一种检测气相压裂工作压力及压裂效果的实验装置及方法与流程

[0001]
本发明涉及一种气相压裂仿真检测装置，特别是涉及一种检测气相压裂工作压力及压裂效果的实验装置及检测方法。


背景技术：

[0002]
作为一种新型的爆破压裂技术，在煤矿安全生产、油气井压裂增产和地面矿山爆破等方面得到了广泛应用。气相压裂技术的工作原理为：在气相压裂设备内充装液态co2，启爆器引燃内置的加热器，液态co2在20～40 ms内转换为高压气体，气体压力达到设备的控制压力后，快速喷出作用于目标体，破碎目标体或使目标体产生新的裂缝，实现爆破压裂的目的。气相压裂技术是一种非炸药、绿色无污染、本质安全型爆破压裂技术，应用前景广阔。
[0003]
工作压力是指气相压裂设备喷出的高压气体的压力，是气相压裂技术的关键参数之一，直接影响爆破压裂效果，不同的目标体材质不同、力学性质不同、施工工艺不同等，对工作压力的要求也不尽相同。因此，对于某一目标体，适配的工作压力是实现气相压裂效果最大化的关键参数，工作压力的可靠测试是气相压裂技术推广应用过程中必须要解决的难题。
[0004]
气相压裂过程中液态co2气化后形成高压气体，喷出速度快（300-400m/s）、压力高（500mpa），属于瞬间动态高压力，压力测试难度大。目前的测试方法主要是采用pcb和pvdf动态传感器，直接测试喷出高压气体的压力，但由于喷出的气体压力高、速度快，造成测试结果误差大、工艺繁琐、工作量大，不能够满足实际应用的需求。特别是当气相压裂技术在油气井压裂增产应用过程中，仅有工作压力是远远不够的，还需要对储层样品进行气相压裂裂缝扩展规律实验研究，现有的实验设备和方法还不完善，且存在不少问题。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种检测气相压裂工作压力及压裂效果的实验装置及方法，以达到灵活且精确进行工作压力和压裂效果检测作业的目的。
[0006]
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种检测气相压裂工作压力及压裂效果的实验装置，包括承载基座、实验腔、密封盖、承载弹簧、机械压力传感器、流体压力传感器、气相压裂装置、增压泵、压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔、控制阀、限压阀、控制导线及驱动电路，承载基座为横断面呈矩形且轴线与水平面平行分布的框架结构，实验腔与承载基座上端面连接并与承载基座轴线平行分布，实验腔为轴向截面呈矩形的空心管状结构，其前端面及后端面均与密封盖连接，并与密封盖共同构成密闭腔体结构，密封盖中，其中一个密封盖上设导流口，导流口通过导流管与增压泵连通且导流管与导流口及增压泵连接位置处均设控制阀，另一个密封盖上设进线孔，控制导线通过进线孔一端与驱动电路电气连接，另一端与气相压裂装置电气连接，实验腔侧表面设至少两个引流口，引流口中，其中至少一个引流口通过导流管与压力检测实验
腔连通，另至少一个引流口通过导流管与压裂效果检测实验腔连通，且压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔与导流管间均通过限压阀连通，压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔与实验腔连接的导流管上另设一个控制阀，气相压裂装置嵌于实验腔内，与实验腔轴线平行分布，气相压裂装置两端分别通过承载弹簧与实验腔两端的密封盖相抵，承载弹簧与气相压裂装置同轴分布，且承载弹簧两端分别通过机械压力传感器分别密封盖及气相压裂装置连接，流体压力传感器若干，且每条导流管上均设至少一个流体压力传感器，增压泵、压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔及驱动电路均与承载基座连接，且驱动电路分别与机械压力传感器、流体压力传感器、气相压裂装置、增压泵、压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔、控制阀、限压阀电气连接。
[0007]
进一步的，所述的承载基座上端面通过至少两条滑槽与实验腔外侧面滑动连接，且实验腔下端面与承载基座上端面间间距为1-20厘米，且实验腔下端面与承载基座上端面间通过若干弹性垫块相互连接，所述弹性垫块沿实验腔轴线方向均布，相邻两个弹性垫块间间距为实验腔长度的1/5-1/3。
[0008]
