本发明专利技术提供了一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，包括：高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统、超临界二氧化碳发生系统、监测系统，本装置可以实现在高温和高压条件同时作用下进行试验；本装置中使用的铜管密封性好，便于施加围压，使得样块在围压下受力更加均匀，模拟的围压状态更为真实，耐高温，不会发生腐蚀，可多次循环使用；本装置中的压裂接头左端设有凹槽，内部放置密封圈，其与进口通道密封性能更好，右端设置锥形螺纹，与内锥形耐高温橡胶套配合，使得压裂时岩样处密封效果更好。本发明专利技术密封性能好、监测方便快捷、使用寿命长，能够有效的用于模拟超临界二氧化碳的岩芯致裂并获得相应数据用于分析研究。
High temperature and high pressure supercritical carbon dioxide core cracking test device
【技术实现步骤摘要】
高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置
本专利技术涉及岩芯测试设备
，特别涉及一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置。
技术介绍
随着经济的迅速发展，人们对环境保护的认识逐步提高，在能源使用类型正在发生巨大转变，干热岩的使用称为人们关注的焦点。为充分利用干热岩中的地热能，相关的理论和实践技术都应相应的提升。在实验室进行样块压裂试验，为实际应用中预测岩石致裂过程的模拟以及致裂参数的分析提供保证。目前主要采用的压裂方式为水力压裂，但水力压裂仍有很多不足。首先水力压裂活动会造成地下水污染，其次，水力压裂活动还会引发地震活动，目前已有文献证明部分地震和水力压裂是相关的。二氧化碳作为一种温室气体，可作为压裂岩石的材质。二氧化碳在温度大于31.5℃和压力大于7.38MPa时处于超临界状态。超临界二氧化碳具有类似气体的扩散性以及液体的溶解能力和密度，同时还具有表面张力低、粘度小、渗透性以及流动性较好的特性，因此，可以代替水力压裂。但目前能够试验超临界二氧化碳压裂的装置较少，已有的压裂装置使用寿命短，对于围压加载的模拟不够接近真实状况；由于超临界二氧化碳压裂条件苛刻，对压裂时的密封性要求较高，在现有压裂装置中，密封条件难以达到试验要求，在压裂过程中，易发生侧漏，导致试验失败；另外，现有装置通常使用橡胶套装载岩石样块进行压裂试验，在高温高压的超临界二氧化碳腐蚀下容易造成损坏影响装置使用寿命，提升试验成本。
技术实现思路
本专利技术提供了一种，其目的是为了提供一种使用寿命更长、围压加载更真实、密封效果更好、试验成本低的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，能够对实际应用中岩石致裂过程进行模拟以及对致裂参数的分析。为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，包括：高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统和超临界二氧化碳发生系统；所述高温高压筒体系统设置有一筒体，所述筒体两端分别堵设有左堵头和右堵头，所述左堵头和右堵头上分别套设有左锥形环和右锥形环，所述左堵头与右堵头通过所述左锥形环和右锥形环将所述筒体内部密封，所述左锥形环与右锥形环的前端为锥形，并且所述左锥形环的前端与右锥形环的前端之间套设有一铜管，所述铜管内部用于放置试验样块，所述筒体与铜管间形成围压腔体；所述左堵头的外侧分别设置有左压块，所述左压块内开设有螺纹孔，通过螺纹孔穿设有固定装置，所述固定装置内穿设有一进口通道，所述进口通道的一端为凸台另一端为圆柱，所述进口通道的凸台端的外径大于所述进口通道圆柱端的外径，所述进口通道的圆柱端穿设在所述左堵头和固定装置内所述进口通道的凸台端齐平地卡设在所述左堵头的内侧端面，并且所述进口通道的凸台端连接有一压裂接头，所述压裂接头沿两端面中心开设通孔与所述进口通道贯通；所述右堵头上的一部分套设有一右活塞，所述右活塞为环形柱状结构，所述右活塞一端套设在所述右堵头上，所述右活塞的中段套设有右活塞腔体，所述右活塞的另一端套设有右压块，所述右堵头、右活塞腔体和右压块之间端面紧密设置，所述右活塞与右活塞腔体间形成轴压空腔，所述右活塞内穿设有出口通道；所述压力加载系统包括轴压泵、轴压表、围压泵和围压表，所述压力加载系统用于为所述高温高压筒体系统提供轴压与围压；所述温度控制系统包括加温控制组件、内部控温组件、加热电阻、保温层和保温套，所述温度控制系统用于为所述高温高压筒体系统提供高温环境；所述超临界二氧化碳发生系统包括二氧化碳气瓶、冷浴装置、压力泵、储罐、回压阀、回压表、预热器和压力表，所述超临界二氧化碳发生系统用于为所述高温高压筒体系统提供超临界二氧化碳。