非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是有關(guān)于一種非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，包括實(shí)驗(yàn)箱以及安裝在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的單軸壓力系統(tǒng)、圍壓增壓系統(tǒng)和壓裂模擬器，其中：所述的壓裂模擬器包括橫向放置的雙向液壓缸，雙向液壓缸的兩側(cè)活塞端頭均安裝有井壁壓頭和橫向壓力傳感器。本發(fā)明操作簡(jiǎn)便，移動(dòng)方便，既能夠高精度測(cè)量泥頁(yè)巖彈性模量、泊松比等基本巖石力學(xué)特征參數(shù)，又能進(jìn)行三軸應(yīng)力環(huán)境實(shí)驗(yàn)分析和野外淺層巖石壓裂模擬實(shí)驗(yàn)。
【專利說(shuō)明】非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，特別是涉及一種非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)對(duì)油氣資源需求的不斷增長(zhǎng)，油氣需求缺口也越來(lái)越大。在常規(guī)油氣勘探越來(lái)越難以取得重大突破的情況下，非常規(guī)油氣資源將會(huì)成為我國(guó)重要的接替能源。目前能夠進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)發(fā)的非常規(guī)油氣資源主要是頁(yè)巖油氣、煤層氣以及致密砂巖氣，對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)集層分別是泥頁(yè)巖、煤層和致密砂巖。
[0003]頁(yè)巖油氣是一種存在于暗色泥頁(yè)巖或炭質(zhì)泥頁(yè)巖中以吸附或游離態(tài)為主的石油和天然氣，煤層氣是指賦存在煤層中以吸附態(tài)為主的天然氣，致密砂巖氣通常是指低滲一特低滲砂巖儲(chǔ)層中無(wú)自然產(chǎn)能的天然氣。泥頁(yè)巖、煤層和致密砂巖通常儲(chǔ)層致密，基質(zhì)孔隙度和滲透率低，在通常情況下難以形成產(chǎn)能，必須通過(guò)大規(guī)模壓裂進(jìn)行儲(chǔ)層改造才能形成工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值。巖石力學(xué)特征是進(jìn)行壓裂設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，包括彈性模量、泊松比、地應(yīng)力特征、巖石強(qiáng)度等，其中最重要的兩個(gè)參數(shù)是彈性模量和泊松比。巖石力學(xué)特征影響儲(chǔ)層改造，例如壓裂裂縫的方向、長(zhǎng)度、形態(tài)等特征，因此巖石力學(xué)特征的準(zhǔn)確表征是壓裂成功的關(guān)鍵。目前，巖石力學(xué)特征參數(shù)通常采用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)量。
[0004]非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層一一泥頁(yè)巖、煤層和致密砂巖均為沉積巖類，其中泥頁(yè)巖和煤層的抗壓強(qiáng)度較低，致密砂巖的抗壓強(qiáng)度稍高，但均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于巖衆(zhòng)巖、變質(zhì)巖類巖石如花崗巖、大理巖?，F(xiàn)有的巖石壓力試驗(yàn)機(jī)針對(duì)巖土力學(xué)研究領(lǐng)域，應(yīng)用于所有巖石類型以及混凝土等，如國(guó)產(chǎn)TYX — 500型巖石三軸壓力機(jī)，軸壓5麗(5X106N);美國(guó)MTS公司的巖石伺服試驗(yàn)機(jī)，軸壓4.5MN (4.5X106N)。這些常規(guī)壓力試驗(yàn)機(jī)載荷很大，從而導(dǎo)致在小壓力載荷情況下對(duì)壓力載荷變化的控制精度相對(duì)降低。
[0005]由計(jì)算機(jī)控制的壓力試驗(yàn)機(jī)通常采用分體式設(shè)計(jì)，由相互分離的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和壓力測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)三部分組成，如TAW-2000微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)等。該類儀器體積和重量龐大，實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)條件適應(yīng)性能差，具有移動(dòng)和安裝不便的缺點(diǎn)。
