[发明专利]多周期交变应力断层模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及油气田开发领域科研院所用模拟实验装置，具体的说是一种多周期交变应力断层模拟实验装置。

背景技术

地下储气库在多次注采过程中会形成的多周期交变应力，在此条件下断层的封闭性会发生变化，断层封闭性是指断层对油气的封闭能力，断层对油气的运移、聚集、保存和破坏等控制本质就是断层封闭性问题，在石油勘探和开发领域极具现实意义，其中储气库断层封闭性失效会导致储气库泄露甚至失效。因此，如何确定和评价不同地质条件储气库注采压力上下限及储气库薄弱点分布，对于判断断层封闭性来说至关重要。而目前没有专门针对断层评价在内的圈闭有效性评价的装置，导致断层封闭性不易判断。

发明内容

为了克服现有的地下储气库断层封闭性不易判断的不足，本发明提供一种多周期交变应力断层模拟实验装置，该装置不仅能对储库断层样品的封闭性参数进行测试，而且可以实现模拟储库多周期交变应力条件下样品的应变状态等进行实时连续监测，还可以结合储库其它地质条件（如岩性、断层充填物、断层参数等）对储库多周期交变应力运行条件下的断层封闭条件进行综合评价。

本发明的技术方案是：一种多周期交变应力断层模拟实验装置，包括岩心制备系统、抽真空组件、主机模型系统、数据采集分析系统、压力注入系统，所述的岩心制备系统包括岩心钻取机、岩心切割机，所述的岩心钻取机包括钻取平台、取心钻头，钻取平台放置在钻床的升降座下方，钻取平台底部设有水槽，周边设有挡水罩，钻取平台上方固定有岩样卡具，且岩样卡具中心与取心钻头中心对正；所述的岩心切割机包括机箱、切割片、切磨轮及用于夹持岩心的旋转夹具，机箱内固定有水槽底板，水槽底板周边设有切割机水槽，水槽底板上部通过砂轮固定板固定有砂轮主体，砂轮主体的两侧分别通过转轴连接有切割片及切磨轮，砂轮固定板两侧的水槽底板上分别固定有岩心进给装置，岩心进给装置包括横向托板、纵向托板，其中横向托板与横向丝杠相连，纵向托板与纵向丝杠相连；所述用于夹持岩心的旋转夹具固定在纵向托板上；

所述的抽真空组件包括移动支架、真空泵，移动支架上部固定有饱和瓶及干燥塔；

所述的主机模型系统包括油缸、龙门架、岩心样品，龙门架内固定有底座，底座上部固定有围压腔，围压腔外部设有柔性加热套，所述的岩心样品置于围压腔内，且通过外部的胶筒固定在底座上，岩心样品上部设有堵头，堵头上部通过活塞杆与油缸的伸缩杆相连；所述的龙门架侧面设有USB串接口及应变测量转接板接口；

所述的数据采集分析系统由软件显示屏、工控主机、采集控制箱、应变采集仪组成，应变采集仪包括应变片、补偿片，应变片布置在岩心裂缝处的边缘，补偿片布置在设备的其他位置，来参考应变的变化；所述的数据采集分析系统通过工控主机和采集控制箱、应变采集仪，根据软件分析处理不同压力条件下岩样裂缝处的不同应变，动态监测不同压力组合下对岩样的影响，并显示在软件显示屏上；

 所述的压力注入系统包括增压泵、气源。                                       

所述岩心切割机上的旋转夹具包括固定立柱、岩心固定块，岩心固定块连接在两个固定立柱之间，且一端通过锁紧螺杆锁紧，另一端通过球头立柱固定，球头立柱上开有垂直与岩心固定块轴线的小孔，孔内置有弹簧，弹簧位于岩心固定块的一端连接有定位球，岩心固定块表面开有与定位球相配合的凹槽；所述的岩心固定块上连接有与其轴线垂直的锁紧丝杆，锁紧丝杆两端分别与导向圈A及导向圈B相配合，且导向圈A与导向圈B的螺纹旋向相反。

所述主机模型系统的堵头上部设有球头，所述的活塞杆下端连接有压头座，压头座与球头采用球面配合，且活塞杆上端与球形座通过球面配合，球形座上部通过销轴连接压头，压头与油缸的伸缩杆相连。

所述主机模型系统的底座上分别设有mm规格岩心槽及mm规格岩心槽；且底座上连接有管线，且管线外部设有绝缘的护线套。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，该实验装置可以根据不同储气库评价目标断层性质，通过断层实验样品，模拟地下储气库的地质条件，实现不同注采运行工况的模拟，进行多周次的注采模拟，探讨断层性质的变化。通过物理模拟与评价软件的数值模拟相结合的综合评价方法，预测断层的密封性，为储气库建库条件的评价、预测储气库断层薄弱点、制定更合理的注采气方案、以及库容参数（上限压力）的优化提供重要的参考依据和指标。