用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種試驗系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于實現(xiàn)脆性材料室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源局勢的日趨緊張，諸如致密氣、煤層氣及頁巖氣等非常規(guī)能源引起世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。由于非常規(guī)油氣儲層具有“低孔低滲”的低產(chǎn)特征，以水力壓裂為代表的壓裂技術(shù)已成為實現(xiàn)非常規(guī)油氣開采的主要手段。雖然目前極少數(shù)國家已經(jīng)具備非常規(guī)油氣商業(yè)化生產(chǎn)的能力，但是水力壓裂機理不明且成本過高仍然是一個世界性難題。特別是現(xiàn)場復(fù)雜應(yīng)力、復(fù)雜地質(zhì)條件下的壓裂生產(chǎn)更是難以預(yù)測與控制，此時室內(nèi)三軸水力壓裂成為探索壓裂機理的關(guān)鍵基礎(chǔ)，設(shè)計簡單高效的室內(nèi)壓裂設(shè)備顯得十分必要。
[0003]目前三軸壓裂試驗局限于真三軸壓裂試驗，然而，真三軸試驗設(shè)備成本過高且相關(guān)技術(shù)不成熟，該方法對巖樣要求過高，一般采用300mm X 300mm X 300mm的大型立方體巖樣，耗時耗力且得到的壓裂機理并不明晰。因此，需要一種針對小尺寸壓裂試件(即巖樣)的室內(nèi)假三軸壓裂試驗系統(tǒng)，如采用國際巖石力學(xué)協(xié)會(ISRM)推薦的直徑X高度為50mmX100mm的標(biāo)準(zhǔn)試件。相比于單軸壓裂，受限于試驗儀器及其高壓密封性能，脆性材料的室內(nèi)假三軸水力壓裂鮮有相關(guān)資料。與此同時，常見的試驗密封方式即采用強力膠密封連接壓裂試件與壓頭，以防止流體泄漏，但該方法導(dǎo)致制樣費時、操作復(fù)雜且試驗后需要高溫或銳器處理壓頭粘膠。由此可見，亟需一種操作簡單、密封性好且適應(yīng)性強的室內(nèi)三軸壓裂試驗的壓頭，此時機械領(lǐng)域運用的側(cè)向密封及錐度密封原理成為突破點。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是為了填補室內(nèi)假三軸壓裂試驗的空白，且克服現(xiàn)有技術(shù)中強力膠密封方式導(dǎo)致的制樣費時、操作復(fù)雜且試驗后處理復(fù)雜的缺點，提供一種用于脆性材料室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，該壓頭結(jié)構(gòu)簡單、便于操作。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，包括壓頭單元、橡膠密封圈及螺母，所述壓頭單元為一體式結(jié)構(gòu)，依次包括頂部接頭、主體壓頭、下部管道及底部錐度密封接頭，頂部接頭、主體壓頭、下部管道及底部錐度密封接頭皆為同軸設(shè)置且中心軸處沿其軸向設(shè)有貫通孔，頂部接頭外表面設(shè)有凹槽，凹槽上設(shè)置有與其相匹配的橡膠密封圈；底部錐度密封接頭外表面設(shè)有外螺紋，所述螺母與外螺紋相匹配。
[0006]具體的，所述頂部接頭、主體壓頭、下部管道及底部錐度密封接頭都為圓柱體結(jié)構(gòu)。
[0007]具體的，所述凹槽為若干個，間隔設(shè)置在頂部接頭外表面。
[0008]進一步的，所述頂部接頭的外徑范圍為5?10mm，所述主體壓頭外徑為50mm或100mmο
[0009]優(yōu)選的，所述凹槽為半圓形凹槽。
[0010]具體的，所述底部錐度密封接頭的內(nèi)表面設(shè)有內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋與內(nèi)錐面相接。
[0011]本實用新型的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，能夠快捷、高效地完成室內(nèi)三軸水力壓裂試驗，密封效果好，能夠有效防止受壓流體泄漏，大大提高裝樣與卸樣的速度，減少人力、物力及時間的損失。本實用新型適用于不同流體壓裂及不同脆性材料的室內(nèi)單軸或三軸壓裂試驗。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型與壓裂試件配套時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本實用新型中壓頭單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是本實用新型中底部錐度密封接頭與外部管道及螺母連接使用時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是本實用新型中橡膠密封圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是本實用新型中六角螺母的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]其中，1為壓頭單元，2為橡膠密封圈，3為螺母，4為頂部接頭，41為半圓形凹槽，5為主體壓頭，6為下部管道，7為底部錐度密封接頭，71為內(nèi)錐面，72為內(nèi)螺紋，73為外螺紋，8為貫通孔，9為壓裂試件，10為外部管道。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖，詳細描述本實用新型的技術(shù)方案。
[0019]如圖1?2所示，用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，包括壓頭單元1、橡膠密封圈2及螺母3，所述壓頭單元1為一體式結(jié)構(gòu)，依次包括依次連接的頂部接頭4、主體壓頭5、下部管道6及底部錐度密封接頭7。即頂部接頭4、主體壓頭5、下部管道6及底部錐度密封接頭7為一體化設(shè)計，整體加工，保證有良好的密封性。頂部接頭4、主體壓頭5、下部管道6及底部錐度密封接頭7皆為同軸設(shè)置，即同中心軸設(shè)置，且中心軸處沿其軸向設(shè)有貫通孔，以便于從壓頭單元1的底部注入流體。壓頭單元的中心即為中心軸，說明貫通孔沿頂部接頭4、主體壓頭5、下部管道6及底部錐度密封接頭7的中心軸設(shè)置，這幾個部分都被貫通孔貫通。由于巖石力學(xué)試驗壓頭都一般都是圓柱體的，因此上述頂部接頭4、主體壓頭5、下部管道6及底部錐度密封接頭7優(yōu)選皆為圓柱體結(jié)構(gòu)，即中心軸處帶有貫通孔的圓柱體。
[0020]頂部接頭4用于連接固定壓裂試件，頂部接頭4外表面設(shè)有凹槽，凹槽上設(shè)置有與其相匹配的橡膠密封圈2。為了保證密封效果，所述凹槽為若干個，間隔設(shè)置在頂部接頭4外表面通過間隔放置橡膠密封圈2共同組成側(cè)向密封接頭，用于連接固定圖1中的壓裂試件。由于頂部接頭4的高度有限，凹槽數(shù)目優(yōu)選為2個或是3個。壓裂試件采用現(xiàn)有技術(shù)中的壓裂試件即可，壓裂試件上都設(shè)有中心鉆孔，在具體使用過程中，將壓裂試件放在本實用新型設(shè)計的壓頭系統(tǒng)上部，直接套接在壓頭單元頂部即可。優(yōu)選的，由于與其匹配的橡皮密封圈是圓環(huán)狀，因此所述凹槽為半圓形凹槽41。與其相匹配的橡膠密封圈2的結(jié)構(gòu)如圖4所示，中空處正好能套入到半圓形凹槽41上，兩者充分貼合。橡膠密封圈2外徑應(yīng)當(dāng)略大于壓裂試件的中心鉆孔的直徑，從而緊密貼合達到側(cè)向密封的目的。橡膠密封圈2的個數(shù)根據(jù)試驗注入的壓裂流體壓力及密封效果確定。如采用兩個氟橡膠材質(zhì)的橡膠密封圈2間隔設(shè)置，數(shù)量少，節(jié)約成本且能夠加強密封效果。