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原文传递一种防漏液高温高压水压致裂系统和试验方法

专利名称：	一种防漏液高温高压水压致裂系统和试验方法
摘要：	本发明公开了一种防漏液高温高压水压致裂系统和试验方法。致裂系统中的夹持器包括夹持器筒体，夹持器筒体上部在夹持器筒体内壁与铜套外壁之间套设上预紧外套，夹持器筒体下部在夹持器筒体内壁与铜套外壁之间套设下预紧外套，下预紧外套朝向铜套限位凸台上端面的限位端面上周向分布预紧压缩弹簧；在上预紧外套卡住铜套上部的情况下，预紧压缩弹簧压缩后向铜套提供轴向预紧张力；高温加热后预紧压缩弹簧提供的预紧力大于岩芯相对于铜套的沿轴向的静摩擦力，避免铜套发生轴向回缩或褶皱软化引起破裂，杜绝了漏液。本发明针对小型岩样，密封材料及结构满足高温高压环境，可研究高温条件下完整岩芯和含天然裂隙岩芯的水压致裂起裂压力及裂缝扩展特性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	万志军;王骏辉;柯后其;张源;周长冰;程敬义;卢帅峰;邢轲轲;顾舒宁
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910250143.0
公开号：	CN109870350A
代理机构：	徐州市淮海专利事务所
代理人：	李鹏
分类号：	G01N3/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	221000 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学南湖校区
主权项：	1.一种防漏液高温高压水压致裂系统，包括夹持器，所述夹持器包括竖直设置的夹持器筒体(9)，所述夹持器筒体(9)内与其同轴设有一铜套(12)，夹持器筒体(9)壁中设有可从外部向夹持器筒体(9)与铜套(12)之间的围压腔注压力油的围压注油孔(9-3)，一上压头(1)与夹持器筒体(9)同轴从上方插入铜套(12)中，一下堵头(17)与夹持器筒体(9)同轴从下方插入铜套(12)中，上压头(1)、下堵头(17)与铜套(12)围成的空间中设有岩芯(13)，其特征在于，所述夹持器筒体(9)上部在夹持器筒体(9)内壁与铜套(12)外壁之间套设一上预紧外套(10)，铜套(12)与上预紧外套(10)通过轴向卡接结构配合卡接在一起；所述夹持器筒体(9)下部在夹持器筒体(9)内壁与铜套(12)外壁之间套设一下预紧外套(11)，且铜套(12)下端环绕外周表面设有限位凸台(12-2)，所述下预紧外套(11)朝向限位凸台(12-2)上端面的限位端面(11-1)上周向分布设有预紧压缩弹簧(14)，预紧压缩弹簧(14)的两端分别顶住限位端面(11-1)和限位凸台(12-2)上端面；所述上压头(1)从上至下包括压头上部(1-3)、压头本体(1-4)和深入铜套(12)的压头下部(1-5)，压头下部(1-5)径向尺寸大于压头中部的径向尺寸，一上密封预紧套(3)从上方套入上压头(1)且其下端沿轴向顶住压头下部(1-5)，所述上密封预紧套(3)的下端面设有一密封圈Ⅰ(3-1)，且上密封预紧套(3)的下部外周表面与铜套(12)内表面紧密贴合；一预紧螺栓(4)与上压头(1)轴向平行穿过螺旋紧固套设在压头上部(1-3)的上预紧压帽(2)并顶住上密封预紧套(3)的上端面；一上封头(6)套在上密封预紧套(3)上且通过连接螺栓连接到夹持器筒体(9)的上端面，所述上压头(1)中沿其轴向贯通设有进水管路(1-2)；所述下堵头(17)包括堵头下部(17-3)和深入铜套(12)的堵头上部(17-2)，堵头上部(17-2)径向尺寸大于堵头下部(17-3)径向尺寸，一下预紧内套(16)从下方套入下堵头(17)且其上端沿轴向顶住堵头上部(17-2)，所述下预紧内套(16)的上端面设有一密封圈Ⅱ(16-1)，且下预紧内套(16)的外周表面与铜套(12)内表面紧密贴合；一下封头(18)套在堵头下部(17-3)上且通过连接螺栓连接到夹持器筒体(9)的下端面；所述下堵头(17)中沿其轴向贯通设有渗流出水通道(17-1)，所述夹持器筒体(9)与上封头(6)、下封头(18)相连接的部位皆设有密封结构；所述上压头(1)上端面与一伺服液压试验机(22)的压力部件接触，所述进水管路(1-2)外接至恒压恒流注液装置，渗流出水通道(17-1)通过回水管(24)连接至水回收箱，夹持器筒体(9)外包覆有一外部加热结构(23)，所述围压注油孔(9-3)通过输油管线外接至注油装置。 2.根据权利要求1所述的防漏液高温高压水压致裂系统，其特征在于，所述的恒压恒流注液装置包括恒压恒流双缸泵(20)，恒压恒流双缸泵(20)的进水口与水容器相连，恒压恒流双缸泵(20)的出水口通过出水管与进水管路(1-2)连接，且出水管上设有用于监测压力的压力表Ⅱ(20-1)。 