端穿入并顶靠在试件支撑套安装沉孔内，试件支撑套的底端套接在下压头的大径压头结构和下压头的压头密封圈上；密封传压件是外径尺寸与试验筒体内腔围压腔段的内径尺寸间隙配合的盘状结构，密封传压件包括盘体和位于盘体轴心位置的内压套，内压套的内径尺寸与下压头的杆体的外径尺寸间隙配合，内压套的外径尺寸与试件支撑套的内径尺寸间隙配合，密封传压件通过内压套套接安装在下压头上，且内压套的顶端穿入试件支撑套的底端、并顶靠在下压头的压头密封圈的底端上，盘体上还设有多个沿轴向方向贯穿盘体的过油孔；预紧压帽与下压头的杆体螺纹安装连接、且预紧压帽的顶端压接在密封传压件的底平面上；预紧压簧的顶端顶靠在密封传压件的底平面上、底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温高压水压致裂夹持器，包括试验筒体(9)、筒体上安装部分、筒体下安装部分和筒体内安装部分；其特征在于，/n所述的试验筒体(9)是上下贯通的筒型结构，试验筒体(9)上沿其径向方向设有贯穿筒壁的注油孔(11)和出油孔(12)，试验筒体(9)内腔包括沿其轴向方向设置在中部的围压腔段(10)和对称设置在围压腔段(10)上下两端的大径段，大径段与围压腔段(10)之间形成上定位台阶和下定位台阶；/n所述的筒体上安装部分包括上压盖(1)、上堵头(3)、上堵头压帽(4)、上压头(5)、密封压台(6)、堵头密封环组件(7)和压头密封圈(8)；上堵头(3)是底部具有大径定位台阶的阶梯柱结构，上堵头(3)通过大径定位台阶定位设置在试验筒体(9)的上定位台阶上，上堵头(3)的中轴线位置设有贯穿上堵头(3)的上压头安装通孔，上压头安装通孔底端设有同轴内凹设置的试件支撑套安装沉孔、且试件支撑套安装沉孔的内径尺寸大于上压头安装通孔的内径尺寸；杆状结构的上压头(5)穿接设置在上堵头(3)的上压头安装通孔内，上压头(5)的底端设有外径尺寸与试件支撑套(28)的内径尺寸配合的大径压头结构、且大径压头结构与上压头(5)的杆体之间设有锥形挤压面，上压头(5)的中轴线位置还设有贯穿上压头(5)的注水通道(5-1)；压头密封圈(8)套接安装在上压头(5)的杆体底部、且位于上堵头(3)的试件支撑套安装沉孔与上压头(5)的大径压头结构之间，压头密封圈(8)的外径尺寸与试件支撑套(28)的内径尺寸配合、且压头密封圈(8)的底部设有与上压头(5)的锥形挤压面锥度配合的锥面结构；密封压台(6)套接安装在上堵头(3)上，且密封压台(6)分别与上堵头(3)和试验筒体(9)的大径段滑移配合设置，密封压台(6)可上下滑移移动；堵头密封环组件(7)套接安装在上堵头(3)上、且位于上堵头(3)的大径定位台阶与密封压台(6)之间，堵头密封环组件(7)包括对接设置的上密封环和下密封环、且上密封环和下密封环的对接面为锥形配合面；上压盖(1)套接安装在上堵头(3)上，上压盖(1)与试验筒体(9)螺纹安装连接、且上压盖(1)压接在密封压台(6)上；上堵头压帽(4)通过螺纹配合安装在上压头(5)的顶部、且上堵头压帽(4)压接在上堵头(3)上；/n所述的筒体下安装部分相对于筒体上安装部分上下对置设置，包括下压盖(2)、下堵头(19)、下堵头压帽(20)、下压头(16)、下压头出口密封环组件(17)和传力套(18)；下堵头(19)是顶部具有大径定位台阶的阶梯柱结构，下堵头(19)通过大径定位台阶定位设置在试验筒体(9)的下定位台阶上，下堵头(19)的中轴线位置设有贯穿下堵头(19)的下压头安装通孔；杆状结构的下压头(16)穿接设置在下堵头(19)的下压头安装通孔内，下压头(16)的顶端设有外径尺寸与试件支撑套(28)的内径尺寸配合的大径压头结构、且大径压头结构与下压头(16)的杆体之间设有锥形挤压面，锥形挤压面上也设有套接安装的压头密封圈(8)、且压头密封圈(8)的顶部与下压头(16)的锥形挤压面锥度配合，下压头(16)的杆体底端设有与其同轴设置的密封小径段，下压头(16)的中轴线位置还设有贯穿下压头(16)的出水通道(16-1)；下压头出口密封环组件(17)和传力套(18)自上而下依次套接安装在下压头(16)的密封小径段上、且下压头出口密封环组件(17)和传力套(18)的总高度尺寸大于密封小径段的高度尺寸，下压头出口密封环组件(17)包括对接设置的上密封卡环和下密封卡环、且上密封卡环和下密封卡环的对接面为锥形配合面；下压盖(2)套接安装在下堵头(19)上、且下压盖(2)与试验筒体(9)螺纹安装连接，下压盖(2)与下堵头(19)的大径定位台阶之间也设有堵头密封环组件(7)和密封压台(6)、且堵头密封环组件(7)和密封压台(6)自上而下依次套接安装在下堵头(19)上，下压盖(2)压接在密封压台(6)上；下堵头压帽(20)是螺栓结构，下堵头压帽(20)通过螺纹配合安装在下堵头(19)的下压头安装通孔的底部、且下堵头压帽(20)的顶端顶靠在传力套(18)的底端上，下堵头压帽(20)的中轴线位置也设有贯穿下堵头压帽(20)的出水通道(16-1)；/n所述的筒体内安装部分包括位于试验筒体(9)内部的试件支撑套(28)、密封传压件(13)、预紧压帽(14)和预紧压簧(15)；试件支撑套(28)的顶端套接在上压头(5)的大径压头结构和上压头(5)的压头密封圈(8)上、且试件支撑套(28)的顶端穿入并顶靠在试件支撑套安装沉孔内，试件支撑套(28)的底端套接在下压头(16)的大径压头结构和下压头(16)的压头密封圈(8)上；密封传压件(13)是外径尺寸与试验筒体(9)内腔围压腔段(10)的内径尺寸间隙配合的盘状结构...

