一種應(yīng)力滲流耦合真三軸剪切盒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種應(yīng)力滲流耦合真三軸剪切盒。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著低滲透、特低滲透油氣藏，特別是頁巖氣藏等非常規(guī)儲層的開發(fā)，水力壓裂在保證非常規(guī)儲層經(jīng)濟有效開發(fā)方面的作用也越來越重要。頁巖氣藏常采用滑溜水大規(guī)模壓裂技術(shù)，目的是形成大規(guī)模的裂縫網(wǎng)絡(luò)，增大儲層改造體積(SRV)。頁巖儲層天然裂縫發(fā)育，壓裂形成的裂縫網(wǎng)絡(luò)中含有大量的剪切滑移裂縫，縫面發(fā)生剪切滑動可促使粗糙裂縫的凸起起到支撐裂縫的作用，缺少支撐劑的裂縫閉合后仍能形成殘余縫隙，這種自支撐效應(yīng)對儲層增產(chǎn)改造效果有重要影響。因此，深入研究儲層應(yīng)力條件下剪切裂縫滲流特征對合理評價儲層改造效果非常重要。
[0003]油氣儲層埋藏深度大，儲層處于三維應(yīng)力作用下，應(yīng)力大、流體壓力高，因而實驗室研究高三維應(yīng)力和高滲透壓力條件下剪切裂縫應(yīng)力滲流耦合特征更能反應(yīng)儲層條件下剪切裂縫滲流的實際情況。受實驗條件的限制，目前已有剪切實驗盒在要求的剪切位移條件下，施加的應(yīng)力低，密封性差，能承受的滲透壓力低。針對油氣儲層對高應(yīng)力、高滲透壓力下裂縫滲流應(yīng)力耦合問題的實驗研究要求，考慮目前相關(guān)實驗設(shè)備存在的不足，急需一種高應(yīng)力、高滲透壓力的應(yīng)力-滲流耦合真三軸實驗系統(tǒng)，為研究儲層應(yīng)力、流體壓力條件下巖心力學(xué)性質(zhì)和受力特征對裂縫滲透性質(zhì)的影響，為揭示儲層條件下滲流-應(yīng)力耦合機理提供實驗條件。
[0004]中國專利CN 201075102Y，公開日期2008年6月18日，公開了一種《巖石節(jié)理剪切-滲流耦合試驗盒》，主要是設(shè)計思路的描述，沒有具體描述試驗盒完全密封可承受的滲流參數(shù)，亦沒有考慮真三軸加壓問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有的試驗裝置沒有解決真三軸加壓的問題，本實用新型提供了一種應(yīng)力滲流耦合真三軸剪切盒，該應(yīng)力滲流耦合真三軸剪切盒既能夠推動巖石試件上下兩部分相對剪切，還能夠讓巖石試樣周邊受到恒定壓力(圍壓)，更能體現(xiàn)出巖石在地下受到復(fù)雜外力斷裂時對節(jié)理面滲透性影響。
[0006]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種應(yīng)力滲流耦合真三軸剪切盒，包括剪切盒主體，剪切盒主體內(nèi)含有用于包裹巖石試樣的密封膠套，密封膠套與剪切盒主體之間形成環(huán)形的密封腔，剪切盒主體的上端設(shè)有用于向巖石試樣施加向下壓力的上垂直加載活塞，剪切盒主體的下端設(shè)有用于向巖石試樣施加向上壓力的下垂直加載活塞，剪切盒主體的左右兩端均設(shè)有剪切活塞，兩個剪切活塞能夠向巖石試樣施加沿水平方向的剪切力。
[0007]剪切盒主體包括筒壁和端蓋，筒壁的軸線沿水平方向設(shè)置，端蓋設(shè)置在筒壁的左右兩端，筒壁的外表面呈正四棱柱狀，筒壁的內(nèi)表面呈圓柱狀。
[0008]密封膠套包括筒形的膠套壁，該膠套壁的軸線與筒壁的軸線重合，該膠套壁的左右兩端外均設(shè)有圓環(huán)形的端面，該端面與端蓋的內(nèi)表面抵接。