[0006]此外，巖石樣品的體積通常較小，很難直接反映理論無(wú)限大巖石體的力學(xué)特征。如果需要在巖石鉆孔中直接進(jìn)行壓裂模擬實(shí)驗(yàn)，則現(xiàn)有的壓力試驗(yàn)機(jī)還難以承擔(dān)該類壓裂模擬實(shí)驗(yàn)任務(wù)。非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層通常具有巖性致密、基質(zhì)孔隙度和滲透率低等特點(diǎn)，泥頁(yè)巖和煤層還具有儲(chǔ)層穩(wěn)定性差、遇水易膨脹和坍塌等特點(diǎn)，對(duì)其中的油氣開(kāi)發(fā)造成了較大困難。因此，壓裂施工之前通常需要進(jìn)行壓裂物理模擬，從而輔助壓裂設(shè)計(jì)。要想反映理論大體積巖石體的力學(xué)特征，需要壓裂模擬實(shí)驗(yàn)可在野外淺鉆孔或巨型巖石樣品中進(jìn)行，換句話說(shuō)，需要把通常的“巖芯放在機(jī)器里”理念修改為“把機(jī)器放在巖石里”。
[0007]由此可見(jiàn)，巖土力學(xué)研究領(lǐng)域使用的現(xiàn)有壓力試驗(yàn)機(jī)不適宜在頁(yè)巖油氣勘探領(lǐng)域廣泛推廣，必須進(jìn)行重大改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種既能高精度測(cè)量非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖力學(xué)基本參數(shù)，又能進(jìn)行儲(chǔ)集層壓裂模擬實(shí)驗(yàn)的新的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，實(shí)屬當(dāng)前本領(lǐng)域的重要研發(fā)課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，使其操作簡(jiǎn)便，移動(dòng)方便，既能夠高精度測(cè)量泥頁(yè)巖彈性模量、泊松比等基本巖石力學(xué)特征參數(shù)，又能進(jìn)行三軸應(yīng)力環(huán)境實(shí)驗(yàn)分析和野外淺層巖石壓裂模擬實(shí)驗(yàn)。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，包括實(shí)驗(yàn)箱以及安裝在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的單軸壓力系統(tǒng)、圍壓增壓系統(tǒng)和壓裂模擬器，其中:所述的壓裂模擬器包括橫向放置的雙向液壓缸，雙向液壓缸的兩側(cè)活塞端頭均安裝有井壁壓頭和橫向壓力傳感器。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)還安裝有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制雙向液壓缸、單軸壓力系統(tǒng)和圍壓增壓系統(tǒng)的動(dòng)作，并與壓裂模擬器的橫向壓力傳感器以及單軸壓力系統(tǒng)的縱向壓力傳感器通信連接。
[0011]所述的單軸壓力系統(tǒng)包括上壓頭、下壓頭、縱向液壓缸、液壓控制模塊以及油箱，縱向液壓缸的活塞上裝有位移傳感器，上壓頭安裝在縱向液壓缸的活塞連桿上，并在上壓頭或下壓頭上裝有縱向壓力傳感器；所述的圍壓增壓系統(tǒng)包括三軸壓力室、三軸壓力室底座和圍壓控制模塊，縱向液壓缸的活塞連桿穿過(guò)三軸壓力室的頂面，上壓頭位于三軸壓力室內(nèi)，三軸壓力室底部設(shè)有開(kāi)口，三軸壓力室底座與三軸壓力室的開(kāi)口對(duì)應(yīng)，圍壓控制模塊控制三軸壓力室或三軸壓力室底座移動(dòng)使其密封連接或分離，并在密封時(shí)控制三軸壓力室內(nèi)的注油和圍壓；所述的壓裂模擬器的雙向液壓缸通過(guò)所述液壓控制模塊與所述油箱連接。
[0012]所述的雙向液壓缸的缸體連接有位于其軸線中垂線上的中空?qǐng)A柱體高強(qiáng)度金屬壁，再通過(guò)軟質(zhì)長(zhǎng)油管與液壓控制模塊、油箱連接。
[0013]所述的實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部底面設(shè)有基座，三軸壓力室底座和下壓頭設(shè)置在基座上，縱向液壓缸通過(guò)支撐架安裝在基座上方。
[0014]所述的支撐架上安裝有環(huán)向弓丨伸儀和軸向引伸儀。
[0015]所述的基座、上壓頭、下壓頭、支撐架以及安裝在支撐架上的縱向液壓缸均與實(shí)驗(yàn)箱中軸線重合。
[0016]所述的雙向液壓缸兩側(cè)的活塞與缸體之間安裝有壓縮彈簧。
[0017]所述的實(shí)驗(yàn)箱下方設(shè)有腳輪和伸縮支撐腳。
[0018]所述的縱向液壓缸采用3至4個(gè)小型液壓缸組成的液壓缸組，其中某一個(gè)液壓缸的活塞上裝有高精度位移傳感器。