【技术特征摘要】
1.一种高温高压水压致裂夹持器，包括试验筒体(9)、筒体上安装部分、筒体下安装部分和筒体内安装部分；其特征在于，
所述的试验筒体(9)是上下贯通的筒型结构，试验筒体(9)上沿其径向方向设有贯穿筒壁的注油孔(11)和出油孔(12)，试验筒体(9)内腔包括沿其轴向方向设置在中部的围压腔段(10)和对称设置在围压腔段(10)上下两端的大径段，大径段与围压腔段(10)之间形成上定位台阶和下定位台阶；
所述的筒体上安装部分包括上压盖(1)、上堵头(3)、上堵头压帽(4)、上压头(5)、密封压台(6)、堵头密封环组件(7)和压头密封圈(8)；上堵头(3)是底部具有大径定位台阶的阶梯柱结构，上堵头(3)通过大径定位台阶定位设置在试验筒体(9)的上定位台阶上，上堵头(3)的中轴线位置设有贯穿上堵头(3)的上压头安装通孔，上压头安装通孔底端设有同轴内凹设置的试件支撑套安装沉孔、且试件支撑套安装沉孔的内径尺寸大于上压头安装通孔的内径尺寸；杆状结构的上压头(5)穿接设置在上堵头(3)的上压头安装通孔内，上压头(5)的底端设有外径尺寸与试件支撑套(28)的内径尺寸配合的大径压头结构、且大径压头结构与上压头(5)的杆体之间设有锥形挤压面，上压头(5)的中轴线位置还设有贯穿上压头(5)的注水通道(5-1)；压头密封圈(8)套接安装在上压头(5)的杆体底部、且位于上堵头(3)的试件支撑套安装沉孔与上压头(5)的大径压头结构之间，压头密封圈(8)的外径尺寸与试件支撑套(28)的内径尺寸配合、且压头密封圈(8)的底部设有与上压头(5)的锥形挤压面锥度配合的锥面结构；密封压台(6)套接安装在上堵头(3)上，且密封压台(6)分别与上堵头(3)和试验筒体(9)的大径段滑移配合设置，密封压台(6)可上下滑移移动；堵头密封环组件(7)套接安装在上堵头(3)上、且位于上堵头(3)的大径定位台阶与密封压台(6)之间，堵头密封环组件(7)包括对接设置的上密封环和下密封环、且上密封环和下密封环的对接面为锥形配合面；上压盖(1)套接安装在上堵头(3)上，上压盖(1)与试验筒体(9)螺纹安装连接、且上压盖(1)压接在密封压台(6)上；上堵头压帽(4)通过螺纹配合安装在上压头(5)的顶部、且上堵头压帽(4)压接在上堵头(3)上；
所述的筒体下安装部分相对于筒体上安装部分上下对置设置，包括下压盖(2)、下堵头(19)、下堵头压帽(20)、下压头(16)、下压头出口密封环组件(17)和传力套(18)；下堵头(19)是顶部具有大径定位台阶的阶梯柱结构，下堵头(19)通过大径定位台阶定位设置在试验筒体(9)的下定位台阶上，下堵头(19)的中轴线位置设有贯穿下堵头(19)的下压头安装通孔；杆状结构的下压头(16)穿接设置在下堵头(19)的下压头安装通孔内，下压头(16)的顶端设有外径尺寸与试件支撑套(28)的内径尺寸配合的大径压头结构、且大径压头结构与下压头(16)的杆体之间设有锥形挤压面，锥形挤压面上也设有套接安装的压头密封圈(8)、且压头密封圈(8)的顶部与下压头(16)的锥形挤压面锥度配合，下压头(16)的杆体底端设有与其同轴设置的密封小径段，下压头(16)的中轴线位置还设有贯穿下压头(16)的出水通道(16-1)；下压头出口密封环组件(17)和传力套(18)自上而下依次套接安装在下压头(16)的密封小径段上、且下压...

【专利技术属性】
技术研发人员：万志军，王骏辉，张源，周长冰，程敬义，张洪伟，刘泗斐，顾斌，熊路长，他旭鹏，顾舒宁，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32