一种水压致裂物理模拟实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水压致裂物理模拟实验装置及实验方法，所述实验装置包括：承载机构，所述承载机构包括多个承压板，多个所述承压板连接构成实验腔；载荷发生机构，多个所述载荷发生机构设置于所述实验腔内，且多个所述载荷发生机构隔着柔性垫板对所述实验腔中的试样施加载荷。所述实验装置的结构简单且易于拆卸、移动和搬运，成本低，精度高，灵活性强，能克服试样不行度产生的非均匀受载；通过柔性垫板实现柔性加载和承载机构的不平行度自由调整、匹配，能有效克服压裂实验过程中试样的端部效应。所述实验方法，包括在测定所述试样的基本物理力学参数的基础上校验无量纲数，从而保证泵注参数遵循相似定律，克服尺寸效应，确保实验结果的有效性。

A Hydraulic Fracturing Physical Simulation Experimental Device and Method

The invention discloses a hydraulic fracturing physical simulation experimental device and an experimental method. The experimental device includes: a bearing mechanism, which comprises a plurality of pressure plates, and a plurality of pressure plates are connected to form an experimental chamber; a load generating mechanism, a plurality of said load generating mechanisms are arranged in the experimental chamber, and a plurality of said load generating mechanisms are separated from flexible cushion plates to the said experimental chamber. The specimen in the experimental chamber is loaded. The structure of the experimental device is simple and easy to disassemble, move and transport, with low cost, high accuracy and flexibility, which can overcome the non-uniform loading caused by the sample infeasibility. The flexible loading and the non-parallel degree of the loading mechanism can be adjusted and matched freely by the flexible cushion plate, which can effectively overcome the end effect of the sample in the process of fracturing experiment. The experimental method includes checking dimensionless parameters on the basis of measuring the basic physical and mechanical parameters of the sample, so as to ensure that the pump parameters follow the similar law, overcome the size effect and ensure the validity of the experimental results.

【技术实现步骤摘要】
一种水压致裂物理模拟实验装置及实验方法
本专利技术涉及水力压裂实验
，尤其是涉及一种水压致裂物理模拟实验装置及实验方法。
技术介绍