[0019]采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、除了能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)壓力試驗(yàn)機(jī)的單軸和三軸應(yīng)力測(cè)試外，還能夠在野外對(duì)理論無(wú)限大巖體進(jìn)行壓裂模擬實(shí)驗(yàn)，避免了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)擾動(dòng)性及尺寸效應(yīng)等不足，主要針對(duì)非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層壓裂施工的儲(chǔ)層進(jìn)行可壓裂性評(píng)價(jià)；
[0021]2、采用小型液壓缸組的設(shè)計(jì)，對(duì)于具有脆性高、易碎特點(diǎn)的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石基本力學(xué)參數(shù)的測(cè)量具有更高的精度；[0022]3、將單軸壓力系統(tǒng)、壓力測(cè)試平臺(tái)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高效集成，大大減小了儀器的體積和重量，能夠在各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，增強(qiáng)了儀器的適應(yīng)性和利用效率，方便設(shè)備的搬運(yùn)和攜帶；
[0023]4、采用數(shù)字化集成設(shè)計(jì)，只需要簡(jiǎn)單的操作即可完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自動(dòng)記錄并實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)完成后自動(dòng)計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具有可操作性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。
[0024]如上所述，本發(fā)明非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀采用分體式的單軸壓力系統(tǒng)作為壓力源，將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、單軸壓力系統(tǒng)、壓力測(cè)試平臺(tái)以及壓裂模擬設(shè)備整合為一體，集成度高，與普通巖石力學(xué)試驗(yàn)儀器相比大大減小了儀器的體積和重量，且操作簡(jiǎn)便，移動(dòng)方便，既能夠更高精度地測(cè)量非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層的基本巖石力學(xué)特征參數(shù)和進(jìn)行三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，又能進(jìn)行淺鉆孔壓裂模擬實(shí)驗(yàn)，適合于頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的巖石力學(xué)特征的分析實(shí)驗(yàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]圖1是本發(fā)明非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2是本發(fā)明非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀的正面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3是本發(fā)明非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4是本發(fā)明的壓裂模擬器的縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5是本發(fā)明的壓裂模擬器的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中各符號(hào)對(duì)應(yīng)部件為:1計(jì)算機(jī)，2液壓控制模塊，3腳輪，4伸縮支撐腳，5顯示控制模塊，6上壓頭，7油箱，8基座，9實(shí)驗(yàn)箱，10下油管，11下壓頭，12上油管，13支撐架，14縱向液壓缸，15三軸壓力室，16三軸壓力室底座，17頂蓋，18圍壓控制模塊，19前窗，20壓裂模擬器，21長(zhǎng)油管，22高強(qiáng)度金屬壁，23金屬油管，24彈簧，25井壁壓頭，26雙向液壓缸。
【具體實(shí)施方式】