其中，所述铜管的两端为扩口结构，所述铜管的两端内壁与所述左锥形环和右锥形环的前端紧密贴合，所述铜管与所述左锥形环和右锥形环接触处缠绕有耐高温水胶布。其中，所述右活塞腔体与所述右活塞间设置有第一密封橡胶圈，所述右压块与所述右活塞间设置有第二密封橡胶圈，所述左锥形环和右锥形环设有凹槽，凹槽内放置有第三密封橡胶圈和第四密封橡胶圈。其中，所述样块的一侧开设有盲孔，所述压裂接头右端套设有内锥形耐高温橡胶套，所述压裂接头与所述内锥形耐高温橡胶套放置于所述样块的盲孔中，所述进口通道的凸台通孔内设螺纹与所述压裂接头左端通过螺纹连接，所述压裂接头左端面开设有O形槽，所述O形槽内设置有第五密封橡胶圈。其中，所述二氧化碳气瓶、冷浴装置、压力泵、储罐、回压阀和预热器逐一通过管道连通，位于所述二氧化碳气瓶与冷浴装置中间处设置有第一阀门，位于所述压力泵与储罐中间处设置有第二阀门，位于所述储罐与回压阀中间处设置有第三阀门，位于所述回压阀与预热器中间处设置有第四阀门，位于所述预热器的出口端设置有第五阀门，所述第五阀门与所述进口通道连通；所述回压表用于监测所述回压阀与储罐间的压力，所述压力表用于检测所述第五阀门的输出压力。其中，所述超临界二氧化碳发生系统，通过保温的不锈钢高压管路与所述进口通道连接，将通过所述预热器的超临界二氧化碳通入所述高温高压筒体系统内。其中，所述加热电阻设置在所述筒体外，所述保温层套设在所述加热电阻、左压块和右活塞腔体外侧，所述保温层外套设有所述保温套，所述保温套与所述保温层通过一端盖固定安装在一起；所述筒体上开设有一加热端口并且密封穿设有一测温探头，所述加温控制组件通过所述加热端口与所述加热电阻电连接，所述内部控温组件与所述测温探头电连接。其中，所述围压泵通过第六阀门接入所述围压腔体，所述轴压泵通过第七阀门接入所述轴压空腔；所述筒体上开设有围压入口，所述围压表通过所述围压入口读取围压数值。其中，还包括监测系统，所述监测系统分别与所述围压表、轴压表、压力表、回压表、内部控温组件和加温控制组件电连接。其中，所述出口通道外连接有一排出阀门。本专利技术的上述方案有如下的有益效果：本专利技术设置有高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统和超临界二氧化碳发生系统，可在高温和高压条件同时作用下进行试验，模拟岩石在地层深部时超临界二氧化碳压裂的状态，并且装置中的监测系统可监测超临界二氧化碳压裂时的压力变化、温度变化等，同时可以通过设置不同的轴压和围压，模拟不同深度地层的状态，从而可以更加全面地对超临界二氧化碳压裂地层岩块机制的研究和分析；试验所需样块外围的铜管两端有扩口，端口处与锥形环的密封性更好，且铜管可以耐高温，热膨胀系数较小，与样块的热膨胀系数更接近，在耐高温水胶布的配合下，试验高温过程中与样块贴合更紧密，更加真实模拟深地层的地应力状态，另外由于铜管为铜材质不会与超临界二氧化碳发生反应，不会被其腐蚀，能够在压裂试验多次循环使用；压裂接头螺纹压入橡胶套内壁，使的橡胶套向外扩张，外壁紧压样块盲孔侧壁，既确保了压裂液不会从压裂接头与橡胶套间流出，也确保压裂液不会从橡胶套与盲孔侧壁间流出，从而形成良好的密封性，在试验增加压裂压力时，压裂接头进一步挤压橡胶套，确保密封效果。其左端外设有螺纹，左端面设有O形槽，O形槽内部放置第五密封橡胶圈，压裂接头与进口通道通过螺纹连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，包括：高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统和超临界二氧化碳发生系统；/n所述高温高压筒体系统设置有一筒体(101)，所述筒体(101)两端分别堵设有左堵头(102)和右堵头(103)，所述左堵头(102)和右堵头(103)上分别套设有左锥形环(104)和右锥形环(105)，所述左堵头(102)与右堵头(103)通过所述左锥形环(104)和右锥形环(105)令所述筒体形成封闭空间，所述左锥形环(104)与右锥形环(105)的前端为锥形，并且所述左锥形环(104)的前端与右锥形环(105)的前端之间套设有一铜管(106)，所述铜管(106)内部用于装载试验用的样块，所述筒体(101)与铜管(106)间形成围压腔体(107)；所述左堵头(102)的外侧设置有左压块(108)，所述左压块(108)内开设有螺纹孔，通过螺纹孔穿设有固定装置(109)，所述固定装置(109)内穿设有一进口通道(110)，所述进口通道(110)的一端为凸台另一端为圆柱，所述进口通道(110)的凸台端的外径大于所述进口通道(110)圆柱端的外径，所述进口通道(110)的圆柱端穿设在所述左堵头(102)和固定装置(109)内所述进口通道(110)的凸台端齐平地卡设在所述左堵头(108)的内侧端面，并且所述进口通道(110)的凸台端卡设有一压裂接头(111)，所述压裂接头(111)沿两端面中心开设通孔与所述进口通道(110)贯通；所述右堵头(103)上