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专利号: 2018114253615
申请人: 安阳工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三轴多裂纹水力压裂实验装置,包括压力仓(1)、注水系统(2)、压力传感器组(5)、信息采集系统,信息采集系统包括多通道信息记录仪(4)、八通道声发射信号监测设备(6)、信号探头,其特征在于:所述的压力仓(1)包括三轴腔腔体(101)、观察窗(102)、后加载板(104)、上加载板(105)、左加载板(106)、液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置三,所述的三轴腔腔体(101)为中空、仅前侧面开放的方形腔体;

所述的三轴腔腔体(101)的前侧面固定观察窗(102),三轴腔腔体(101)的内侧顶部、后侧、右侧分别固定液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置三,所述的液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置三的压力输出部分分别固定上加载板(105)、后加载板(104)、左加载板(106),上加载板(105)、后加载板(104)、左加载板(106)对试样的上侧、后侧、左侧进行施压来固定试样和提供压力,试样位于上加载板(105)、后加载板(104)、左加载板(106)与三轴腔腔体(101)形成的空间内;

所述的观察窗(102)上设置有一个或一个以上的前后方向贯穿的井孔(103);

所述的注水系统(2)包括动力源(201)、水箱(202)、气动增压双泵(203)、储液腔(208)、模拟注液筒(213)、电磁控制阀门(214),动力源(201)通过管路与气动增压双泵(203)连接,水箱(202)通过管路与气动增压双泵(203)的吸入口连接,所述的储液腔(208)底部设置有注液孔(209),顶部固定腔盖(205),腔盖(205)上设置有出液孔(204),气动增压双泵(203)的输出口通过管路与储液腔(208)底部设置的注液孔(209)连接,储液腔(208)内有添加了示踪剂的液压油作为压裂液(206)和蒸馏水(207),液压油密度小于蒸馏水(207),压裂液(206)位于蒸馏水(207)的上方且互不相溶,出液孔(204)通过管路与模拟注液筒(213)连接,所述的注液筒(213)利用穿过井孔(103)的管路与井筒连接,且注液筒(213)与井筒连接的管路上均设置有电磁控制阀门(214),电磁控制阀门(214)通过线路连接有控制开关,井筒固定在试样的孔内;

压力传感器组(5)包括压裂液压力传感器(212)、液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置的液压传感器,所述的多通道信息记录仪(4)通过线路与压力传感器组(5)中的压裂液压力传感器(212)、液压传感器相连;

信号探头粘贴到试样表面,试样表面的探头均通过线路与八通道声发射信号监测设备(6)连接。

2.根据权利要求1所述的三轴多裂纹水力压裂实验装置,其特征在于:所述的三轴腔腔体(101)的内侧顶部、后侧、右侧分别固定液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置三的结构为:三轴腔腔体(101)的顶部内侧固定有两个沿着左右方向排列的上侧凹槽(109),用来固定顶部的液压加载装置一,三轴腔腔体(101)内部的后侧固定设置有两个后侧凹槽(108),用来固定液压加载装置二,右侧内侧固定设置有一个右侧凹槽(107),用来固定液压加载装置三,所述的液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置三均为液压千斤顶,且上述的每个凹槽内均固定一个液压千斤顶。

3.根据权利要求2所述的三轴多裂纹水力压裂实验装置,其特征在于:所述的液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置三的压力输出部分分别固定上加载板(105)、后加载板(104)、左加载板(106)的结构为:液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置的液压千斤顶的活塞杆分别固定上加载板(105)、后加载板(104)、左加载板(106)。

4.根据权利要求3所述的三轴多裂纹水力压裂实验装置,其特征在于:还包括加载装置控制系统(3),液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置三的液压千斤顶连接有液压泵,每个液压千斤顶的进油口设置有液压传感器,压力传感器组(5)中的液压传感器、液压泵通过线路与加载装置控制系统(3)连接。

5.根据权利要求4所述的三轴多裂纹水力压裂实验装置,其特征在于:还包括视频成像仪(7),所述的观察窗(102)为亚克力板,视频成像仪(7)设置于观察窗(102)的正前方,用于对试样的压裂情况进行图像采集。

6.根据权利要求4所述的三轴多裂纹水力压裂实验装置,其特征在于:所述的信号探头至少为4个,并且4个探头不能处于试样的同一平面,用以实现裂纹的定位。

7.根据权利要求1‑5任一项所述的三轴多裂纹水力压裂实验装置,其特征在于:所述的井孔(103)的数量为3个,井筒的数量为3个。

8.根据权利要求1‑5任一项所述的三轴多裂纹水力压裂实验装置,其特征在于:所述的三轴腔腔体(101)或观察窗(102)上设置有信号探头与八通道声发射信号监测设备(6)连接线路的穿过孔。

9.根据权利要求5所述的三轴多裂纹水力压裂实验装置,其特征在于:所述的三轴腔腔体(101)的外尺寸为1300mm×550mm×550mm,所述的试样的尺寸为1200mm×500mm×500mm,试样上孔的直径10mm,深260mm,且数量与井筒的数量相同。

10.根据权利要求9所述的三轴多裂纹水力压裂实验装置的实验方法,其特征在于:包括如下步骤:

1)取样或制样:将取出的岩样加工成1000mm×500mm×500mm的长方体块,结合多裂纹实验方案,根据裂纹条数、间距,在试样对应位置钻取直径10mm,深260mm的孔,孔下部20mm为预留的裸眼段,然后用环氧树脂胶将井筒与岩样粘牢,粘严,防止压裂液从井壁泄漏;

2)加载:试样放置压力仓内且固定井筒后,放入加载板,根据实验要求同时将液压加载装置一、液压加载装置二、液压加载装置三的载荷缓慢施加至设定值,直至载荷稳定;

3)水力压裂注液:打开多通道信息记录仪(4)、八通道声发射信号监测设备(6)和视频成像仪(7),将气动增压双泵(203)设置为所需流量的恒流模式,按照多裂纹实验方案,同时或依次打开指定的井筒连接管理上的电磁控制阀门(214),通过井筒往试件内注入压裂液,当裂纹扩展至试件表面处时或压裂液压力传感器(212)压力降至0.5MPa以下时,停止注液;

4)通过多通道信息记录仪采集的信息以及压裂过程中八通道声发射信号监测设备采集的信息,视频成像仪(7)采集的信息以及刨切压裂后试件的裂纹形态、示踪剂的分布进行分析,得到压裂过程中的应力变化以及裂纹扩展规律。