一种压裂过程应力冻结实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种压裂过程应力冻结实验装置，通过温控系统对设置于其温箱中的试件根据光敏曲线按照预设温度梯度进行相应温度控制下的升温和降温处理，以实现对于试件的应力冻结；通过真三轴伺服加载系统对试件进行固定和施加相应的压力；再通过输出端设置于所述温箱中的压裂体泵送系统对试件进行相应的压裂实验；由于试件为通过3D打印机打印得到的透明光敏模型，结合真三轴伺服加载系统的应力加载、温控系统精确温度控制下的应力冻结实验以及压裂体泵送系统的压裂实验，可实现对于压裂过程中复杂缝网起裂扩展时裂缝尖端应力场演化规律的直观观测和透明显示。

An experimental device for stress freezing in fracturing process

The present invention provides an experimental device for stress freezing in fracturing process, by means of temperature control system, the temperature of the specimen set in the temperature box is raised and lowered according to the preset temperature gradient according to the photosensitive curve, so as to realize the stress freezing of the specimen, and the specimen is fixed by the true triaxial servo loading system. Fixed and applied the corresponding pressure; then the corresponding fracturing experiment was carried out by the fracturing body pumping system installed in the temperature box through the output terminal; because the specimen was a transparent photosensitive model printed by a 3D printer, combined with the stress loading of the true triaxial servo loading system and the stress freezing under the precise temperature control of the temperature control system. The joint experiment and the fracturing experiment of the fracturing pump system can realize the visual observation and transparent display of the evolution law of stress field at the crack tip during the initiation and propagation of complex fracture network in the fracturing process.

【技术实现步骤摘要】
一种压裂过程应力冻结实验装置
本专利技术涉及应力冻结
，特别涉及一种压裂过程应力冻结实验装置。
技术介绍
