一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置及其使用方法

本发明涉及干热岩压裂模拟，特别涉及一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置及其使用方法。

背景技术：

1、干热岩作为一种极其环保可再生资源，这种绿色资源大量的储藏在地壳中，因此行之有效的开发利用对我国未来的能源结构和降低温室气体等的排放都有极大地帮助和改善，因为地质条件的复杂和独特，干热岩的开发技术不具备复制性，在实际干热岩开发过程中，均为一地层一分析一方法的技术路线，因此干热岩储层的压裂模拟分析极为重要，但在实际生产过程中，干热岩地层受到刺激后的岩石储层特征很难被准确的描述，致使设计的开发参数一般难以维持长时间有效的运行，而进行调整时需大量的数据支撑，目前可参考数据的匮乏导致了干热岩开发工作难以高效进行，室内试验是最便捷、成本最低的数据获取方法。

2、目前在实验室内对干热岩压裂裂缝的模拟实验中，一般都是通过液压压裂的方式进行干热岩压裂裂缝的模拟，例如公告号为cn215979338u的中国专利公开了一种干热岩压裂模拟实验装置，该专利中通过人工填砂胶结的方式可以模拟不同的地层参数，通过加热盘、电热膜的协同作用可模拟不同的地层温度，在模拟干热岩压裂作业时，通过模拟压裂装置对模拟的干热岩进行模拟压裂，通过超声波发生器、超声波接收器实时获取压裂裂缝参数，从而获得有效的干热岩压裂数据。

3、该专利中的模拟压裂装置主要是通过模拟压裂管及其上的模拟压裂孔插入模拟的干热岩中进行液压挤压来实现模拟压裂实验，而由于模拟压裂管针对不同干热岩插入深度不同，导致模拟压裂管上的模拟压裂孔存在部分暴露在外，无法深入干热岩内的情况，这使得压裂液从模拟压裂管上的模拟压裂孔喷出时，由于部分模拟压裂孔在干热岩的外部，导致水压不均衡，影响对干热岩的模拟压裂精度，从而影响实验结果，为此，我们提出一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置及其使用方法来解决现今模拟压力装置中模拟压裂管上的模拟压裂孔位置不可调节的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，包括：

3、模拟压裂管，其外壁从上至下间隔设置有多个模拟压裂孔，用于压裂液的喷出；

4、模拟传输管，其一端与模拟压裂管固定连通，其另一端与外部压力泵密封连通；

5、所述模拟压裂管的外壁活动连接有可沿其外壁上下移动的封口管，所述模拟传输管的外壁固定连接有升降驱动机构，用于驱动封口管在模拟压裂管外壁的升降。

6、优选的，所述升降驱动机构包括驱动管，所述驱动管固定连接于模拟传输管的外壁，所述驱动管内部设有密封圆腔，所述密封圆腔顶部设置有上活塞件，所述密封圆腔的底部设有下活塞件，所述下活塞件与密封圆腔的底部之间固定连接有复位弹簧，所述下活塞件的底部贯穿驱动管外壁并与封口管顶端固定连接，所述上活塞件的顶端贯穿驱动管外壁并延伸至上方位置。

7、优选的，所述模拟传输管的顶端固定设有接头管，所述接头管的外壁设有外螺纹，所述驱动管的上方设有环形板，所述环形板的内侧壁设有与外螺纹相匹配的内螺纹，所述环形板的外壁固定连接有握柄。

8、优选的，所述环形板的底端固定连接有连接管，所述连接管的外壁固定连接有滚珠轴承，所述滚珠轴承的外圈固定连接有连接环，所述连接环的底端与上活塞件的顶部固定连接。

9、优选的，所述环形板的侧壁开设有内螺孔，所述握柄的外壁套设有防滑套，所述握柄的一端固定连接有连接螺杆，所述连接螺杆的外壁与内螺孔螺纹连接。

10、优选的，所述上活塞件和下活塞件均包括活塞头，所述活塞头正对密封圆腔内壁的一侧均固定连接有连接板，所述连接板背离活塞头的一侧固定连接有连接柱，所述连接柱外壁贯穿驱动管的外壁并延伸至外部。

11、优选的，位于所述下活塞件内的连接柱的底端与封口管的顶端固定连接，位于所述上活塞件内的连接柱的顶端与连接环底端固定连接。

12、优选的，所述驱动管的外壁固定连接有透明窗，所述透明窗的外壁设有可读条，所述透明窗与活塞头位置相对应。

13、优选的，所述模拟压裂管的外壁与模拟压裂孔对应位置处开设有条形凹槽，所述封口管的内侧与条形凹槽对应位置处设有封口凸条，所护封口管的内壁固定连接有密封垫套。

14、本发明还提供了一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置的使用方法，包括以下步骤：

15、步骤一，将模拟压裂管插入到干热岩的压裂环境模拟箱中，并对驱动管和箱盖连接处进行密封处理，将外部压力泵和压裂液储罐与模拟传输管上的接头管固定连通，通过压力泵将压裂液泵入模拟传输管、模拟压裂管，并顺着模拟压裂管上的模拟压裂孔注入到实验用的干热岩中，进行模拟压裂作业；

16、步骤二，进行模拟压裂作业前，根据模拟压裂管插入到干热岩上模拟钻井的孔洞中，根据模拟压裂管插入的深度，通过升降驱动机构调节封口管在模拟压裂管外壁下降的高度，使模拟压裂管上未深入到干热岩中的模拟压裂孔被遮挡封闭，使压裂液能够集中从位于干热岩内部位置的模拟压裂孔喷出；

