r>[0021]下部管道6用于連接主體壓頭5與底部錐度密封接頭7，底部錐度密封接頭7又與用于向貫通孔8中注入流體的外部管道10連接，所述外部管道10為設(shè)有錐度密封螺母的外部管道。
[0022]如圖3所示，底部錐度密封接頭7使用現(xiàn)有的錐度密封接頭就可以實現(xiàn)本實用新型的所需的該部件的功能，其內(nèi)表面設(shè)有內(nèi)螺紋72，內(nèi)螺紋72與內(nèi)錐面71相接，通過錐度密封連接外部管道注入流體注入，底部錐度密封接頭7外表面設(shè)有外螺紋，所述螺母與外螺紋相匹配，具體試驗操作中，可以將通過安裝螺母3將壓頭單元1固定在試驗機臺面，螺母3的尺寸由試驗機構(gòu)造決。
[0023]頂部接頭4外徑略小于壓裂試件中心鉆孔的直徑，以便上部能順利安裝壓裂試件；表面半圓形凹槽41尺寸取決于橡膠密封圈2的大小，兩者應(yīng)當(dāng)充分貼合;主體壓頭5外徑與壓裂試件外徑相同，下部管道6的外徑及長度由試驗機臺面中心用于安放壓頭的通孔尺寸決定;底部錐度密封接頭7內(nèi)螺紋及內(nèi)錐面71匹配連接外部管道錐形接頭，必須保證錐面充分光滑完整，實現(xiàn)高壓環(huán)境中的錐度密封功能。頂部接頭4及主體壓頭5的外徑應(yīng)與實際壓裂試件相匹配，使用時需要使得頂部接頭的外徑與壓裂試件的中心鉆孔直徑相匹配，雖然規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)的壓裂試件為直徑X高度為50mmX 100mm的規(guī)格，但也可以采用直徑X高度為100mmX200mm，而壓裂試件的中心鉆孔常用的直徑是5mm，因此，所述頂部接頭4的外徑范圍為5?10_，但多用外徑為5mm。而主體壓頭5外徑一般為50mm或100mm，與巖石力學(xué)規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)三軸試件的尺寸相匹配。
[0024]如圖5所示，螺母3的內(nèi)螺紋與底部錐度密封接頭7的外螺紋73匹配，用于將壓頭單元1固定在試驗機臺面。所述螺母3采用六角螺帽，其外徑應(yīng)當(dāng)由試驗機臺面中心的通孔大小決定。
[0025]在具體的室內(nèi)三軸水力壓裂試驗實施過程中，利用本壓頭系統(tǒng)的具體過程如下:
[0026]A.根據(jù)壓裂試件的中心鉆孔大小，將外徑相匹配的橡膠密封圈安放在壓頭單元的頂部接頭的凹槽中，并檢查兩者貼合的緊密性；
[0027]B.根據(jù)三軸壓縮試驗機的構(gòu)造，將壓頭系統(tǒng)的下部管道穿過試驗機臺面中心的壓頭安放通孔，保證主體壓頭緊密貼合試驗機臺面，然后在尾部錐度密封接頭上安上螺母并擰緊，利用螺母及主體壓頭之間夾力的將壓頭系統(tǒng)固定在試驗機上；
[0028]C.將尾部錐度密封接頭連接用于流體注入的外部管道，擰緊接頭充分保證錐面充分貼合，保證連接處的有效密封，至此壓頭系統(tǒng)安裝工作全部完成；
[0029]D.根據(jù)試驗要求，將套上三軸膜的壓裂試件對準(zhǔn)上部接頭，緩慢旋轉(zhuǎn)至上部接頭完全進入壓裂試件的中心鉆孔，裝樣時應(yīng)當(dāng)保證橡膠密封圈的完整性及密封性；
[0030]E.開始施加一定軸力以固定壓裂試件，降下試驗機三軸室并按試驗要求施加圍壓至預(yù)定水平，然后通過外部管道緩慢注水并施加水壓，直至完成壓裂試驗；
[0031]F.試驗完成后取下壓裂試件，重復(fù)步驟D和步驟E，完成本組壓裂試件的三軸水力壓裂試驗。
[0032]以上方法能夠使得在第一次壓裂試驗結(jié)束后，從上部可以直接取下壓裂試件，繼續(xù)安上帶有中心鉆孔的壓裂試件進行試驗，有效避免反復(fù)拆卸壓頭及高溫或銳器處理粘膠的復(fù)雜低效，同時能保證注入高壓流體的密封性，大大提高試驗操作效率。
[0033]當(dāng)三軸圍壓變成0時，就是單軸情況，即單軸是三軸的特殊情況。因此本技術(shù)方案的壓頭系統(tǒng)也適用于單軸情況。雖然現(xiàn)在工程以水力壓裂為主導(dǎo)，但本技術(shù)方案也可以適用于其他壓裂介質(zhì)，如其他液體或氣體。
【主權(quán)項】
1.用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，其特征在于，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)，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)置且中心軸處沿其軸向設(shè)有貫通孔;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);底部錐度密封接頭(7)外表面設(shè)有外螺紋，所述螺母與外螺紋相匹配。2.如權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，其特征在于，所述頂部接頭(4)、主體壓頭(5)、下部管道(6)及底部錐度密封接頭(7)都為圓柱體結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，其特征在于，所述凹槽為若干個，間隔設(shè)置在頂部接頭(4)外表面。4.如權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，其特征在于，所述頂部接頭的外徑范圍為5?10mm，所述主體壓頭(5)外徑為50mm或100mm。5.如權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，其特征在于，所述凹槽為半圓形凹槽(41)。6.如權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，其特征在于，所述底部錐度密封接頭(7)的內(nèi)表面設(shè)有內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋與內(nèi)錐面相接。
【專利摘要】用于室內(nèi)三軸水力壓裂試驗的壓頭系統(tǒng)，涉及一種試驗系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中三軸壓裂試驗采用的壓頭制樣費時、操作復(fù)雜且試驗后處理復(fù)雜的缺點。包括壓頭單元、橡膠密封圈及螺母，壓頭單元為一體式結(jié)構(gòu)，依次包括依次連接的頂部接頭、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。本實用新型能夠快捷、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，適用于室內(nèi)單軸或三軸壓裂試驗。
【IPC分類】G01N3/02
【公開號】CN205103092
【申請?zhí)枴緾N201520942902
【發(fā)明人】王俊, 謝凌志, 謝和平, 何柏, 任利, 羅毅
【申請人】四川大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月24日