本发明专利技术涉及一种地层水平主应力模拟试验装置，该装置的核心部件为一个呈“十”字形分布的四缸液压组合系统，选择同轴的一对液缸施加最大水平主应力，另外一对液缸施加最小水平主应力。本发明专利技术采用带有开关阀的液压机构控制液缸所施加的应力，各个液缸配备一套独立的液压机构，将开关阀的预置压力设置为地应力大小，当试验岩样发生蠕动扩张使得液缸压力大于预置压力时，开关阀自动打开泄压，主应力板随试验岩样向外移动，反之，开关阀自动关闭，主应力板停止移动。该液压机构保证了地应力在整个试验过程中基本维持不变，可较为准确地模拟近井地带岩石受压裂液挤压时蠕动扩张的动态过程。地带岩石受压裂液挤压时蠕动扩张的动态过程。
【技术实现步骤摘要】
地层水平主应力模拟试验装置
[0001]本专利技术涉及油气田开采领域油气井生产所用的水力压裂施工模拟试验装置，尤其是一种地层水平主应力模拟试验装置。
技术介绍
[0002]目前我国大部分油田已进入开发中后期，稳产和挖潜的难度越来越大，油藏高含水和油井出砂现象日益严重，因此油气井增产技术受到极大关注。水力压裂是一种应用广泛的增产技术，能否准确把握水力压裂裂缝的扩展规律，直接关系到压裂施工的效果。现场水力压裂试验方法费用昂贵，且同一层位无法多次重复试验，因此很少采用。目前研究裂缝扩展机理的方法以物模试验为主，在室内模拟地层温度、压力环境以及井筒施工条件，针对不同物性的储层岩石进行试验。
[0003]在申请号为201020283533.2的中国技术专利申请公布说明书中，公开了一种水力压裂破裂过程模拟的室内装置，该装置用于研究不同围压和温度条件下岩石裂缝的起裂、扩展和延伸机理。其特征在于：配备一个方形承压体，承压体内部为承压腔，三个正交的加载机构的压力板均伸入承压腔内，承压体的一侧连接外承压体，外承压体内部为外承压室，承压腔与外承压室相通，承压腔与外承压室之间安装导轨，试样小车置于导轨上，试样小车上安装有压力板和固定承压柱，压力板和固定承压柱上有连通的注液通道，注液通道与承压腔相通。该装置模拟地应力通过液缸向试验岩样施加固定载荷实现，起裂裂缝在进一步扩张过程中，试验岩样发生蠕变进而反向压缩液缸，导致施加载荷随之显著增大，无法满足地应力在整个试验期间基本维持不变的要求。
[0004]在申请号为201310407768.6的中国专利技术专利申请公布说明书中，公开了一种油气井水力压裂裂缝扩展可视化实验方法及其装置。其特征在于，装置主要由岩样室、地应力加载单元、模拟压裂管柱、高速摄像机、高压泵注单元、数据测量与采集单元组成，其中岩样室顶盖开有四个透明观察口。试验开始前，首先对预制平板型岩样加载三轴应力，在岩样受力条件下钻取井眼，然后安装好模拟压裂管柱。试验开始后，由平流泵经高压管线向压裂管柱内泵注压裂液，使用压力变送器测量泵注压力变化，并使用高速摄像机在平面上记录裂缝扩展路径。该装置同样无法满足地应力在整个试验期间基本维持不变的要求。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种地层水平主应力模拟试验装置。
[0006]其技术方案如下：地层水平主应力模拟试验装置，包括高压釜体和模拟套管，所述高压釜体四周呈十字形布设四组液压缸组件，液压缸组件的内端设有主应力板，其中两个同轴液压缸组件的内端分别连接有最大主应力板，另外两个同轴液压缸组件的内端分别连接由最小主应力板；所述模拟套管居中设置于高压釜体内，主应力板围绕于模拟套管四周。
[0007]进一步的，所述液压缸组件包括：高压液缸、活塞杆、往复活塞，所述高压液缸固设于高压釜体外壁，活塞杆的外端连接往复活塞，往复活塞与高压液缸滑动密封配合，活塞杆的内端连接主应力板。
[0008]进一步的，所述液压缸组件还包括液缸端盖，所述液缸端盖螺纹连接于高压液缸外端。
[0009]进一步的，所述主应力板为弧型厚板结构，厚板两端对称加工有弧型弯臂爪，板体中心处加工有凸台。
[0010]进一步的，所述的高压釜体为一凹形迴转体，其侧壁加工有围绕迴转体轴心呈间隔90
°
均布的凸台。
[0011]进一步的，所述高压液缸通过端部的外螺纹与高压釜体上带内螺纹的凸台紧密连接；活塞杆通过端部的外螺纹与往复活塞的内螺纹紧密连接。
[0012]进一步的，所述液缸端盖通过内螺纹与高压液缸的外螺纹紧密连接。
[0013]进一步的，所述主应力板与所述活塞杆内端螺纹连接。
[0014]进一步的，所述高压釜体还包括高压釜端盖，所述高压釜端盖中部开设有容纳模拟套管通过的通孔，高压釜端盖与高压釜体螺纹连接。