当前，由于非常规储层岩石介质压裂过程中的裂缝演化规律是一个“黑箱”问题。因此，现有实验室对于各种相态压裂介质的压裂过程研究，大多处于对于压裂后形成的缝网展布特征的定性分析上，难以直观显示和准确描述对压裂缝网起裂和扩展起决定性作用的应力场演化过程。现有技术中也存在采用数值模拟的方法，来定量分析裂缝扩展过程中应力场的分布演化规律的方案，然而，值得关注的是，数值模拟中需要对几何模型、边界条件、网格模型、单元接触与分离、材料参数、本构关系、开裂与破坏准则等一系列问题进行简化，这些简化处理以及计算规模、计算效率等问题都会对压裂应力场的计算精度产生显著影响。特别是，由于实验方法及测试条件的限制，大多数数值模拟结果缺乏实验验证，数值分析的准确性和可靠性存在广泛争议，工程现场难以直接应用。因此，当前亟需一种实验装置，能够实现对于压裂过程中复杂缝网起裂扩展时裂缝尖端应力场演化规律的直观观测和透明显示。
技术实现思路
本专利技术提供一种压裂过程应力冻结实验装置，以实现对于压裂过程中复杂缝网起裂扩展时裂缝尖端应力场演化规律的直观观测和透明显示。为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：一种压裂过程应力冻结实验装置，包括：温控系统，包括温箱，用于对设置于所述温箱中的试件根据光敏曲线按照预设温度梯度进行相应的升温和降温处理，以实现对于所述试件的应力冻结；所述试件为通过3D打印机打印得到的透明光敏模型；所述光敏曲线为所述光敏模型的光敏曲线；真三轴伺服加载系统，用于对所述试件进行固定和施加相应的压力；压裂体泵送系统，输出端设置于所述温箱中，用于对所述试件进行相应的压裂实验。优选的，所述温箱包括：多孔盖板、密封组件及五个开孔温箱壁；其中：所述多孔盖板和所述五个开孔温箱壁上均设置有活塞杆入口；所述多孔盖板上设置有两个循环风入口。优选的，所述温控系统还包括：热源控制系统、直接加热装置、环境加热装置、冷却控制系统、冷却装置及温度检测装置；其中：所述热源控制系统用于控制所述直接加热装置和所述环境加热装置工作；所述冷却控制系统用于控制所述冷却装置工作。优选的，所述直接加热装置包括：六个电加热管和六个加热背板；所述环境加热装置包括：一个热风机；所述冷却装置包括：六个冷却管；所述温度检测装置包括：至少六个温度传感器；所述电加热管设置于所述加热背板中，用于通过直接加热对所述试件的各个方向进行主要升温处理；所述热风机用于通过升高环境温度对所述试件进行升温补偿；所述温度传感器分别设置于所述温箱中和所述真三轴伺服加载系统的压板中；所述加热背板的一侧与所述真三轴伺服加载系统的活塞杆相连；所述加热背板的另一侧贴装有一块所述压板；所述冷却控制系统用于控制所述冷却管中的冷却液或冷气注入；所述冷却管设置于所述压板内侧。优选的，所述真三轴伺服加载系统包括：梁柱框架、五套伺服作动器、五套伺服分配器、一套伺服油源、一套伺服运动控制系统、液压系统辅料、自适应串联应力传感器、位移传感器、以及试件安装定位装置；其中：所述试件安装定位装置设置于所述温箱底部；所述梁柱框架用于支撑并使各个活塞杆和所述多孔盖板及所述试件安装定位装置实现可控移动；所述伺服运动控制系统的输出通过相应的伺服分配器控制对应伺服作动器动作；所述五套伺服作动器分别通过相应的活塞杆和压板实现对于所述试件的上方及水平方向的压力施加；所述伺服油源与所述液压系统辅料用于实现所述五套伺服作动器对相应活塞杆的推动；所述自适应串联应力传感器用于测量所述试件各个方向的应力；所述位移传感器用于测量所述试件各个方向的位移。优选的，所述自适应串联应力传感器包括：大量程压力传感器、小量程压力传感器、安装套、推力板及弹性体；其中：所述小量程压力传感器设置于所述安装套内；所述弹性体设置于所述安装套底部与所述小量程压力传感器之间；所述推力板与所述安装套顶部之间设置有所述弹性体的变形间隙；所述小量程压力传感器用于检测所述推力板的施加压力；所述大量程压力传感器用于检测所述安装套的施加压力。优选的，还包括：自适应加载装置，设置于所述加热板与活塞杆之间，与活塞杆相连，用于消除所述试件表面的剪切应力。优选的，所述自适应加载装置包括：四个水平方向组件及两个上下方向组件；其中：所述水平方向组件包括：固定板、滑动板及滑动模块；滑动模块设置于固定板与滑动板之间，包括对应水平方向位移的多排滚柱带链；上下方向组件包括：固定板、两个滑动板及两个滑动模块；其中一个滑动模块设置于固定板与一个滑动板之间，另一个滑动模块设置于两个滑动板之间，两个滑动模块分别为水平面上两个正交方向位移的多排滚柱带链。优选的，所述压裂体泵送系统为超临界CO2的恒温恒压泵送系统。