[实用新型]基于高温高压条件下水压致裂实验的水密封装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水压致裂实验的水密封装置，尤其是一种适用于岩石试样在高温高压条件下水压致裂实验的水密封装置。 

背景技术

近年来，在开采地热的过程中，人工循环储留层的建造是整个工程的关键也是难点，其建造方法为巨型水压致裂。目前尚有众多问题如起裂压力、理裂隙扩规律等值得进一步研究。研究手段主要采用理论研究和数值计算的方法。而这两种研究手段都无法真实的反应现场工程的实际环境，由于边界条件的复杂性，目前仍然没有一种有效的设备和方法开展实验室实验。因此，设计了一种在高温高压下，对花岗岩进行水压致裂实验室研究的装置和方法。 

在装置的研制过程中，使用高压水射流设备提供最高400MPa的高压水，作为水压致裂的压力源。岩石内高压水的密封为岩石水压致裂实验设计需要解决的关键技术，也是相关实验能否成功开展的决定性因素。 

目前的水压致裂实验采用的水密封技术较为落后，多采用钻孔密封材料进行密封，主要采用水泥沙浆和聚氨脂作为压裂钻孔的密封材料。前者封孔后容易产生收缩，导致材料与孔壁结合处出现漏水现象，直接影响卸压增透措施的效果；后者不仅材料价格过高，而且抗压性能较差，只能满足一般水力压裂技术的抗压要求。综上所述，在高温高压下，常规的水密封方法都不能使用。在400MPa水压下，微小的缝隙也能出现大流量的泄漏，使水压加载不到目标压力。 

实用新型内容

本实用新型的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种结构简单、耐高温、价格低廉、密封效果好的基于高温高压条件下水压致裂实验的水密封装置。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型的基于高温高压环境下岩石试样水压致裂实验的水密封装置，包括开有一盲孔的岩石试样，岩石试样的盲孔内插装有金属水管，盲孔内的金属水管上间隔套装有多个金属垫圈和楔形密封紫铜圈，多个金属垫圈和楔形密封紫铜圈之上设有与金属水管相匹配的锁紧螺母，金属水管的外露端上设有封住岩石试样孔口的封孔螺母。 

所述的楔形密封紫铜圈包括楔形上方紫铜封、与上方紫铜封契合在一起的楔形下方紫铜封。 

所述的金属垫圈为圆柱环体，金属垫圈的内环直径略大于金属水管的外径，金属垫圈的外环直径略小于岩石试样的盲孔孔径。 

所述的金属水管为阶梯形的钢制铸件，金属水管中部的第一个阶梯处加工有螺纹一，金属水管上部第二阶梯处设有螺纹二，螺纹一的外径等于金属水管下部的水管外径，螺纹二的外径等于金属水管中部的水管外径；锁紧螺母与金属水管的金属水管中部螺纹配套，封孔螺母与金属水管顶部螺纹的螺纹配套。 

所述间隔套装的多个金属垫圈和楔形密封紫铜圈为2～4组。 

有益效果：本实用新型通过增设楔形密封紫铜圈，在预装楔形密封紫铜圈时，对楔形密封紫铜圈施加压力，使其贴紧岩石孔壁。随着实验压力室温度的升高，楔形密封紫铜圈和岩石在受热膨胀时，由于紫铜的膨胀系数大于岩石的膨胀系数，使两者进一步贴紧。当注入高压水时，水压从楔形密封紫铜圈下方挤压楔形密封紫铜圈下方铜封，使其向上运动并与上方铜封沿铜封接触斜面产生挫动，在试验机内最高可达600℃高温的条件下，紫铜变软更容易变形，从而使楔形密封紫铜圈膨胀并起到封孔作用，克服了传统水密封材料或方法在高温高压环境下失效的缺点，特别适用于高温高压的工作环境，具有密封效果好、材料延展性好、抗腐蚀的优点。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图； 

图2是本实用新型楔形密封紫铜圈的结构示意图；

图3是本实用新型楔形密封紫铜圈的结构示意图；

图4是本发明金属水管结构示意图。

图中：1、封孔螺母 ；2、金属水管； 3、锁紧螺母 ；4、岩石试样 ；5、金属垫圈； 6、楔形密封紫铜圈 ；2-1、金属水管中部螺纹；2-2、金属水管顶部螺纹； 6-1、楔形密封紫铜圈上方铜封； 6-2、楔形密封紫铜圈下方铜封。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述：