[0032]請(qǐng)參閱圖1-5所示，本發(fā)明非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，主要包括實(shí)驗(yàn)箱9以及集成于實(shí)驗(yàn)箱9內(nèi)的單軸壓力系統(tǒng)、圍壓增壓系統(tǒng)和壓裂模擬器20，其中壓裂模擬器20采用橫向放置的雙向液壓缸26，雙向液壓缸26的兩側(cè)活塞端頭均安裝有井壁壓頭25和橫向壓力傳感器，可用于“無(wú)限大”巖樣或野外淺層巖石的鉆孔壓裂模擬實(shí)驗(yàn)。
[0033]此外，本發(fā)明還可在實(shí)驗(yàn)箱9內(nèi)安裝有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，集中控制雙向液壓缸、單軸壓力系統(tǒng)和圍壓增壓系統(tǒng)的動(dòng)作，并與壓裂模擬器20的橫向壓力傳感器以及單軸壓力系統(tǒng)的縱向壓力傳感器通信連接。
[0034]進(jìn)一步具體來(lái)說(shuō)，單軸壓力系統(tǒng)包括上壓頭6、下壓頭11、縱向液壓缸14、液壓控制模塊2以及油箱7?？v向液壓缸14的活塞上裝有位移傳感器，上壓頭6安裝在縱向液壓缸14的活塞連桿上，并在上壓頭6或下壓頭11上裝有縱向壓力傳感器，用于測(cè)量巖樣受到的縱向載荷。在該液壓系統(tǒng)中，油箱7、液壓控制模塊2和縱向液壓缸14組成分體式結(jié)構(gòu)，三者用油管相互連接。
[0035]更進(jìn)一步的，縱向液壓缸14可采用多個(gè)小型液壓缸組成的液壓缸組，通?？刹捎?至4個(gè)小型液壓缸組成液壓缸組，便于減小儀器體積和質(zhì)量，增大儀器的最大載荷，同時(shí)可以增加軸向載荷控制精度，提高實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度。其中某一個(gè)液壓缸的活塞上安裝高精度位移傳感器即可，縱向壓力傳感器最好安裝在上壓頭6的底部，位移傳感器與縱向壓力傳感器配合可以直接測(cè)定巖石的彈性模量。
[0036]油箱7和液壓控制模塊2最好分別置于實(shí)驗(yàn)箱底部?jī)蓚?cè)，以保證整個(gè)儀器中心穩(wěn)定，同時(shí)便于減小儀器體積。油箱7還包括液壓泵和過(guò)濾閥，通過(guò)下油管10和液壓控制模塊2連接。液壓控制模塊2采用高性能電液伺服比例閥組，通過(guò)上油管12和縱向液壓缸14連接，并通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接。
[0037]圍壓增壓系統(tǒng)包括三軸壓力室15、三軸壓力室底座16和圍壓控制模塊18。縱向液壓缸14的活塞連桿穿過(guò)三軸壓力室15的頂面，上壓頭6位于三軸壓力室15內(nèi)，三軸壓力室15底部設(shè)有開(kāi)口，三軸壓力室底座16與三軸壓力室15的開(kāi)口對(duì)應(yīng)。
[0038]圍壓控制模塊18可設(shè)置在油箱7上方，通過(guò)油管連接三軸壓力室15，控制三軸壓力室15或三軸壓力室底座16移動(dòng)使其密封連接或分離，并在密封時(shí)控制三軸壓力室15內(nèi)的注油和圍壓。
[0039]在單軸壓力測(cè)試時(shí)，將三軸壓力室15提起；在進(jìn)行三軸地應(yīng)力模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，將其放下，通過(guò)三軸壓力室15和其底座16將巖心密閉，再向三軸室內(nèi)注油增加巖心圍壓，圍壓的控制通過(guò)圍壓控制模塊18實(shí)現(xiàn)。
[0040]壓裂模擬器20主要包括橫向放置的雙向液壓缸26，雙向液壓缸26同樣連接并受控于液壓控制模塊2，且其兩側(cè)活塞端頭均安裝有能夠緊貼井壁的井壁壓頭25和橫向壓力傳感器，橫向壓力傳感器與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通信連接。
[0041]進(jìn)一步的，壓裂模擬器20還包括長(zhǎng)油管21和高強(qiáng)度金屬壁22。高強(qiáng)度金屬壁22采用優(yōu)質(zhì)鋼材制作的中空?qǐng)A柱體，雙向液壓缸26的中部空間與高強(qiáng)度金屬壁22的中空部分形成的金屬油管23連通，高強(qiáng)度金屬壁22具有橫向固定和保護(hù)雙向液壓缸26的作用，保證雙向液壓缸26的活塞垂直于井壁。長(zhǎng)油管21采用軟管，其一端固定在高強(qiáng)度金屬壁22上并與高強(qiáng)度金屬壁22的中空部分連通，另一端通過(guò)液壓控制模塊2與油箱7連通。
[0042]雙向液壓缸26采用最優(yōu)質(zhì)的金屬材料，能承受壓裂井壁巖石的液壓強(qiáng)度，提供井下壓裂井壁的動(dòng)力，并可在雙向液壓缸26兩側(cè)的活塞與缸體之間安裝壓縮彈簧24。雙向液壓缸26從中部進(jìn)油推動(dòng)兩側(cè)活塞向外運(yùn)動(dòng)并壓縮彈簧24，卸載時(shí)通過(guò)壓縮彈簧24的彈力歸位。
