[发明专利]地层水平主应力模拟试验装置

说明书

本发明涉及一种地层水平主应力模拟试验装置，该装置的核心部件为一个呈“十”字形分布的四缸液压组合系统，选择同轴的一对液缸施加最大水平主应力，另外一对液缸施加最小水平主应力。本发明采用带有开关阀的液压机构控制液缸所施加的应力，各个液缸配备一套独立的液压机构，将开关阀的预置压力设置为地应力大小，当试验岩样发生蠕动扩张使得液缸压力大于预置压力时，开关阀自动打开泄压，主应力板随试验岩样向外移动，反之，开关阀自动关闭，主应力板停止移动。该液压机构保证了地应力在整个试验过程中基本维持不变，可较为准确地模拟近井地带岩石受压裂液挤压时蠕动扩张的动态过程。

技术领域

本发明涉及油气田开采领域油气井生产所用的水力压裂施工模拟试验装置，尤其是一种地层水平主应力模拟试验装置。

背景技术

目前我国大部分油田已进入开发中后期，稳产和挖潜的难度越来越大，油藏高含水和油井出砂现象日益严重，因此油气井增产技术受到极大关注。水力压裂是一种应用广泛的增产技术，能否准确把握水力压裂裂缝的扩展规律，直接关系到压裂施工的效果。现场水力压裂试验方法费用昂贵，且同一层位无法多次重复试验，因此很少采用。目前研究裂缝扩展机理的方法以物模试验为主，在室内模拟地层温度、压力环境以及井筒施工条件，针对不同物性的储层岩石进行试验。

在申请号为201020283533.2的中国实用新型专利申请公布说明书中，公开了一种水力压裂破裂过程模拟的室内装置，该装置用于研究不同围压和温度条件下岩石裂缝的起裂、扩展和延伸机理。其特征在于：配备一个方形承压体，承压体内部为承压腔，三个正交的加载机构的压力板均伸入承压腔内，承压体的一侧连接外承压体，外承压体内部为外承压室，承压腔与外承压室相通，承压腔与外承压室之间安装导轨，试样小车置于导轨上，试样小车上安装有压力板和固定承压柱，压力板和固定承压柱上有连通的注液通道，注液通道与承压腔相通。该装置模拟地应力通过液缸向试验岩样施加固定载荷实现，起裂裂缝在进一步扩张过程中，试验岩样发生蠕变进而反向压缩液缸，导致施加载荷随之显著增大，无法满足地应力在整个试验期间基本维持不变的要求。

在申请号为201310407768.6的中国发明专利申请公布说明书中，公开了一种油气井水力压裂裂缝扩展可视化实验方法及其装置。其特征在于，装置主要由岩样室、地应力加载单元、模拟压裂管柱、高速摄像机、高压泵注单元、数据测量与采集单元组成，其中岩样室顶盖开有四个透明观察口。试验开始前，首先对预制平板型岩样加载三轴应力，在岩样受力条件下钻取井眼，然后安装好模拟压裂管柱。试验开始后，由平流泵经高压管线向压裂管柱内泵注压裂液，使用压力变送器测量泵注压力变化，并使用高速摄像机在平面上记录裂缝扩展路径。该装置同样无法满足地应力在整个试验期间基本维持不变的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种地层水平主应力模拟试验装置。

其技术方案如下：

地层水平主应力模拟试验装置，包括高压釜体和模拟套管，所述高压釜体四周呈十字形布设四组液压缸组件，液压缸组件的内端设有主应力板，其中两个同轴液压缸组件的内端分别连接有最大主应力板，另外两个同轴液压缸组件的内端分别连接由最小主应力板；所述模拟套管居中设置于高压釜体内，主应力板围绕于模拟套管四周。

进一步的，所述液压缸组件包括：高压液缸、活塞杆、往复活塞，所述高压液缸固设于高压釜体外壁，活塞杆的外端连接往复活塞，往复活塞与高压液缸滑动密封配合，活塞杆的内端连接主应力板。

进一步的，所述液压缸组件还包括液缸端盖，所述液缸端盖螺纹连接于高压液缸外端。

进一步的，所述主应力板为弧型厚板结构，厚板两端对称加工有弧型弯臂爪，板体中心处加工有凸台。

进一步的，所述的高压釜体为一凹形迴转体，其侧壁加工有围绕迴转体轴心呈间隔90°均布的凸台。

进一步的，所述高压液缸通过端部的外螺纹与高压釜体上带内螺纹的凸台紧密连接；活塞杆通过端部的外螺纹与往复活塞的内螺纹紧密连接。