水压致裂(或水力压裂)是油气藏储层增透改造的核心技术之一，但业界对水压致裂力学行为的认识仍十分有限。因此，室内物理模拟研究水力压裂的裂缝起裂和扩展具有意义重大，但现有技术中水压致裂物理模拟实验装置造价高、结构复杂，且不能较好地克服边界效应和尺寸效应对实验结果的影响；同时，这些装置所需的制样精度要求较高，而由于制样加工技术及误差所限，立方体试样面与面之间往往很难做到绝对平行，导致试样局部的载荷非均匀分布和边界摩擦等边界效应，难以满足快速进行物理模拟实验研究的诉求。此外，虽然柔性加载可有效克服试样的边界效应，但现有技术中能实现柔性加载和不平行度自由匹配的水压致裂物理模拟实验装置未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种水压致裂物理模拟实验装置，以简化实验装置的结构，降低实验装置的成本，并通过柔性加载和承载机构的不平行度自由调整、匹配，可有效克服试样的边界效应。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种水压致裂物理模拟实验装置，包括：承载机构，所述承载机构包括多个承压板，多个所述承压板连接构成实验腔；载荷发生机构，多个所述载荷发生机构设置于所述实验腔内，且多个所述载荷发生机构隔着柔性垫板对所述实验腔中的试样施加载荷。可选的，所述承载机构包括三组共六个所述承压板，每个所述承压板的两端设有多个第一通孔，利用穿过所述第一通孔的螺栓和螺帽连接三组所述承压板，得到所述实验腔。可选的，所述水压致裂物理模拟实验装置包括三个所述载荷发生机构，三个所述载荷发生机构分别用于实验时给所述试样施加最大主应力方向、中间主应力方向和最小主应力方向的载荷，其中，最大主应力方向、中间主应力方向和最小主应力方向两两相互正交。可选的，所述水压致裂物理模拟实验装置还包括底座，所述实验腔设置于所述底座上。可选的，所述水压致裂物理模拟实验装置还包括多个刚性垫块，所述刚性垫块一端的端面上设有内壁光滑的U型槽，多个所述刚性垫块组成容纳所述试样的样品室。可选的，所述试样与部分所述刚性垫块之间还设有所述柔性垫板，所述载荷发生机构隔着所述刚性垫块和所述柔性垫板对所述试样施加载荷。可选的，部分所述承压板上还设有用于通过所述载荷发生机构的管线的第二通孔。可选的，位于所述实验腔顶部的所述承压板上还设有用于通过泵注管线的第三通孔。为了达到上述目的，本专利技术还提供了一种水压致裂物理模拟实验方法，用于模拟地应力条件下的煤岩试样压裂，包括步骤：提供一试样对所述试样钻孔，在所述孔中放入压裂封孔器，并使用粘合剂将所述压裂封孔器封固在所述试样的中心；对所述试样进行无损检测，获取原始数据，并作好标记；提供一上述任意一项所述的水压致裂物理模拟实验装置，将所述试样装入所述实验腔中的样品室，并安装固定好所述水压致裂物理模拟实验装置；利用泵注管线连接所述压裂封孔器的入口与高压泵的出口；开启所述载荷发生机构，采用静水压力逐级增压的方式施加载荷直到目标应力状态；通过所述高压泵向所述压裂封孔器注入混有造影剂的高压流体，监测所述高压流体的流量和压力，并由数据采集系数自动采集和记录数据；拆开所述水压致裂物理模拟实验装置，观察拍摄照片后取出所述试样；以及对实验后的所述试样再次进行无损检测，获取实验后的数据，并对比分析实验前后的检测数据。可选的，所述水压致裂物理模拟实验方法还包括步骤：测定所述试样的基本物理力学参数，并计算所述高压泵的泵注参数，校验压裂实验过程中的泵注参数是否符合相似定律，以在一定范围内克服尺寸效应，验证室内压裂实验参数的有效性。本专利技术所提供的水压致裂物理模拟实验装置中，实验装置由多个承压板及载荷发生机构等零部件构成，实验装置的结构简单且易于拆卸和移动搬运，能有效降低实验装置的成本；并通过柔性垫板实现柔性加载和承载机构的不平行度自由调整、匹配，能有效克服压裂实验过程中试样的边界效应。附图说明图1为本专利技术一个实施例中水压致裂物理模拟实验装置的外部结构示意图；其中，1-下板，2-上板，3-第一横板，4-第二横板，5-第一竖板，6-第二竖板，7–螺栓，8–第一通孔。具体实施方式下面将结合示意图对本专利技术的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。如
技术介绍