[0043]進(jìn)行壓裂模擬實(shí)驗(yàn)時(shí):先在需要進(jìn)行壓裂模擬實(shí)驗(yàn)的野外露頭巖石或巨型巖樣上進(jìn)行淺鉆孔；將壓裂模擬器20通過(guò)長(zhǎng)油管21放入鉆孔指定部位并將其在井口固定；打開(kāi)液壓開(kāi)關(guān)，雙向液壓缸26的活塞向兩側(cè)伸出，井壁壓頭25向兩側(cè)拉張井壁直至巖石破裂，在此過(guò)程中井壁壓頭25上的橫向壓力傳感器計(jì)量壓力變化并通過(guò)導(dǎo)線傳輸至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)可繪制壓力隨時(shí)間變化曲線，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可配合聲發(fā)射等技術(shù)手段檢測(cè)裂縫發(fā)育情況；實(shí)驗(yàn)完成提升并收回壓裂模擬器，最后處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0044]實(shí)驗(yàn)箱9可設(shè)計(jì)為可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱，例如在實(shí)驗(yàn)箱9的下方設(shè)置四個(gè)腳輪3和四個(gè)伸縮支撐腳4，伸縮支撐腳4采用電動(dòng)液壓控制，實(shí)驗(yàn)時(shí)四個(gè)伸縮支撐腳4完全放下時(shí)將腳輪3完全抬離底面，以保證實(shí)驗(yàn)儀器的平衡和穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將伸縮支撐腳4收起，便于移動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
[0045]此外，還可在實(shí)驗(yàn)箱9正前方設(shè)置高強(qiáng)度透明樹(shù)脂材質(zhì)的前窗19，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前打開(kāi)前窗19安放巖樣和傳感器，實(shí)驗(yàn)時(shí)關(guān)閉前窗，通過(guò)前窗19觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程，以保證實(shí)驗(yàn)人員的安全。
[0046]實(shí)驗(yàn)箱9底部采用高強(qiáng)度金屬材質(zhì)，以保證儀器具有足夠大的承載力。實(shí)驗(yàn)箱9內(nèi)部底面設(shè)有基座8，基座8采用高強(qiáng)度不銹鋼金屬材質(zhì)，用于增加儀器的穩(wěn)定性，并可在基座8內(nèi)安裝有收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)處理芯片，芯片通過(guò)數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
[0047]三軸壓力室底座16和下壓頭11設(shè)置在基座8上，縱向液壓缸14通過(guò)支撐架13安裝在基座8上方，下油管10穿過(guò)壓力測(cè)試平臺(tái)的基座8的內(nèi)部。支撐架13包括頂板和位于中部的四根不銹鋼支撐管，支撐管上可根據(jù)需要安裝環(huán)向引伸儀、軸向引伸儀等傳感器，單軸應(yīng)力測(cè)試時(shí)兩個(gè)傳感器可以精確測(cè)量巖樣的橫向和縱向位移，并通過(guò)鋼管內(nèi)的數(shù)據(jù)線連接到基座內(nèi)的數(shù)據(jù)芯片，再通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
[0048]更進(jìn)一步的，基座8、上壓頭6、下壓頭11、支撐架13以及安裝在支撐架13上的縱向液壓缸14均與實(shí)驗(yàn)箱9中軸線重合，以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)儀器的穩(wěn)定以及伸縮支撐腳4受力均勻。并在實(shí)驗(yàn)箱上方設(shè)置頂蓋17，在內(nèi)部設(shè)置分隔板，將縱向液壓缸14、上壓頭6、下壓頭
11、三軸壓力室15、三軸壓力室底座16與油箱7、液壓控制模塊2、圍壓控制模塊18、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)隔離。
[0049]計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)I和顯示控制模塊5組成，計(jì)算機(jī)I通過(guò)數(shù)據(jù)線連接并控制液壓控制模塊2、顯示控制模塊5以及圍壓控制模塊18，并與縱向壓力傳感器通信連接。顯示控制模塊5位于實(shí)驗(yàn)箱9的面板上，包括顯示器、參數(shù)輸入面板及控制按鈕。
[0050]本發(fā)明非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)參數(shù)分析儀整臺(tái)設(shè)備采用計(jì)算機(jī)數(shù)字集成控制，所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均可實(shí)時(shí)顯示，實(shí)驗(yàn)完畢后，使用數(shù)據(jù)線拷貝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)至電腦，其至少包括以下三個(gè)主要功能:
[0051]1、井(鉆孔)下非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石壓裂模擬實(shí)驗(yàn)，測(cè)量和計(jì)算理論無(wú)限大巖石體的破裂壓力，抗拉強(qiáng)度等參數(shù)；
[0052]2、三軸應(yīng)力條件下，非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石樣品的力學(xué)特征分析，分析不同圍壓條件下，巖石力學(xué)特征及參數(shù)的變化情況。
[0053]3、單軸應(yīng)力條件下，非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石基本力學(xué)特征參數(shù)彈性模量、泊松比等的測(cè)量。
[0054]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于包括實(shí)驗(yàn)箱以及安裝在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的單軸壓力系統(tǒng)、圍壓增壓系統(tǒng)和壓裂模擬器，其中:所述的壓裂模擬器包括橫向放置的雙向液壓缸，雙向液壓缸的兩側(cè)活塞端頭均安裝有井壁壓頭和橫向壓力傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于所述的實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)還安裝有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制雙向液壓缸、單軸壓力系統(tǒng)和圍壓增壓系統(tǒng)的動(dòng)作，并與壓裂模擬器的橫向壓力傳感器以及單軸壓力系統(tǒng)的縱向壓力傳感器通信連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于: 所述的單軸壓力系統(tǒng)包括上壓頭、下壓頭、縱向液壓缸、液壓控制模塊以及油箱，縱向液壓缸的活塞上裝有位移傳感器，上壓頭安裝在縱向液壓缸的活塞連桿上，并在上壓頭或下壓頭上裝有縱向壓力傳感器； 所述的圍壓增壓系統(tǒng)包括三軸壓力室、三軸壓力室底座和圍壓控制模塊，縱向液壓缸的活塞連桿穿過(guò)三軸壓力室的頂面，上壓頭位于三軸壓力室內(nèi)，三軸壓力室底部設(shè)有開(kāi)口，三軸壓力室底座與三軸壓力室的開(kāi)口對(duì)應(yīng)，圍壓控制模塊控制三軸壓力室或三軸壓力室底座移動(dòng)使其密封連接或分離，并在密封時(shí)控制三軸壓力室內(nèi)的注油和圍壓； 所述的壓裂模擬器的雙向液壓缸通過(guò)所述液壓控制模塊與所述油箱連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于所述的雙向液壓缸的缸體連接有位于其軸線中垂線上的中空?qǐng)A柱體高強(qiáng)度金屬壁，再通過(guò)軟質(zhì)長(zhǎng)油管與液壓控制模塊、油箱連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于所述的實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部底面設(shè)有基座，三軸壓力室底座和下壓頭設(shè)置在基座上，縱向液壓缸通過(guò)支撐架安裝在基座上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于所述的支撐架上安裝有環(huán)向弓I伸儀和軸向引伸儀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于所述的基座、上壓頭、下壓頭、支撐架以及安裝在支撐架上的縱向液壓缸均與實(shí)驗(yàn)箱中軸線重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于所述的雙向液壓缸兩側(cè)的活塞與缸體之間安裝有壓縮彈簧。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于所述的實(shí)驗(yàn)箱下方設(shè)有腳輪和伸縮支撐腳。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層巖石力學(xué)特征分析儀，其特征在于所述的縱向液壓缸采用3至4個(gè)小型液壓缸組成的液壓缸組，其中某一個(gè)液壓缸的活塞上裝有高精度位移傳感器。
【文檔編號(hào)】G01N3/12GK103868799SQ201410108386
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】張金川, 黃瀟 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）