的一部分套设有一右活塞(112)，所述右活塞(112)为环形柱状结构，所述右活塞(112)一端套设在所述右堵头(103)上，所述右活塞(112)的中段套设有右活塞腔体(113)，所述右活塞(112)的另一端套设有右压块(114)，所述右堵头(103)、右活塞腔体(113)和右压块(114)之间端面紧密设置，所述右活塞(112)与右活塞腔体(113)间形成轴压空腔(115)，所述右活塞(112)内穿设有出口通道(116)；/n所述压力加载系统包括轴压泵(201)、轴压表(202)、围压泵(203)和围压表(204)，所述压力加载系统用于为所述高温高压筒体系统提供轴压与围压；/n所述温度控制系统包括加温控制组件(301)、内部控温组件(302)、加热电阻(303)、保温层(304)和保温套(305)，所述温度控制系统用于为所述高温高压筒体系统提供高温环境；/n所述超临界二氧化碳发生系统包括二氧化碳气瓶(401)、冷浴装置(402)、压力泵(403)、储罐(404)、回压阀(405)、回压表(406)、预热器(407)和压力表(408)，所述超临界二氧化碳发生系统用于为所述高温高压筒体系统提供超临界二氧化碳。/n...
【技术特征摘要】
1.一种高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，包括：高温高压筒体系统、压力加载系统、温度控制系统和超临界二氧化碳发生系统；
所述高温高压筒体系统设置有一筒体(101)，所述筒体(101)两端分别堵设有左堵头(102)和右堵头(103)，所述左堵头(102)和右堵头(103)上分别套设有左锥形环(104)和右锥形环(105)，所述左堵头(102)与右堵头(103)通过所述左锥形环(104)和右锥形环(105)令所述筒体形成封闭空间，所述左锥形环(104)与右锥形环(105)的前端为锥形，并且所述左锥形环(104)的前端与右锥形环(105)的前端之间套设有一铜管(106)，所述铜管(106)内部用于装载试验用的样块，所述筒体(101)与铜管(106)间形成围压腔体(107)；所述左堵头(102)的外侧设置有左压块(108)，所述左压块(108)内开设有螺纹孔，通过螺纹孔穿设有固定装置(109)，所述固定装置(109)内穿设有一进口通道(110)，所述进口通道(110)的一端为凸台另一端为圆柱，所述进口通道(110)的凸台端的外径大于所述进口通道(110)圆柱端的外径，所述进口通道(110)的圆柱端穿设在所述左堵头(102)和固定装置(109)内所述进口通道(110)的凸台端齐平地卡设在所述左堵头(108)的内侧端面，并且所述进口通道(110)的凸台端卡设有一压裂接头(111)，所述压裂接头(111)沿两端面中心开设通孔与所述进口通道(110)贯通；所述右堵头(103)上的一部分套设有一右活塞(112)，所述右活塞(112)为环形柱状结构，所述右活塞(112)一端套设在所述右堵头(103)上，所述右活塞(112)的中段套设有右活塞腔体(113)，所述右活塞(112)的另一端套设有右压块(114)，所述右堵头(103)、右活塞腔体(113)和右压块(114)之间端面紧密设置，所述右活塞(112)与右活塞腔体(113)间形成轴压空腔(115)，所述右活塞(112)内穿设有出口通道(116)；
所述压力加载系统包括轴压泵(201)、轴压表(202)、围压泵(203)和围压表(204)，所述压力加载系统用于为所述高温高压筒体系统提供轴压与围压；
所述温度控制系统包括加温控制组件(301)、内部控温组件(302)、加热电阻(303)、保温层(304)和保温套(305)，所述温度控制系统用于为所述高温高压筒体系统提供高温环境；
所述超临界二氧化碳发生系统包括二氧化碳气瓶(401)、冷浴装置(402)、压力泵(403)、储罐(404)、回压阀(405)、回压表(406)、预热器(407)和压力表(408)，所述超临界二氧化碳发生系统用于为所述高温高压筒体系统提供超临界二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述铜管(106)的两端为扩口结构，所述铜管(106)的两端内壁与所述左锥形环(104)和右锥形环(105)的前端紧密贴合，所述铜管(106)与所述左锥形环(104)和右锥形环(105)接触处缠绕有耐高温水胶布。
3.根据权利要求1所述的高温高压超临界二氧化碳岩芯致裂试验装置，其特征在于，所述右活塞腔体(113)与所述右活塞(112)间设置有第一密封橡胶圈(117)，所述右压块(114)与所述右活塞(112)间设置有第二密封橡胶圈(118)，所述左锥形环(...
【专利技术属性】
技术研发人员：舒彪，路伟，胡永鹏，曾凡，薛卉，张森，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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