[0009]該膠套壁中部含有與上垂直加載活塞相對應(yīng)的上通孔，該上通孔處設(shè)有從上向下依次層疊設(shè)置的頂套、第一摩擦片和第二摩擦片，頂套為扁圓柱狀，頂套、第一摩擦片和第二摩擦片均設(shè)置在密封膠套內(nèi)，上垂直加載活塞的上端設(shè)置在剪切盒主體外，上垂直加載活塞的下端與頂套的上端面抵接。
[0010]該膠套壁中部含有與下垂直加載活塞相對應(yīng)的下通孔，該下通孔處設(shè)有從下向上依次層疊設(shè)置的頂套、第一摩擦片和第二摩擦片，頂套為扁圓柱狀，頂套、第一摩擦片和第二摩擦片均設(shè)置在密封膠套內(nèi)，下垂直加載活塞的下端設(shè)置在剪切盒主體外，下垂直加載活塞的上端與頂套的下端面抵接。
[0011 ] 位于剪切盒主體左端的剪切活塞的軸線與筒壁的軸線重合，剪切活塞內(nèi)含沿軸向貫通的滲流孔，剪切活塞包括套設(shè)于端蓋內(nèi)活塞桿，活塞桿的頭部設(shè)有頂塊，頂塊與活塞桿通過彈簧和圓柱銷連接，頂塊能夠相對于活塞桿沿剪切活塞的軸向往復(fù)移動，頂塊位于活塞桿的頭部的上方，活塞桿的頭部的上表面平行于水平面且筒壁的軸線位于活塞桿的頭部的上表面，當(dāng)剪切活塞頂緊巖石試樣時，頂塊的右端面和活塞桿的頭部的右端面均貼合于巖石試樣的左端面。
[0012]位于剪切盒主體右端的剪切活塞的軸線與筒壁的軸線重合，剪切活塞內(nèi)含沿軸向貫通的滲流孔，剪切活塞包括套設(shè)于端蓋內(nèi)活塞桿，活塞桿的頭部設(shè)有頂塊，頂塊與活塞桿通過彈簧和圓柱銷連接，頂塊能夠相對于活塞桿沿剪切活塞的軸向往復(fù)移動，頂塊位于活塞桿的頭部的下方，活塞桿的頭部的下表面平行于水平面且筒壁的軸線位于活塞桿的頭部的下表面，當(dāng)剪切活塞頂緊巖石試樣時，頂塊的左端面和活塞桿的頭部的左端面均貼合于巖石試樣的右端面。
[0013]剪切盒主體外還設(shè)有壓蓋，壓蓋包括環(huán)形的壓帽，壓帽套設(shè)于剪切活塞外，壓帽的軸線與端蓋的軸線重合，壓帽與端蓋固定連接。
[0014]壓蓋包括柱狀的壓塊，壓塊與活塞桿的外端固定連接，剪切活塞內(nèi)含沿軸向貫通的滲流孔，壓塊內(nèi)含有與該滲流孔連通的滲流流體通道，壓塊的外徑小于壓帽的內(nèi)徑。
[0015]筒壁上設(shè)有與密封腔連通的液壓油進出口和液壓油排氣口。
[0016]本實用新型的有益效果是，
[0017]1、采用抗壓強度高、耐水蝕性好的高密度鋼材制造的剪切盒主體，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬儲層高應(yīng)力下進行的真三軸應(yīng)力-滲流親合試驗，側(cè)向油壓可施加50MPa，軸向壓力可施加2000kN ；
[0018]2、采用分體式的頂塊、擋塊組合剪切活塞，可以實現(xiàn)1mm以內(nèi)的剪切位移，能夠充分研究巖石試樣剪縮、剪脹及峰后變形全過程的滲透特性變化規(guī)律，同時不破壞剪切裂縫的完整性；
[0019]3、采用彈性及硬度適中的一體式聚氨酯密封膠套，具有耐磨、耐油、耐老化的特點，與剪切盒主體完全適配，能夠在承受40MPa的高滲流壓力條件下保持良好的密封。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。
[0021]圖1為應(yīng)力滲流耦合真三軸剪切盒的主視示意圖。
[0022]圖2為應(yīng)力滲流耦合真三軸剪切盒的左視示意圖。
[0023]圖3為應(yīng)力滲流耦合真三軸剪切盒的俯視示意圖。
[0024]圖4為圖2中沿A-A方向的剖視示意圖。
[0025]圖5為密封膠套包裹巖石試樣時的主視示意圖。
[0026]圖6為密封膠套包裹巖石試樣時的左視示意圖。
[0027]其中1.上垂直加載活塞，2.剪切盒主體，3.下垂直加載活塞，4.壓蓋，5.剪切活塞，6.活塞桿，7.頂塊，8.彈簧，9.滲流流體進出口，10.滲流流體通道，11.液壓油進出口，
