一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号CN108518213B(45)授权公告日2022.02.18(21)申请号201810326323.8E21B43/26(2006.01)(22)申请日2018.04.12(56)对比文件(65)同一申请的已公布的文献号CN106761629A,2017.05.31申请公布号CN108518213ACN102788338A,2012.11.21CN105114049A,2015.12.02(43)申请公布日2018.09.11CA2832626A1,2015.05.05(73)专利权人中北大学WO2016123203A1,2016.08.04地址030051山西省太原市尖草坪区学院审查员龙川路3号(72)发明人武晋文冯子军耿少波高经武陈淑萍王学怀林建伟(74)专利代理机构太原高欣科创专利代理事务所(普通合伙)14109代理人冷锦超(51)Int.Cl.E21B47/00(2012.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置(57)摘要本发明公开一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，压裂介质为高温过热蒸汽，由三轴伺服控制加载系统为岩石试样施加三轴压力，耐高温高压的锅炉盘管构成的饱和蒸汽发生装置和过热蒸汽发生装置与试样压裂孔串联，饱和蒸汽通过二次加热产生高温过热蒸汽，通过温控设备控制饱和蒸汽温度升高路径来控制饱和蒸汽的压力升高路径，从而控制整个串联管路中的蒸汽压力升高路径，实现岩石高温过热蒸汽控制压裂，利用饱和蒸汽温度与压力的固定关系，通过控制饱和蒸汽的温度升高路径来控制饱和蒸汽以及整个串联管路的蒸汽压力升高路径，串联的锅炉盘管取代传统蒸汽锅炉中的锅筒，并在试样加载的上压板设计蒸汽导流装置，实现高温过热蒸汽的控制压裂。CN108518213BCN108518213B权利要求书1/2页1.一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，其特征在于：包括第一蒸汽发生器（1）、第二蒸汽发生器（2）和加载系统（3），所述第一蒸汽发生器（1）和第二蒸汽发生器（2）依次串接在一起，所述第二蒸汽发生器（2）的出气口通过蒸汽管路（4）与加载系统（3）连接；所述加载系统（3）的结构为：包括上压板（31）、侧压板（32）、进气管（33）、出气管（34）和锅炉管（35），所述上压板（31）和侧压板（32）分别设置在岩石试样（36）的上侧和四个侧面，用于给岩石试样（36）施加三向应力，所述岩石试样（36）的上侧竖直加工有盲孔，所述锅炉管（35）竖直插装在该盲孔内，且所述锅炉管（35）的下端与盲孔底部留有间隙，所述上压板（31）内设置有进出气通道作为进气管（33）和出气管（34），所述进气管（33）和出气管（34）分别与锅炉管（35）的上端和盲孔上端连通；所述上压板（31）和侧压板（32）对应连接在真三轴伺服加载系统上；上压板（31）设置蒸汽导流装置，上压板（31）的进气口和上压板上的锅炉管连通，使蒸汽直接通入岩石试样钻孔底部；高温过热蒸汽通入钻孔后会冷却为水；上压板（31）出气口打开后，进入孔底的高温蒸汽把水汽化，并推动汽化后的水沿着锅炉管和钻孔间的通道流动，经过排气口排出试样；所述第一蒸汽发生器（1）用于提供饱和蒸汽，所述第二蒸汽发生器（2）用于将第一蒸汽发生器（1）提供的饱和蒸汽加热成200‑1000℃的高温过热蒸汽，所述蒸汽管路（4）将第二蒸汽发生器（2）提供的200‑1000℃高温过热蒸汽从进气管（33）通入到岩石试样（36）的盲孔中，对岩石试样（36）进行压裂；所述第一蒸汽发生器（1）和第二蒸汽发生器（2）的结构均相同，包括锅炉盘管（11）、陶瓷电加热套（12）和保温绝热层（13），所述锅炉盘管（11）呈螺旋状结构，所述陶瓷电加热套（12）匹配设置在锅炉盘管（11）的外侧，所述保温绝热层（13）设置在陶瓷电加热套（12）的外侧，并将锅炉盘管（11）和陶瓷电加热套（12）封闭包裹；所述第一蒸汽发生器（1）的底部通过管道与泵（14）连接在一起，所述泵（14）用于给第一蒸汽发生器（1）内的锅炉盘管（11）注水，所述第一蒸汽发生器（1）的锅炉盘管（11）上下端之间通过连通管（15），所述连通管（15）上设置有液位计（16），所述第一蒸汽发生器（1）的锅炉盘管（11）上端与第二蒸汽发生器（2）的锅炉盘管（11）下端连通；根据饱和蒸汽‑压力曲线关系，通过饱和蒸汽温度的升温路径控制饱和蒸汽的升压路径，进而控制过热蒸汽的升压路径。2.根据权利要求1所述的一种岩石高温高压过热蒸汽控制压裂试验装置，其特征在于：所述上压板（31）和岩石试样（36）之间设置有密封垫，所述上压板（31）和密封垫的接触面上加工若干条环形凹槽以保证密封性。3.根据权利要