本实用新型专利技术提供了一种真三轴水力压裂密封结构和高温真三轴水力压裂实验装置，密封结构包括：压板(10)和套管(20)；压板(10)内开设有压裂液流通孔道(11)，在压裂液流通孔道(11)的输送末端设置有中空压头(12)；套管(20)的一端插入岩石试样(30)的岩石孔眼(31)内，另一端的腔体内形成有配合面(23)，配合面(23)的形状与中空压头(12)的形状相匹配，中空压头(12)通过挤压配合面(23)与套管(20)形成密封，套管(20)通过挤压岩石试样(30)与岩石试样(30)形成密封。本实用新型专利技术提供的真三轴水力压裂密封结构能够在高温下依然保证密封的有效性，克服了密封胶液在高温环境密封可靠性较低及胶液候凝时间较长的问题。
【技术实现步骤摘要】
真三轴水力压裂密封结构和高温真三轴水力压裂实验装置
本技术涉及高温真三轴岩石水力压裂实验领域，具体涉及一种真三轴水力压裂密封结构和高温真三轴水力压裂实验装置。
技术介绍
高温真三轴岩石水力压裂实验是油气、地热开采领域所常用的一种室内物理模拟研究方法，其本质为采用高温真三轴设备对岩石加热升温的同时，从三个方向维度对岩石加载应力，以此模拟天然岩石在地下所处的高温及应力环境，再采用水压致裂工艺来研究深部地层岩石的压裂破坏机制。高温真三轴水力压裂实验的一个显著难点是如何将压裂液有效密封于岩石孔眼的环空中。对于实验温度小于200℃且试样破裂压力较低时，胶液密封是一种有效的密封工具。由于实验温度较高时，密封胶液的胶结强度会显著降低，尤其当实验温度大于200℃、或岩石试样破裂压力较大时，现有的密封胶液很难保持长时间的(岩石加热、压裂总时长可达72小时)有效密封，这将导致密封可靠性降低，从而增大实验失败率。此外，密封胶液一般需要较长的候凝时间(2-3天)，从而会降低研发效率。因此，本领域亟待对岩石孔眼机构提出新的改进。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种真三轴水力压裂密封结构和高温真三轴水力压裂实验装置，以解决现有技术试样岩石的孔眼难以在高温下进行有效密封的问题。为实现上述目的，本技术首先提供了一种真三轴水力压裂密封结构，包括：压板和套管；所述压板内开设有压裂液流通孔道，在所述压裂液流通孔道的输送末端设置有中空压头；所述套管的一端插入岩石试样的岩石孔眼内，另一端的腔体内形成有配合面，所述配合面的形状与所述中空压头的形状相匹配，所述中空压头通过挤压所述配合面与所述套管形成密封，所述套管通过挤压所述岩石试样与所述岩石试样形成密封。可选地，所述中空压头的形状为倒圆台状，所述压板与所述中空压头一体成型。可选地，所述中空压头的硬度大于所述套管的硬度。可选地，所述压板和所述中空压头的材质为不锈钢，所述套管的材质为紫铜材质。可选地，所述套管包括圆管段和与所述圆管段连接的法兰片，所述圆管段的直径小于所述岩石孔眼的内径，所述法兰片的直径大于所述岩石孔眼的内径。可选地，还包括垫片，所述垫片形成有中心孔，所述垫片铺设在所述岩石试样表面，且所述法兰片位于所述中心孔内，所述垫片用于支撑所述压板。可选地，所述垫片的材质为紫铜材质，且所述法兰片的厚度大于所述垫片的厚度。可选地，所述法兰片的厚度比所述垫片的厚度大0.2-0.5cm。可选地，所述圆管段的外径比所述岩石孔眼的内径小0.3-0.5mm。本技术另一方面提供一种高温真三轴水力压裂实验装置，具有本技术提供的真三轴水力压裂密封结构。本技术提供的真三轴水力压裂密封结构能够在高温下依然保证密封的有效性，克服了密封胶液在高温环境密封可靠性较低及胶液候凝时间较长的问题，显著提高了真三轴岩石水力压裂实验时的密封可靠性和科研实验效率。附图说明图1是本技术一实施方式中真三轴水力压裂密封结构的装配示意图；图2是本技术一实施方式中压板的结构示意图；图3是本技术一实施方式中套管的结构示意图；图4是本技术一实施方式中垫片的结构示意图。附图标记：10-压板；11-压裂液流通孔道；12-中空压头；20-套管；21-圆管段；22-法兰片；23-配合面；30-岩石试样；31-岩石孔眼；40-垫片；41-中心孔。具体实施方式为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。参阅图1-图4，本实施方式提供一种真三轴水力压裂密封结构，该真三轴水力压裂密封结构包括：压板10和套管20；压板10内开设有压裂液流通孔道11，在压裂液流通孔道11的输送末端设置有中空压头12，套管20的一端插入岩石试样30岩石孔眼31内，另一端的腔体内形成有配合面23，配合面23的形状与中空压头12的形状相匹配，中空压头12通过挤压配合面23与套管20形成密封，位于岩石孔眼31外的部分套管20结构通过挤压岩石试样30与岩石试样30的表面之间形成密封。