所述，现有技术中水压致裂物理模拟实验装置造价高、结构复杂，且不能较好地克服边界效应和尺寸效应对实验结果的影响；同时，这些装置所需的制样精度要求较高，难以满足快速进行实验研究的诉求；此外，虽然柔性加载可有效克服试样的边界效应，但现有技术中能实现柔性加载和承载机构的不平行度自由调整、匹配的压裂装置未见报道。基于此，本专利技术提出了一种水压致裂物理模拟实验装置，能模拟地应力条件下煤岩试样的水压致裂实验，包括：承载机构，所述承载机构包括多个承压板，多个所述承压板连接构成实验腔；载荷发生机构，多个所述载荷发生机构设置于所述实验腔内，且多个所述载荷发生机构隔着柔性垫板对所述实验腔中的试样施加载荷。在本专利技术的一个实施例中，所述承载机构包括三组共六个所述承压板，如图1所示，分别记为第一组(上板1、下板2)，第二组(第一横板3、第二横板4)和第三组(第一竖板5、第二竖板6)，每个所述承压板的两端设有多个第一通孔，三组所述承压板相互正交，并利用穿过所述第一通孔8的螺栓7和螺帽连接三组所述承压板，组装成可放置特定尺寸试样和特定型号载荷发生机构的实验腔，所述实验腔为封闭的腔室。其中，所述螺栓7的尺寸和数量由目标载荷需求结合基础力学和材料力学理论计算得出，计算得出所述螺栓7的尺寸之后，再根据所述螺栓7的尺寸在每个所述承压板两端沿垂直于板面方向预置两排对称排列的所述第一通孔，所述第一通孔为圆形通孔。每个所述承压板采用具有特定规格且具有较高强度和刚度的板材，三组所述承压板(第一组、第二组及第三组)相互正交连接得到所述实验腔，三组所述承压板在实验过程中分别用于承载最大主应力、中间主应力和最小主应力方向的载荷。与此对应的，所述水压致裂物理模拟实验装置包括三个所述载荷发生机构，分别记为第一载荷发生机构、第二载荷发生机构及第三载荷发生机构，三个所述载荷发生机构均设置在所述实验腔内，分别用于实验时给所述试样施加最大主应力方向、中间主应力方向和最小主应力方向的载荷，其中，最大主应力方向、中间主应力方向和最小主应力方向两两相互正交。可选的，部分所述承压板上还设有用于通过所述载荷发生机构的管线的第二通孔(图中未示出)。在本实施例中，所述第二横板4和所述第一竖板5的特定位置处分别设置有圆角矩形的所述第二通孔，用以通过三个所述载荷发生机构的管线。此外，三个所述载荷发生机构的管线既可以是分别从三个所述第二通孔中通过，也可以是至少两个所述载荷发生机构的管线是从同一个所述第二通孔中通过，可以视具体情况选择。可选的，位于所述实验腔顶部的所述承压板上还设有用于通过泵注管线的第三通孔(图中未示出)，即所述上板2中部特定位置处设置有一个圆形的所述第三通孔，以通过给所述试样施加高压流体的泵注管线。可选的，每个所述承压板的端面上还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水压致裂物理模拟实验装置，其特征在于，包括：承载机构，所述承载机构包括多个承压板，多个所述承压板连接构成实验腔；载荷发生机构，多个所述载荷发生机构设置于所述实验腔内，且多个所述载荷发生机构隔着柔性垫板对所述实验腔中的试样施加载荷。

【技术特征摘要】
1.一种水压致裂物理模拟实验装置，其特征在于，包括：承载机构，所述承载机构包括多个承压板，多个所述承压板连接构成实验腔；载荷发生机构，多个所述载荷发生机构设置于所述实验腔内，且多个所述载荷发生机构隔着柔性垫板对所述实验腔中的试样施加载荷。2.如权利要求1所述的水压致裂物理模拟实验装置，其特征在于，所述承载机构包括三组共六个所述承压板，每个所述承压板的两端设有多个第一通孔，利用穿过所述第一通孔的螺栓和螺帽连接三组所述承压板，得到所述实验腔。3.如权利要求1或2所述的水压致裂物理模拟实验装置，其特征在于，所述水压致裂物理模拟实验装置包括三个所述载荷发生机构，三个所述载荷发生机构分别用于实验时给所述试样施加最大主应力方向、中间主应力方向和最小主应力方向的载荷，其中，最大主应力方向、中间主应力方向和最小主应力方向两两相互正交。4.如权利要求1或2所述的水压致裂物理模拟实验装置，其特征在于，所述水压致裂物理模拟实验装置还包括底座，所述实验腔设置于所述底座上。5.如权利要求1所述的水压致裂物理模拟实验装置，其特征在于，所述水压致裂物理模拟实验装置还包括多个刚性垫块，所述刚性垫块一端的端面上设有内壁光滑的U型槽，多个所述刚性垫块组成容纳所述试样的样品室。6.如权利要求5所述的水压致裂物理模拟实验装置，其特征在于，所述试样与部分所述刚性垫块之间还设有所述柔性垫板，所述载荷发生机构隔着所述刚性垫块和所述柔性垫板对所述试样施加载荷。7.如权利要求1或2所述的水压致裂物理模...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚德磊，尹光志，许江，石发瑞，
申请(专利权)人：清华大学，重庆大学，
类型：发明
国别省市：北京,11