进一步的，所述压力检测实验腔包括承压腔、机械压力传感器、排气阀及接线端子，其中承载腔为轴向截面呈矩形的密闭腔体，其上端面设一个排气口，下端面设一个注水口，其中所述排气口和注水口均与承载腔同轴分布，其中所述排气口与排气阀连通，注水口通过限压阀与导流管连通，所述机械压力传感器至少四个，嵌于承载腔内并环绕承载腔轴线均布，所述接线端子至少一个，嵌于承压腔外表面，并分别与机械压力传感器、排气阀及驱动电路电气连接。
[0009]
进一步的，所述的压裂效果检测实验腔包括检测承压腔、液压囊袋、排气阀及接线端子，所述检测承压腔为圆柱体的密闭腔体结构，所述液压囊袋嵌于检测承压腔内，并为与检测承压腔同轴分布的闭合环状结构，所述液压囊袋内径与检测承压腔内表面连接，且内径为检测承压腔内径的10%-90%，所述检测承压腔上端面设一个排气口，下端面设一个注水口，且所述排气口和注水口与承压腔同轴分布并与液压囊袋连通，同时所述排气口与排气阀连通，注水口通过限压阀与导流管连通。
[0010]
进一步的，所述的压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔中，一个压力检测实验腔和一个压裂效果检测实验腔构成一个检测工作组，且当检测工作组数量为两个及两个以上时，各检测工作组间均沿实验腔轴线方向分布，且同一检测工作组中压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔所连接的限压阀设定的工作压力值相同。
[0011]
进一步的，所述的实验腔为横断面呈圆柱体的空心管状结构，其内径不小于200mm，外径不小于280mm，实验腔耐压强度不小于500mpa。
[0012]
进一步的，所述实验腔内部设定位架，并通过定位架与气相压裂装置连接，所述定位架为与实验腔同轴分布的空心柱状框架结构，定位架对应的实验腔内侧面设至少两条环绕实验腔轴线均布的滑槽，并通过滑槽与实验腔滑动连接，所述气相压裂装置嵌于定位架内并与定位架轴线平行分布，且气相压裂装置通过若干定位销与定位架连接，所述定位架的外表面上另设电加热装置，所述电加热装置沿实验腔轴线方向均布，并与驱动电路电气连接。
[0013]
进一步的，所述的驱动电路为基于工业计算机、个人计算机中任意一种或两种共用为基础的电路系统。
[0014]
一种检测气相压裂工作压力及压裂效果的实验装置的使用方法，其使用方法；s1，设备组装，首先对构成本发明的承载基座、实验腔、密封盖、承载弹簧、机械压力传感器、流体压力传感器、气相压裂装置、增压泵、压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔、控制阀、限压阀、控制导线及驱动电路进行组装，并在压裂效果检测实验腔中设置相应的实验样品，然后将组装后的本发明的驱动电路与外部的供电电路及远程操控系统电气连接，最后将本发明的增压泵与外部的水源系统连通，即可完成本发明的装配，其中在进行气相压裂装置组装时，根据实验需要设置气相压裂装置的运行参数和结构参数；s2，设备预制，完成s1步骤后，首先驱动增压泵和各控制阀、限压阀运行，将外部的水源系统中的实验用水灌注到本发明的实验腔内，并在实验腔内灌注满水体后，将水体通过导流管引流至各压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔内，并在各压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔的排气阀中溢出后即可实现对本发明注水完成，关闭排气阀，通过增压泵对实验腔及压力检测实验腔、压裂检测实验内水体增压，并直至实验设计的初始压力，然后根据实验作业的需要，设定各压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔与导流管连通位置的限压阀的工作压力；s3，压裂实验，完成s2步骤后，有驱动电路通过控制导线驱动气相压裂装置进行爆破压裂作业，经过爆破增压后的实验腔内的水体压力值大于限压阀设定压力值后通过导流管流入到相应的压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔中，并对压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔内水体进行增压，其中压力检测实验腔通过其内部的机械压力传感器对增压后的水体压力进行检测，从而获得气相压裂装置爆破作业的实际有效压力值；压裂效果检测实验腔一方面通过其内部的机械压力传感器对实际承受的水体压力变化进行检测作业；另一方面实验样品受到水体增压冲击后形成裂缝，再通过其它手段对裂缝进行表征，从而实现对气相压裂效果的检测。
[0015]