其中，压板10主要用于提供压裂液流体孔道11，并将围压加载泵的力法向作用于岩石试样30，从而模拟地层岩石所受的垂直于岩石试样30表面的地应力。套管20主要用于将压板10内压裂液流通孔道11中流入的压裂液引导进入岩石试样30的岩石孔眼31内，并实现与压板10的中空压头12之间的密封。在密封的时候，压板10上的中空压头12挤入套管20的配合面23所形成的锥形孔内，并挤压套管20，随着中空压头12和配合面23之间压力的增大，配合面23所形成的锥形孔发生一定的形变，并与中空压头12更紧密地贴合在一起，从而形成密封(也叫“硬密封”)，这种密封结构不使用胶水，因此能够在高温下依然保证密封的有效性，克服了密封胶液在高温环境密封可靠性较低及胶液候凝时间较长的问题，显著提高了真三轴岩石水力压裂实验时的密封可靠性和科研实验效率。在一个具体的实施例中，压板10与中空压头12一体成型，从而保证中空压头12与压板10之间的密封性以及结构强度。进一步，中空压头的形状为倒圆台状。中空压头采用这种倒圆台状结构可以保证与配合面23的精准配合，从而保证密封效果。较佳地，为了实现更加可靠有效的密封，中空压头12的硬度大于套管20的硬度。本实施方式中的密封方式是通过中空压头12和/或套管20的形变来实现的，若两者的硬度相同，那么整体形变量较小，密封效果相对较差，若设置两者存在一定的强度差，那么相对较软的材质会发生较大的形变，整体形变量也增大，从而提高密封效果。当然本领域技术人员也可以设置套管20的硬度大于中空压头12的硬度。在本实施方式中，压板10和中空压头12的材质为不锈钢，具体可以是经过淬火处理的304不锈钢材质；套管20的材质为铜材质，具体可以是紫铜材质。参阅图2，在一个具体的实施例中，压板10为正方形实心钢板(正方形边长与岩石试样30边长一致)，钢板厚度6-8cm。压裂液流通孔道11位于压板10内部，制作工艺是在压板10下端面几何中心处开孔(孔径3-4mm)，以该孔为起点，沿加压板10轴向向上扩孔至加载板厚度的1/2处，再横向扩孔至压板10一个端部。为满足压裂液所含支撑剂或其他固相颗粒的粒径要求，压裂液流通孔道的孔径为3-4mm，压裂液流通孔主要用于将压裂液从压板外部管线流通至中空压头12处的通道。中空压头12位于压板10下端面几何中心处。中空压头12为经过淬火处理的304不锈钢材质，其为中空结构，与压裂液流通孔道11相通，主要用于与套管20的锥孔进行“硬密封本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种真三轴水力压裂密封结构，其特征在于，包括：压板(10)和套管(20)；/n所述压板(10)内开设有压裂液流通孔道(11)，在所述压裂液流通孔道(11)的输送末端设置有中空压头(12)；/n所述套管(20)的一端插入岩石试样(30)的岩石孔眼(31)内，另一端的腔体内形成有配合面(23)，所述配合面(23)的形状与所述中空压头(12)的形状相匹配，所述中空压头(12)通过挤压所述配合面(23)与所述套管(20)形成密封，所述套管(20)通过挤压所述岩石试样(30)与所述岩石试样(30)形成密封。/n
【技术特征摘要】
1.一种真三轴水力压裂密封结构，其特征在于，包括：压板(10)和套管(20)；
所述压板(10)内开设有压裂液流通孔道(11)，在所述压裂液流通孔道(11)的输送末端设置有中空压头(12)；
所述套管(20)的一端插入岩石试样(30)的岩石孔眼(31)内，另一端的腔体内形成有配合面(23)，所述配合面(23)的形状与所述中空压头(12)的形状相匹配，所述中空压头(12)通过挤压所述配合面(23)与所述套管(20)形成密封，所述套管(20)通过挤压所述岩石试样(30)与所述岩石试样(30)形成密封。
2.根据权利要求1所述的真三轴水力压裂密封结构，其特征在于，所述中空压头(12)的形状为倒圆台状；所述压板(10)与所述中空压头(12)一体成型。
3.根据权利要求2所述的真三轴水力压裂密封结构，其特征在于，所述中空压头(12)的硬度大于所述套管(20)的硬度。
4.根据权利要求3所述的真三轴水力压裂密封结构，其特征在于，所述压板(10)和所述中空压头(12)的材质为不锈钢，所述套管(20)的材质为紫铜材质。
5.根据权利要求1所述的真三轴水力压裂密封结构，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈文毅，高阳，朱宏峰，刘军，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：河北;13
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