[发明专利]一种真三轴射流破岩模拟实验装置

说明书

本发明公开了一种真三轴射流破岩模拟实验装置，利用高压泵将实验流体喷射入围压釜内的模腔中，产生高压射流并在模腔内形成围压，模拟Z方向静液柱压力；同时，液压站分别从两个不同的水平方向，向两个液压油缸内注入高压液压油，推动活塞杆为液压推块加载压力，液压油缸提供的推力与静液柱压力共同作用在人造岩心表面，实现X、Y方向不同水平应力的加载。该实验装置将真三轴围压加载与射流破岩有机结合在一起，以解决现有射流破岩实验装置无法真实模拟钻井过程中井底岩石的真实受力状况的问题，分析得到所受X/Y两个方向地应力和井筒内静液柱压力对射流破岩效率的影响规律，为高压喷射钻井技术的应用提供室内实验研究手段。

技术领域

本发明属于石油天然气技术领域，特别涉及一种真三轴射流破岩模拟实验装置。

背景技术

随着传递到井底的水力能量大幅度提高，井底的水力能量有时并不只局限于净化井底。在上部井段和软—中硬地层，当射流的压力超过岩石的强度，将会起到明显的水力破岩作用；但是泵压过高会导致设备能耗增加，提速不提效，也增加了设备运转负荷。同时，随着井深的增加，破岩门限压力逐渐提高，机械钻速逐渐降低，采用高压喷射钻井技术与机械联合破岩，提高喷嘴破岩水力能量，以提高机械钻速。在这种情况下，需要对不同物性参数岩石的门限压力进行研究，以达到拓宽高压喷射钻井技术的适用范围与更经济高效推广应用的目的。

由于井深、围压、地层岩性与射流破岩门限压力的匹配关系缺乏有效研究手段，需利用模拟装置开展室内实验，研究不同射流压力对带围压条件下岩心破岩效率的影响规律，明晰高围压条件下不同物性岩心射流破岩门限压力的变化规律，以指导现场施工过程中喷嘴类型、结构、泵压等参数的优选，实现高压喷射钻井技术更经济、高效的推广应用。

但是，现有实验装置无法真实模拟钻井过程中井底岩石的真实受力状况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种真三轴射流破岩模拟实验装置，该装置可模拟不同的X/Y水平方向地应力与Z方向静液柱压力，将真三轴围压加载与射流破岩有机结合在一起，以解决现有射流破岩实验装置无法真实模拟钻井过程中井底岩石的真实受力状况的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种真三轴射流破岩模拟实验装置，包括：真三轴加压系统、射流破岩系统和流体供给系统；

所述真三轴加压系统包括：围压釜本体和三个加压模块；三个所述加压模块能够为所述围压釜本体内的岩样加载方向和大小均不同的应力，且三个所述应力不在同一平面内；

所述流体供给系统提供的高压流体介质能够通过所述射流破岩系统作用于所述岩样。

优选的，所述射流破岩系统和所述流体供给系统同时还作为所述加压模块中的Z方向加压模块，通过所述高压流体介质在所述围压釜本体的模腔内形成围压以模拟Z方向静液柱压力。

优选的，所述Z方向加压模块还包括设置于所述围压釜本体的泄压阀。

优选的，三个所述加压模块中的另两个为X方向加压模块和Y方向加压模块，且其中至少一个为液压加压模块。

优选的，所述液压加压模块包括：液压推块、活塞杆和液压油缸；所述液压推块与所述活塞杆相连，所述液压推块位于所述围压釜本体内。

优选的，所述射流破岩系统包括：中心管、喷嘴基座、喷嘴和丝杠传动机构；

所述喷嘴通过喷嘴基座连接于所述中心管；

所述中心管能够通过所述丝杠传动机构相对于所述围压釜本体移动。

优选的，所述射流破岩系统的喷嘴与所述岩样之间的距离可调节。

优选的，所述喷嘴通过螺纹安装于所述喷嘴基座。

优选的，所述射流破岩系统还包括：设置于所述中心管外部的平衡腔。