[发明专利]极端深层环境下高温岩石压裂试验系统

权利要求书

1.极端深层环境下高温岩石压裂试验系统，包括注入系统、三轴加载和高温系统、智能控制系统；所述注入系统包括压裂液钢瓶、低温浴槽、预热器、开关阀门、恒速恒压泵、多孔介质泡沫发生器、表面活性剂容器、柱塞泵；所述三轴加载和高温系统包括流量测量计、压裂液注入管道、压裂液流出管道、电子天平、刚性加载框架、液压缸、筒体、平衡螺钉、拉紧螺钉、固定装置、上岩心塞、试样、下岩心塞、下法兰、轴向加载连接法兰、加热炉、铝合金保护套、保温套；所述智能控制系统包括计算机和连接线。

2.如权利要求1所述的极端深层环境下高温岩石压裂试验系统，其特征在于：所述注入系统包含多种压裂液供灵活选择进行压裂试验；所述三轴加载和高温系统中安置试样，通过围压系统和液压缸进行三轴加载，通过高温加热炉提高试验温度，实现真实模拟深层、超深层极端环境，并进行具体压裂试验研究；所述智能控制系统与注入系统、三轴加载和高温系统相连接，通过计算机控制试验并监测数据。

3.如权利要求1所述的极端深层环境下高温岩石压裂试验系统，其注入系统部分特征在于：压裂液钢瓶实时更换，提供如液氮、液态氦、水、液态二氧化碳、泡沫等多种压裂液进行压裂试验；低温浴槽控制温度由-10℃至室温，精度为0.1℃，预热器温度调节范围为0℃-80℃，控温精度为±0.5℃，二者结合，用于精确控制温度；多孔介质泡沫发生器能生成泡沫压裂液体系；表面活性剂容器内的表面活性剂能提高泡沫压裂液体系的稳定性；恒速恒压泵由智能控制系统控制，根据试验要求，实时调节，实现向试样中恒速恒压注入压裂液；柱塞泵能够将表面活性剂选择性地添加到多孔介质泡沫发生器中；在注入系统的各个组成部分连接线上皆装有开关阀门，通过自由选择开关，控制注入液的成分。

4.如权利要求1所述的极端深层环境下高温岩石压裂试验系统，其三轴加载和高温系统部分特征在于：在压裂液入口、出口装有流量测量计，实时监测压裂液的流量情况并加以反馈；出口处连接电子天平，可对流出压裂液进行测量；试样安置于上、下岩心塞之间，并连接有压裂液注入管线和流出管线，上、下岩心塞起到固定试样的作用，其中上岩心塞可以由上部拔出，便于取出试样，研究压裂后的试样，同时方便进行重复性试验；刚性加载框架能承载2000kN压力，刚度10GN/m；筒体内装有耐高温硅油。

5.如权利要求1所述的极端深层环境下高温岩石压裂试验系统，其三轴加载和高温系统的高温实现部分特征在于：在试样周围包裹一层由铝合金材料制成的保护套，在有效传递热量给试样，提供高温环境的同时，避免高温影响下采用常规的塑胶套大变形进而发生损坏；铝合金保护套厚度宜为2.6mm；考虑到加热炉对整体系统的高温处理最高达400℃，采用镍基合金材料制成高温围压室，在承受400℃高温的同时，还能承受高达210MPa的围压，从而真实模拟极端环境下压裂试验而不会发生系统损坏现象；在最外层包裹保护套，避免热量散失，影响压裂试验的环境稳定性。

6.如权利要求1所述的极端深层环境下高温岩石压裂试验系统，其特征在于：所述智能控制系统包括计算机和与注入系统、三轴加载和高温系统相连接的连接线，用于智能控制整个试验。

7.如权利要求1所述的极端深层环境下高温岩石压裂试验系统，其特征在于：试验步骤按照先后顺序包括：

(1)在三轴加载和高温系统中将试样安置于下岩心塞上，安装上岩心塞并塞紧；

(2)通过筒体内的液压油施加试验所需围压，通过液压缸施加试验所需轴压；

(3)通过加热炉加热试验温度，达到试验模拟的高温、高地应力极端环境下时，保持环境恒定；

(4)通过注入系统的柱塞泵将表面活性剂加入到多孔介质泡沫发生器中；

(5)通过选择性地打开或者关闭开关阀门，灵活控制压裂液的成分；

(6)在阀门开关完毕，选择好压裂液后，利用计算机控制，使用恒速恒压泵将压裂液注入到试样中进行压裂试验，并用流量测量计和电子天平实时监测注入流量，记录数据；

(7)待压裂完成后关闭所有阀门，提升液压缸，由上部拔下上岩心塞，取出试样并观察压裂裂缝，进行研究分析。