12.液壓油排氣口，13.巖石試樣，14.密封膠套，15.頂套，16.第一摩擦片，17.第二摩擦片，18.0型密封圈，19.固定螺釘，20.頂起螺釘，21.頭部，22.密封腔，23.筒壁，24.端蓋，25.壓帽，26.壓塊。
【具體實施方式】
[0028]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本實用新型。
[0029]—種應(yīng)力滲流耦合真三軸剪切盒，包括剪切盒主體2，剪切盒主體2內(nèi)含有用于包裹巖石試樣13的密封膠套14，密封膠套14與剪切盒主體2之間形成環(huán)形的密封腔22，剪切盒主體2的上端設(shè)有用于向巖石試樣13施加向下壓力的上垂直加載活塞1，剪切盒主體2的下端設(shè)有用于向巖石試樣13施加向上壓力的下垂直加載活塞3，剪切盒主體2的左右兩端均設(shè)有剪切活塞5，兩個剪切活塞5能夠向巖石試樣13施加沿水平方向的剪切力，如圖1至圖4所示。
[0030]上垂直加載活塞I能夠向下移動，下垂直加載活塞3能夠向上移動，用于向巖石試樣13施加軸向壓力，使用時密封腔22內(nèi)灌入高壓液體使密封膠套14給巖石試樣13提供圍壓；兩個剪切活塞5能夠相向移動對巖石試樣13施加沿水平方向的剪切力，從而實現(xiàn)了模擬儲層高應(yīng)力下進行的真三軸應(yīng)力-滲流耦合試驗，在本實施例中，巖石試樣13為立方體結(jié)構(gòu)。
[0031]在本實施例中，剪切盒主體2為外方內(nèi)圓結(jié)構(gòu)，如圖1至圖4所示，剪切盒主體2包括筒壁23和端蓋24，筒壁23和端蓋24通過固定螺釘19和頂起螺釘20連接固定，筒壁23的軸線沿水平方向設(shè)置，筒壁23的一端朝左另一端朝右，端蓋24設(shè)置在筒壁23的左右兩端，筒壁23的外表面呈正四棱柱狀，筒壁23的內(nèi)表面呈圓柱狀，端蓋24為圓環(huán)形。筒壁23上設(shè)有與密封腔22連通的液壓油進出口 11和液壓油排氣口 12。可以判斷液壓油是否充滿整個剪切盒內(nèi)部腔體。圍壓的加載通過伺服控制的增壓栗進行實現(xiàn)。
[0032]密封膠套14的材質(zhì)為聚氨酯，密封膠套14包括筒形的膠套壁，該膠套壁的軸線與筒壁23的軸線重合，該膠套壁的左右兩端外均設(shè)有圓環(huán)形的端面，該端面與端蓋24的內(nèi)表面密封抵接，保證了不會因為高應(yīng)力液壓油的高應(yīng)力作用導(dǎo)致密封膠套14鼓起而破壞其密封性。該膠套壁中部含有與上垂直加載活塞I相對應(yīng)的上通孔，該上通孔處設(shè)有從上向下依次層疊設(shè)置的頂套15、第一摩擦片16和第二摩擦片17，頂套15為扁圓柱狀，第一摩擦片16和第二摩擦片17為矩形，頂套15、第一摩擦片16和第二摩擦片17均設(shè)置在密封膠套14內(nèi)，上垂直加載活塞I的上端設(shè)置在剪切盒主體2外，上垂直加載活塞I的下端與頂套15的上端面抵接，上垂直加載活塞I通過O型密封圈18與剪切盒主體2密封連接，如圖4所示。該膠套壁中部含有與下垂直加載活塞3相對應(yīng)的下通孔，該下通孔處設(shè)有從下向上依次層疊設(shè)置的頂套15、第一摩擦片16和第二摩擦片17，頂套15為扁圓柱狀，頂套15、第一摩擦片16和第二摩擦片17均設(shè)置在密封膠套14內(nèi)，下垂直加載活塞3的下端設(shè)置在剪切盒主體2外，下垂直加載活塞3的上端與頂套15的下端面抵接，下垂直加載活塞3通過O型密封圈18與剪切盒主體2密封連接。
[0033]使用時，將巖石試樣13按照圖5和圖6所不裝入密封膠套14內(nèi)，圖5和圖6中虛線表示密封膠套14的厚度，整體放入剪切盒主體2內(nèi)腔，如圖4所示。密封膠套14的上下頂套卡入剪切盒主體I上下側(cè)孔，使上垂直加載活塞I的下端與上部頂套15的上端面抵接，下垂直加載活