[发明专利]多方位角井眼破裂压力测试装置

说明书

本发明公开了一种多方位角井眼破裂压力测试装置,包括压力釜、导流堵头、轴向推力机构、位移控制机构、温度控制机构、声学机构以及膨胀机构，压力釜包括第一固定侧壁、第二固定侧壁、弹性壁，第一固定侧壁和第二固定侧壁之间形成第一腔室，弹性壁内侧围构而成第二腔室；轴向推力机构相对导流堵头位于岩石的另一侧，轴向推力机构能相对压力釜运动；膨胀机构包括设置在推力杆上并能沿径向发生形变的膨胀管以及设置在导流堵头上的膨胀接头。膨胀机构独立循环，可实现对井眼围压和轴向压力的独立控制，同时可实现对井眼内流通通道施加不同压力不同温度的控制，通过膨胀管体积变形推算井眼岩石的破裂压力。

技术领域

本发明涉及岩石力学实验领域，尤其涉及一种多方位角井眼破裂压力测试装置。

背景技术

随着油气开发的深入，钻井垂直深度已接近万米，不同井型裸眼井段长度不断增加，钻井安全窗口越来越窄，同时，深层岩石的温度环境发生显著增加，在高温井钻井过程中深层井壁岩石温度甚至可达350℃以上，岩石温度的变化导致岩石的结构和力学特性会发生变化，因此准确了解温度变化对岩石力学特性和损伤破环机理的影响规律，判别和预测井壁强度，特别是高温状态下井壁稳定性对安全钻井工程具有重要的现实意义。

现有的模拟深部岩石复杂环境的岩石力学试验主要在以恒温静态力学试验机为代表的岩石力学试验装置上开展，得到恒温渗流与静压耦合条件下岩石的力学特性。早在20世纪80年代，岩石介质声学测试装置已经较为成熟，但是受到装置的限制，始终没有将岩石声波测试同力学测试同步，没有能够满足岩石高压温变状态的声学响应装置；膨胀管具有膨胀体积大，变形均匀等特点，被大量用于钻井工程的修井、尾管等方面，膨胀管技术的出现，改变了现有力学加载模式，集成现有技术。

1、对于浅部低温地层，采用传统的机械测试方式能够满足岩石的物性参数的测定，且方法成熟，数据获取直接，声学响应测试的发展受到限制，声学测试不需要进行钻井采芯，极大的节约成本和时间；2、随着高温高压井的开发，高温度、高压力共同作用对岩石物性参数的影响加剧，单一的温度或围压环境模拟已经不能精确模拟所需环境。3、膨胀管技术是材料新型技术，对膨胀管的压力控制较难。

因此，研制研究一套经济简捷的室内测量方法及装置是解决深层高温井钻井井壁稳定力学研究的当务之急。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种多方位角井眼破裂压力测试装置，其可以测试岩石在不同温度变化下的破裂压力。

本发明的具体技术方案是：一种多方位角井眼破裂压力测试装置，包括压力釜、导流堵头、轴向推力机构、位移控制机构、温度控制机构、声学机构以及膨胀机构，其中，所述压力釜包括第一固定侧壁、设置在所述第一固定侧壁内的第二固定侧壁、设置在所述第二固定侧壁内并能沿径向产生形变的弹性壁，所述第一固定侧壁和所述第二固定侧壁之间形成第一腔室，所述弹性壁内侧围构而成第二腔室；所述导流堵头设置在所述弹性壁内以供岩石容置，所述导流堵头上设置有与第一腔室连通的导流管；所述轴向推力机构相对所述导流堵头位于岩石的另一侧，所述轴向推力机构能相对所述压力釜运动，所述轴向推力机构位于压力釜内的一端设置有能与所述压力腔和所述测试腔接合的导流机构，所述导流机构包括能在其与所述压力腔和所述测试腔接合时将所述压力腔和所述弹性桶之间连通的渗流通道；所述位移控制机构能相对所述第二固定侧壁沿径向移动，所述位移控制机构的一端位于所述第一腔室内，所述位移控制机构的另一端设置在弹性壁上；所述温度控制机构包括与所述第一腔室连通的流体源以及设置在所述导流管处的温度检测单元；所述声学机构包括设置在所述导流堵头背离所述岩石一侧的声波发射装置和设置在所述渗流堵头背离所述岩石一侧的声波接收装置，或，设置在所述导流堵头背离所述岩石一侧的声波接收装置和设置在所述渗流堵头背离所述岩石一侧的声波发射装置；所述膨胀机构包括设置在所述推力杆上并能沿径向发生形变的膨胀管以及设置在所述导流堵头上的膨胀接头，所述膨胀接头能在所述渗流堵头与所述压力釜接合时与所述膨胀管接合。