进一步的，所述的s2步骤中，在进行对实验腔及压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔中水体灌注增压过程中，分别为各限压阀压力值进行调整，使各检测实验腔、压裂效果检测实验腔的检测作业压力值各不相同，从而满足通过不同压力值设定实现对不同地质结构压力的模拟仿真。
[0016]
本发明一方面结构简单，操作简便灵活，且使用和维护成本低廉，使用安全性高，并使实现对不同型号气相压裂设备的工作压力检测；另一方面可实现对气相压裂爆破装置实际爆破数据进行精确检测，并可实现一次实验同时获得对压裂工作压力检测和压裂裂缝发育规律的检测，从而极大的提高了气相压裂工艺设计、设备选型作业的精确性、可靠性和便捷性，便于气相压裂技术研究和推广应用。
附图说明
[0017]
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。
[0018]
图1为本发明结构示意图；图2为实验腔剖视构结构示意图；图3为压力检测实验腔结构意图；图4为压裂效果检测实验腔结构示意图；图5为本发明方法流程图。
具体实施方式
[0019]
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0020]
如图1-4所示，一种检测气相压裂工作压力及压裂效果的实验装置，包括承载基座1、实验腔2、密封盖3、承载弹簧4、机械压力传感器5、流体压力传感器6、气相压裂装置7、增压泵8、压力检测实验腔9、压裂效果检测实验腔10、控制阀11、限压阀12、控制导线13及驱动电路14。承载基座1为横断面呈矩形且轴线与水平面平行分布的框架结构，实验腔2与承载基座1上端面连接并与承载基座1轴线平行分布，实验腔2为轴向截面呈矩形的空心管状结构，其前端面及后端面均与密封盖3连接，并与密封盖3共同构成密闭腔体结构。密封盖3中，其中一个密封盖3上设导流口101，导流口101通过导流管15与增压泵8连通且导流管15与导流口101及增压泵8连接位置处均设控制阀11，另一个密封盖上设进线孔102，控制导线13通过进线孔102一端与驱动电路14电气连接，另一端与气相压裂装置7电气连接。实验腔2侧表面设至少两个引流口103，引流口103中，其中至少一个引流口103通过导流管15与压力检测实验腔9连通，另至少一个引流口103通过导流管15与压裂效果检测实验腔10连通，且压力检测实验腔9、压裂效果检测实验腔10与导流管15间均通过限压阀12连通。压力检测实验腔9、压裂效果检测实验腔10与实验腔2连接的导流管15上另设一个控制阀11，气相压裂装置7嵌于实验腔2内，与实验腔2轴线平行分布，气相压裂装置7两端分别通过承载弹簧4与实验腔2两端的密封盖3相抵，承载弹簧4与气相压裂装置7同轴分布，且承载弹簧4两端分别通过机械压力传感器5分别与密封盖3及气相压裂装置7连接。流体压力传感器6若干，且每条导流管15上均设至少一个流体压力传感器6，增压泵8、压力检测实验腔9、压裂效果检测实验腔10及驱动电路14均与承载基座1连接，且驱动电路14分别与机械压力传感器5、流体压力传感器6、气相压裂装置7、增压泵8、压力检测实验腔9、压裂效果检测实验腔10、控制阀11、限压阀12电气连接。
[0021]
本实施例中，所述的承载基座1上端面通过至少两条滑槽16与实验腔2外侧面滑动连接，且实验腔2下端面与承载基座1上端面间间距为1-20厘米，且实验腔2下端面与承载基座1上端面间通过若干弹性垫块17相互连接，所述弹性垫块17沿实验腔2轴线方向均布，相邻两个弹性垫块17间距为实验腔2长度的1/5-1/3。
[0022]
需要说明的，所述压力检测实验腔9包括承压腔91、机械压力传感器5、排气阀93及接线端子92，其中承载腔91为轴向截面呈矩形的密闭腔体，其上端面设一个排气口94，下端面设一个注水口95，其中所述排气口94和注水口95均与承载腔91同轴分布，其中所述排气口94与排气阀93连通，注水口95通过限压阀12与导流管15连通，所述机械压力传感器5至少四个，嵌于承载腔91内并环绕承载腔91轴线均布，所述接线端子92至少一个，嵌于承压腔91外表面，并分别与机械压力传感器5、排气阀93及驱动电路14电气连接。
[0023]
同时，所述的10包括检测承压腔110、液压囊袋111、排气阀93及接线端子92，所述检测承压腔110为圆柱体的密闭腔体结构，所述液压囊袋111嵌于检测承压腔110内，并为与检测承压腔110同轴分布的闭合环状结构，所述液压囊袋111内径与检测承压腔内表面连接，且内径为检测承压腔110内径的10%—90%，所述检测承压腔110上端面设一个排气口94，下端面设一个注水口95，且所述排气口94和注水口95与承压腔91同轴分布并与液压囊袋111连通，同时所述排气口94与排气阀93连通，注水口95通过限压阀12与导流管15连通。