17、步骤三，驱动升降驱动机构时，只需手动顺时针或逆时针转动环形板，利用环形板和接头管之间的螺纹连接使环形板向上或向下移动，驱动下方的上活塞件上下移动，由于位于驱动管内密封圆腔中的上活塞件和下活塞件之间为密封状，且通过复位弹簧对下活塞件的弹性上推作用，使上活塞件下移时挤压下活塞件下移，如此即可达到对封口管向下的驱动，当上活塞件上移时，通过吸力以及复位弹簧的弹性推力，使下活塞件带动封口管上移，如此即达到对封口管在模拟压裂管外壁的精确上下移动。

18、本发明的技术效果和优点：

19、(1)本发明能够在保证干热岩在压裂模拟箱内密封的条件下，调节模拟压裂管上不同位置的模拟压裂孔的开闭，使模拟压裂管上的模拟压裂孔对干热岩内注射的水压恒定，避免压裂液从位于干热岩外部的模拟压裂孔排出导致水压不稳定影响模拟压裂效果，从而提高模拟压裂实验的质量和精度；

20、(2)本发明通过驱动管内设置密封圆腔，并利用密封圆腔内上活塞件、下活塞件和复位弹簧的设置，能够通过上活塞件的升降以及复位弹簧的弹性推力作用，使下活塞件可以实现上下移动，同时配合环形板与接头管之间的螺纹连接，使环形板通过顺时针或逆时针转动进行上下移动，以便于对上活塞杆上下移动距离的精确控制。

技术特征：

1.一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，其特征在于，所述升降驱动机构(4)包括驱动管(41)，所述驱动管(41)固定连接于模拟传输管(2)的外壁，所述驱动管(41)内部设有密封圆腔(42)，所述密封圆腔(42)顶部设置有上活塞件(43)，所述密封圆腔(42)的底部设有下活塞件(44)，所述下活塞件(44)与密封圆腔(42)的底部之间固定连接有复位弹簧(45)，所述下活塞件(44)的底部贯穿驱动管(41)外壁并与封口管(3)顶端固定连接，所述上活塞件(43)的顶端贯穿驱动管(41)外壁并延伸至上方位置。

3.根据权利要求2所述的一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，其特征在于，所述模拟传输管(2)的顶端固定设有接头管(21)，所述接头管(21)的外壁设有外螺纹(22)，所述驱动管(41)的上方设有环形板(46)，所述环形板(46)的内侧壁设有与外螺纹(22)相匹配的内螺纹，所述环形板(46)的外壁固定连接有握柄(47)。

4.根据权利要求3所述的一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，其特征在于，所述环形板(46)的底端固定连接有连接管(461)，所述连接管(461)的外壁固定连接有滚珠轴承(463)，所述滚珠轴承(463)的外圈固定连接有连接环(462)，所述连接环(462)的底端与上活塞件(43)的顶部固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，其特征在于，所述环形板(46)的侧壁开设有内螺孔(464)，所述握柄(47)的外壁套设有防滑套(471)，所述握柄(47)的一端固定连接有连接螺杆(472)，所述连接螺杆(472)的外壁与内螺孔(464)螺纹连接。

6.根据权利要求4所述的一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，其特征在于，所述上活塞件(43)和下活塞件(44)均包括活塞头(431)，所述活塞头(431)正对密封圆腔(42)内壁的一侧均固定连接有连接板(432)，所述连接板(432)背离活塞头(431)的一侧固定连接有连接柱(433)，所述连接柱(433)外壁贯穿驱动管(41)的外壁并延伸至外部。

7.根据权利要求6所述的一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，其特征在于，位于所述下活塞件(44)内的连接柱(433)的底端与封口管(3)的顶端固定连接，位于所述上活塞件(43)内的连接柱(433)的顶端与连接环(462)底端固定连接。

8.根据权利要求6所述的一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，其特征在于，所述驱动管(41)的外壁固定连接有透明窗(48)，所述透明窗(48)的外壁设有可读条，所述透明窗(48)与活塞头(431)位置相对应。

9.根据权利要求1所述的一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置，其特征在于，所述模拟压裂管(1)的外壁与模拟压裂孔(12)对应位置处开设有条形凹槽(11)，所述封口管(3)的内侧与条形凹槽(11)对应位置处设有封口凸条(31)，所护封口管(3)的内壁固定连接有密封垫套(32)。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种高温干热岩压裂裂缝扩展模拟装置及其使用方法，包括：模拟压裂管，其外壁从上至下间隔设置有多个模拟压裂孔，用于压裂液的喷出；模拟传输管，其一端与模拟压裂管固定连通，其另一端与外部压力泵密封连通；模拟压裂管的外壁活动连接有可沿其外壁上下移动的封口管，模拟传输管的外壁固定连接有升降驱动机构，用于驱动封口管在模拟压裂管外壁的升降。本发明能够在保证干热岩在压裂模拟箱内密封的条件下，调节模拟压裂管上不同位置的模拟压裂孔的开闭，使模拟压裂管上的模拟压裂孔对干热岩内注射的水压恒定，避免压裂液从位于干热岩外部的模拟压裂孔排出导致水压不稳定影响模拟压裂效果，从而提高模拟压裂实验的质量和精度。

技术研发人员：李鑫,马婷,姜维,韦波,田继军,王海超,冯烁,妮尕尔阿依
受保护的技术使用者：新疆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16