[发明专利]一种油页岩水力压裂模拟实验系统及实验样品的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及油页岩水力压裂研究领域，特别涉及一种油页岩水力压裂模拟实验系统及实验样品的制作方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人类对化石燃料的需求也逐年增加，有些老油田的产量逐年下降，石油、天然气等油气资源的价格不断提高，这就促使世界各国不断寻找替代能源。

油页岩作为一种非常规能源，其具有储量大、利用价值高等特点，油页岩折算成页岩油可高达4000多亿吨，是现今全球天然原有探明可采储量的5.4倍。因此世界各国都在积极研究对油页岩进行开采。

在各国的研究成果中，地下原位开采技术是一种在未来非常有前景的技术。这种技术不同于过去巷道开采页岩油，然后地表干馏加工的方式，它是在通过不同的加热方式直接加热地下油页岩层，当油页岩在地下原位加热到一定温度时将进行裂解，生成油(气)，最后将生成的油(气)通过生产井开采至地表。油页岩地下原位开采不需要开挖巷道，可以避免干馏时产生的废水，废气及废渣，是一种相对经济、环保的页岩油制取技术。

天然的油页岩是一种渗透性极差的泥质页岩，干酪根以固体的形式赋存与油页岩中，油页岩内部的微小层理在地下原位处于闭合状态。不管是原位加热介质还是加热产出的油气，都需要足够的连通通道才能进入开采井，抽到地表。因此需要对油页岩矿层进行水力压裂，增大原有裂缝及连通性、增加新的裂缝的数量及连通性，来提高油页岩层的渗透性。

在过去的研究中，有时因为对所在地区的水力压裂机理研究不够，因此在水力压裂设计及施工过程中压裂参数选择不合理，导致压裂效果无法得到保证。

因此在对油页岩进行水力压裂设计施工之前，对开采地区油页岩所处的地应力条件下的起裂压力以及裂缝扩展等资料的掌握，显得至关重要。

发明内容

本发明是为了研究油页岩原位开采地区油页岩水力压裂过程中在所处地应力条件下的起裂压力以及裂缝扩展情况，而提供一种用于油页岩水力压裂模拟实验系统及实验样品的制作方法。

本发明包括油页岩水力压裂模拟实验系统和实验样品的制作方法两部分。

其中油页岩水力压裂模拟实验系统由水力压裂加压及数据采集部分和实验样品三轴加压部分两部分组成。

水力压裂加压及数据采集部分包括数据采集单元、压裂压力信号传输线、第一智能压力传感器模块、高压泵、压裂液箱、压裂液输送管道、电机、电机电力线，其中，数据采集单元上插接有压裂压力信号传输线，压裂压力信号传输线的另一端插接在第一智能压力传感器模块上，高压泵设置在第一智能压力传感器模块的下方，第一智能压力传感器模块的传感器插入高压泵内部，压裂液箱设置在高压泵下方，高压泵通过螺栓固定在压裂液箱上面，高压泵直接从压裂液箱中抽取压裂液，高压泵与压裂液输送管道为球形接头螺纹连接，压裂液输送管道与模拟套管为球形接头螺纹连接；电机通过螺栓固定在压裂液箱上面，电机与高压泵通过联轴器连接，电机将动力传递给高压泵，电机通过电机电力线从数据采集单元获得驱动电力，电机通过电机电力线与数据采集单元连接，电机电力线与数据采集单元为插接；将获得的压力信息通过压裂压力信号传输线传输给数据采集单元；

实验样品三轴加压部分包括垂直四爪夹持臂、垂直移动载荷板、销子、四个水平四爪夹持臂、四个水平移动载荷板、四个水平千斤顶、垂直千斤顶、夹持机构底座、第二智能压力传感器模块、第三智能压力传感器模块、第四智能压力传感器模块、Z向载荷加压泵、X向载荷加压泵、Y向载荷加压泵、液压油输送管道和三通接头；

其中，垂直四爪夹持臂与四个水平四爪夹持臂分别通过销子铰接，夹持机构底座与四个水平四爪夹持臂分别通过销子铰接；四个水平千斤顶分别安装在四个水平四爪夹持臂顶端的圆槽内，并通过螺钉固定，垂直千斤顶安装在垂直四爪夹持臂的圆槽内，并通过螺钉固定；四个水平移动载荷板垂直放置在夹持机构底座上，四个水平移动载荷板向外的一侧分别紧靠在四个水平千斤顶上，垂直移动载荷板需要压在实验样品上面，垂直移动载荷板向上的一侧紧靠在垂直千斤顶上；

Z向载荷加压泵与第二智能压力传感器模块通过螺纹密封连接，X向载荷加压泵与第三智能压力传感器模块通过螺纹密封连接，Y向载荷加压泵与第四智能压力传感器模块通过螺纹密封连接，载荷压力信号传输线与第二智能压力传感器模块、第三智能压力传感器模块和第四智能压力传感器模块分别连接，连接方式为插接；载荷压力信号传输线的另一端与数据采集单元插接；

Z向载荷加压泵、X向载荷加压泵和Y向载荷加压泵分别与Z向液压油输送管道、X向液压油输送管道和Y向液压油输送管道连接，连接方式均为球形接头螺纹连接；