[0024]
需要重点说明的，所述的压力检测实验腔9、压裂效果检测实验腔10中，一个压力检测实验腔9和一个压裂效果检测实验腔10构成一个检测工作组，且当检测工作组数量为两个及两个以上时，各检测工作组间均沿实验腔2轴线方向分布，且同一检测工作组中压力检测实验腔9、压裂效果检测实验腔10所连接的限压阀12设定的工作压力值相同。
[0025]
此外，所述的实验腔2为横断面呈圆柱体的空心管状结构，其内径不小于200mm，外径不小于280mm，实验腔2耐压强度不小于500mpa。
[0026]
同时，所述实验腔2内部设定位架18，并通过定位架18与气相压裂装置7连接，所述定位架18为与实验腔2同轴分布的空心柱状框架结构，定位架18对应的实验腔2内侧面设至少两条环绕实验腔2轴线均布的滑槽19，并通过滑槽19与实验腔2滑动连接，所述气相压裂装置7嵌于定位架18内并与定位架18轴线平行分布，且气相压裂装置7通过若干定位销21与定位架18连接，所述定位架18的外表面上另设电加热装置20，所述电加热装置20沿实验腔2轴线方向均布，并与驱动电路14电气连接。
[0027]
本实施例中，所述的驱动电路14为基于工业计算机、个人计算机中任意一种或两种共用为基础的电路系统。
[0028]
如图5所示，一种检测气相压裂工作压力及压裂效果的实验装置的使用方法，其使用方法；s1，设备组装，首先对构成本发明的承载基座、实验腔、密封盖、承载弹簧、机械压力传感器、流体压力传感器、气相压裂装置、增压泵、压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔、控制阀、限压阀、控制导线及驱动电路进行组装，并在压裂效果检测实验腔中设置相应的实验样品，并使实验样品通过检测承载架进行固定，然后将组装后的本发明的驱动电路与外部的供电电路及远程操控系统电气连接，最后将本发明的增压泵与外部的水源系统连通，即可完成本发明的装配，其中在进行气相压裂装置组装时，根据实验需要设置气相压裂装置的运行参数和结构参数；s2，设备预制，完成s1步骤后，首先驱动增压泵和各控制阀、限压阀运行，将外部的水源系统中的实验用水灌注到本发明的实验腔内，并在实验腔内灌注满水体后，将水体通过导流管引流至各压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔内，并在各压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔的排气阀中溢出后即可实现对本发明注水完成，；s3，压裂实验，完成s2步骤后，由驱动电路通过控制导线驱动气相压裂装置进行爆破压裂作业，经过爆破增压后的实验腔内的水体压力值大于限压阀设定压力值后通过导流管流入到相应的压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔中，并对压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔内水体进行增压，其中压力检测实验腔通过其内部的机械压力传感器对增压后的水体压力进行检测，从而获得气相压裂装置爆破作业的实际有效压力值；压裂效果检测实验腔一方面通过其内部的机械压力传感器对实际承受的水体压力变化进行检测作业，另一方面实验样品受到水体增压冲击后形成裂缝，再通过其它手段对裂缝进行表征，从而实现对气相压裂效果的检测。
[0029]
需要注意的，所述的s2步骤中，在完成对实验腔及压力检测实验腔、压裂效果检测实验腔中水体灌注增压后，分别对各限压阀压力值进行调整，使构成各检测工作组的检测实验腔、压裂效果检测实验腔中，同一检测工作组内的检测实验腔、压裂效果检测实验腔作业压力保持一致；各检测工作组之间的检测压力可不同相同，通过对各检测工作组中工作
压力的分别设置，实现在同一次压裂过程中对不同储层物性样品的压裂效果检测。
[0030]
需要说明的，所述的s3步骤中，若只进行气相压裂工作压力的检测，压力检测实验腔9的限压阀值设置为0，压裂效果检测腔10的阀门关闭。
[0031]
本发明一方面结构简单，操作简便灵活，且使用和维护成本低廉，使用安全性高，并使实现对不同型号气相压裂设备的工作压力检测；另一方面可实现对气相压裂爆破装置实际爆破数据进行精确检测，并可实现一次实验同时获得对压裂工作压力检测和压裂裂缝发育规律的检测，从而极大的提高了气相压裂工艺设计、设备选型作业的精确性、可靠性和便捷性，便于气相压裂技术研究和推广应用。
[0032]
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。