[0015]进一步的，所述高压釜体的上端口处设有密封钢圈槽，密封钢圈操内装设有密封钢圈。
[0016]本专利技术的有益效果是：室内模拟油气井水力压裂的实际工况。在正常施工条件下，携砂液经由井筒注入地层并对地层施加压力，当注入压力大于地层破裂压力时，将迫使岩石发生蠕动变形，进而导致近井地层扩张，压差越大则扩张速度越大，当注入压力小于地层破裂压力时，岩石停止蠕动变形。根据这一现象，本专利技术利用液压机构模拟地层蠕动变形的动态过程。
[0017]在试验装置中，采用带有开关阀的液压机构控制液缸所施加的应力，各个液缸配备一套独立的液压机构。将开关阀的预置压力设置为地应力大小，当试验岩样发生蠕动扩张使得液缸压力大于预置压力时，开关阀自动打开泄压，主应力板随试验岩样向外移动，反之，开关阀自动关闭，主应力板停止移动。该液压机构保证了地应力在整个试验过程中基本维持不变，可较为准确地模拟近井地带岩石受压裂液挤压时蠕动扩张的动态过程。。
附图说明
[0018]图1是本专利技术所提供的地层水平主应力模拟试验装置的结构示意图图2是本专利技术所提供的高压釜体的结构示意图图3是本专利技术所提供的高压釜端盖的结构示意图图4是本专利技术所提供的高压液缸的结构示意图图5是本专利技术所提供的液缸端盖的结构示意图图6是本专利技术所提供的往复活塞的结构示意图图7是本专利技术所提供的活塞杆的结构示意图图8是本专利技术所提供的最大主应力板的结构示意图图9是本专利技术所提供的最小主应力板的结构示意图图10是本专利技术所提供的模拟套管的结构示意图
图11是本专利技术所提供的进液弯管的结构示意图图12是本专利技术所提供的主应力板的安装状态示意图图13是本专利技术所提供的主应力板的液压单元示意图图14是本专利技术所提供的试验岩样示意图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0020]一种地层水平主应力模拟试验装置（见图1）主要由高压釜体1、高压釜端盖2、高压液缸3、液缸端盖4、往复活塞5、活塞杆6、最大主应力板7、最小主应力板8、模拟套管9、进液弯管10、密封胶圈11、密封钢圈12、螺拴13组成。
[0021]试验装置核心部件为一呈“十”字形分布的四缸液压组合系统。
[0022]将四个高压液缸3通过其外螺纹36与高压釜体1上带内螺纹的凸台103紧密连接。
[0023]将活塞杆6通过外螺纹61与往复活塞5的内螺纹51紧密连接，然后将其安装于高压液缸3内，即往复活塞5与高压液缸3的缸体内壁32、活塞杆6与高压液缸3的通孔35均呈滑动配合。
[0024]将液缸端盖4通过内螺纹42与高压液缸3的外螺纹31紧密连接，完成一组液压机构的安装，其余三组安装方式一致。
[0025]选择同轴的一对液缸施加最大主应力，将两个最大主应力板7对称放入高压釜体1内，通过其内螺纹73分别与所相对应的活塞杆6的外螺纹62紧密连接。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.地层水平主应力模拟试验装置，包括高压釜体和模拟套管，其特征在于，所述高压釜体四周呈十字形布设四组液压缸组件，液压缸组件的内端设有主应力板，其中两个同轴液压缸组件的内端分别连接有最大主应力板，另外两个同轴液压缸组件的内端分别连接由最小主应力板；所述模拟套管居中设置于高压釜体内，主应力板围绕于模拟套管四周。2.根据权利要求1所述的地层水平主应力模拟试验装置，其特征在于，所述液压缸组件包括：高压液缸、活塞杆、往复活塞，所述高压液缸固设于高压釜体外壁，活塞杆的外端连接往复活塞，往复活塞与高压液缸滑动密封配合，活塞杆的内端连接主应力板。3.根据权利要求2所述的地层水平主应力模拟试验装置，其特征在于，所述液压缸组件还包括液缸端盖，所述液缸端盖螺纹连接于高压液缸外端。4.根据权利要求3所述的地层水平主应力模拟试验装置，其特征在于，所述主应力板为弧型厚板结构，厚板两端对称加工有弧型弯臂爪，板体中心处加工有凸台。5.根据权利要求4所述的地层水平主应力模拟试验装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈阳，王绍先，张建国，齐志刚，张磊，魏新芳，马明新，
申请(专利权)人：中石化胜利石油工程有限公司中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，
类型：发明
国别省市：
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