3.根据权利要求1所述的防漏液高温高压水压致裂系统，其特征在于，所述注油装置为恒压恒流单缸注油泵(21)；外部加热结构(23)为电加热器，且输油管线上设有用于监测围压的压力表Ⅰ(25)。 4.根据权利要求1所述的防漏液高温高压水压致裂系统，其特征在于，所述夹持器筒体(9)的筒体下部(9-2)内径大于夹持器筒体(9)的筒体上部(9-1)外径。 5.根据权利要求1所述的防漏液高温高压水压致裂系统，其特征在于，所述轴向卡接结构包括设在铜套(12)上端外周的限位凸块(12-1)和与其轴向配合设在上预紧外套(10)内圈下部的卡块(10-1)。 6.根据权利要求1所述的防漏液高温高压水压致裂系统，其特征在于，所述下预紧外套(11)的内圈环绕分布设有多个凸齿(11-3)，当下预紧外套(11)套在铜套(12)上时，各凸齿(11-3)均顶住铜套(12)的外圈表面。 7.根据权利要求1所述的防漏液高温高压水压致裂系统，其特征在于，所述上封头(6)背对夹持器筒体(9)的上端面环绕上密封预紧套(3)设有环形槽Ⅰ，一端面设有密封环的上封压帽(5)套在上密封预紧套(3)上并嵌入环形槽Ⅰ中，且上封压帽(5)通过螺钉与上封头(6)连接。 8.根据权利要求1所述的防漏液高温高压水压致裂系统，其特征在于，所述下封头(18)背对夹持器筒体(9)的下端面环绕下堵头(17)设有环形槽Ⅱ，一端面设有密封环的下密封压紧环(19)嵌入环形槽Ⅱ中，且下密封压紧环(19)通过螺钉与下封头(18)连接。 9.根据权利要求1所述的防漏液高温高压水压致裂系统，其特征在于，预紧压缩弹簧(14)有八根。 10.一种防漏液高温高压水压致裂试验方法，其特征在于，包括如下步骤： A、制备圆柱形花岗岩岩芯(13)，在岩芯(13)上表面中心钻一沉孔； B、将下预紧外套(11)和预紧压缩弹簧(14)从下方置入夹持器筒体(9)内，再将铜套(12)沿夹持器筒体(9)轴向从下往上置入夹持器筒体(9)内，置入过程中使限位凸块(12-1)与凸齿(11-3)错开保证铜套(12)从下预紧外套(11)中直接穿过直至预紧压缩弹簧(14)的两端分别顶住下预紧外套(11)的限位端面(11-1)和限位凸台(12-2)上端面，此时预紧压缩弹簧(14)处于自然伸长状态，为了使预紧压缩弹簧(14)可以提供向下的预紧张力，将辅助安装环(15)通过表面的定位凸台(15-1)与铜套限位凸台(12-2)下端面的定位凹槽(12-3)对接从而将辅助安装环(15)配合置于铜套(12)的下部且同时置入夹持器筒体(9)中，再用压力机从下方顶住辅助安装环(15)的下端面并向上施压使辅助安装环(15)和铜套(12)沿轴向向上移动压缩预紧压缩弹簧(14)，当铜套(12)上表面与夹持器筒体(9)上端面平齐且辅助安装环(15)的下端面与夹持器筒体(9)下端面平齐时，将上预紧外套(10)从上方置于夹持器筒体(9)内壁与铜套(12)外壁之间，置入时使铜套(12)上端外周的限位凸块(12-1)与上预紧外套(10)内圈的卡块(10-1)互相错开，置入后旋转上预紧外套(10)使卡块(10-1)沿轴向卡住限位凸块(12-1)避免铜套(12)整体沿轴向向下移动，此时预紧压缩弹簧(14)处于压缩状态并对限位凸台(12-2)上端面施加向下的预紧力，从而对铜套(12)预紧；完成预紧过程后撤掉辅助安装环(15)； C、下预紧内套(16)和下封头(18)依次从下方套入下堵头(17)上，并将装配好的夹持器筒体(9)、上下预紧外套(11)和铜套(12)整体通过连接螺栓安装在下封头(18)上； D、将岩芯(13)从上方置入铜套(12)内，将外部套有上密封预紧套(3)的上压头(1)置入铜套(12)并压住岩芯(13)，将上预紧压帽(2)螺旋紧固套设在压头上部(1-3)，并使预紧螺栓(4)与上压头(1)轴向平行穿过上预紧压帽(2)再顶住上密封预紧套(3)的上端面从而压紧上密封预紧套(3)下端面的密封圈Ⅰ(3-1)，上封头(6)套在上密封预紧套(3)上且通过连接螺栓连接到夹持器筒体(9)的上端面，上压头(1)中的进水管路(1-2)一端插入岩芯(13)上表面中心的沉孔中，另一端连接到恒压恒流双缸泵(20)上；将夹持器筒体(9)整体置于外部加热结构(23)内； E、用伺服液压试验机(22)压住上压头(1)并加载提供轴压，将围压注油孔(9-3)与恒压恒流单缸注油泵(21)连接，用恒压恒流单缸注油泵(21)将耐高温硅油注入围压腔内加载一定的围压，轴压、围压交替加载至试验目标值； F、达到所需要的应力环境后，利用外部加热结构(23)对岩芯(13)进行外加热至试验设定温度，这个过程通过压力表对围压保持跟踪并及时调节，避免热应力使围压波动； G、温度及应力环境达到试验设定要求后，用恒压恒流双缸泵(20)通过进水管路(1-2)向岩芯(13)注压力水对试样进行压裂，并记录试验过程中压力随时间变化的曲线； H、试验结束后拆卸夹持器并进行下一组试验即可。
所属类别：	发明专利