优选的，所述超临界CO2的恒温恒压泵送系统包括：CO2钢瓶、低温恒温槽、恒速恒压泵、三通进样阀、两个放空阀以及两个压力传感器；其中：所述CO2钢瓶通过过滤器与所述低温恒温槽相连；所述低温恒温槽通过所述恒速恒压泵与所述三通进样阀的输入端相连；所述三通进样阀的输出端接快速接头，作为所述超临界CO2的恒温恒压泵送系统的输出端；所述两个压力传感器分别设置于所述低温恒温槽与所述恒速恒压泵中；所述两个放空阀分别设置于所述低温恒温槽与所述恒速恒压泵中。本专利技术提供的所述压裂过程应力冻结实验装置，通过温控系统对设置于其温箱中的试件根据光敏曲线按照预设温度梯度进行相应的升温和降温处理，以实现对于试件的应力冻结；通过真三轴伺服加载系统对试件进行固定和施加相应的压力；再通过输出端设置于所述温箱中的压裂体泵送系统对试件进行相应的压裂实验；由于试件为通过3D打印机打印得到的透明光敏模型，结合真三轴伺服加载系统的应力加载、温控系统精确温度控制下的应力冻结实验以及压裂体泵送系统的压裂实验，可实现对压裂过程中复杂缝网起裂扩展时裂缝尖端应力场演化规律的直观观测和透明显示。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的真三轴伺服加载系统的加载方向示意图；图2是本专利技术另一实施例提供的温箱的结构示意图；图3是本专利技术另一实施例提供的温控系统的部分结构示意图；图4是本专利技术另一实施例提供的真三轴伺服加载系统的外形示意图；图5是本专利技术另一实施例提供的自适应串联应力传感器的结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的水平方向组件的结构示意图；图7是本专利技术另一实施例提供的滑动模块的结构示意图；图8是本专利技术另一实施例提供的自适应加载装置的初始位置示意图；图9是本专利技术另一实施例提供的自适应加载装置的最终位置示意图；图10是本专利技术另一实施例提供的上下方向组件的结构示意图；图11是本专利技术另一实施例提供的超临界CO2的恒温恒压泵送系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压裂过程应力冻结实验装置，其特征在于，包括：温控系统，包括温箱，用于对设置于所述温箱中的试件根据光敏曲线按照预设温度梯度进行相应的升温和降温处理，以实现对于所述试件的应力冻结；所述试件为通过3D打印机打印得到的透明光敏模型；所述光敏曲线为所述光敏模型的光敏曲线；真三轴伺服加载系统，用于对所述试件进行固定和施加相应的压力；压裂体泵送系统，输出端设置于所述温箱中，用于对所述试件进行相应的压裂实验。

【技术特征摘要】
1.一种压裂过程应力冻结实验装置，其特征在于，包括：温控系统，包括温箱，用于对设置于所述温箱中的试件根据光敏曲线按照预设温度梯度进行相应的升温和降温处理，以实现对于所述试件的应力冻结；所述试件为通过3D打印机打印得到的透明光敏模型；所述光敏曲线为所述光敏模型的光敏曲线；真三轴伺服加载系统，用于对所述试件进行固定和施加相应的压力；压裂体泵送系统，输出端设置于所述温箱中，用于对所述试件进行相应的压裂实验。2.根据权利要求1所述的压裂过程应力冻结实验装置，其特征在于，所述温箱包括：多孔盖板、密封组件及五个开孔温箱壁；其中：所述多孔盖板和所述五个开孔温箱壁上均设置有活塞杆入口；所述多孔盖板上设置有两个循环风入口。3.根据权利要求1所述的压裂过程应力冻结实验装置，其特征在于，所述温控系统还包括：热源控制系统、直接加热装置、环境加热装置、冷却控制系统、冷却装置及温度检测装置；其中：所述热源控制系统用于控制所述直接加热装置和所述环境加热装置工作；所述冷却控制系统用于控制所述冷却装置工作。4.根据权利要求3所述的压裂过程应力冻结实验装置，其特征在于，所述直接加热装置包括：六个电加热管和六个加热背板；所述环境加热装置包括：一个热风机；所述冷却装置包括：六个冷却管；所述温度检测装置包括：至少六个温度传感器；所述电加热管设置于所述加热背板中，用于通过直接加热对所述试件的各个方向进行主要升温处理；所述热风机用于通过升高环境温度对所述试件进行升温补偿；所述温度传感器分别设置于所述温箱中和所述真三轴伺服加载系统的压板中；所述加热背板的一侧与所述真三轴伺服加载系统的活塞杆相连；所述加热背板的另一侧贴装有一块所述压板；所述冷却控制系统用于控制所述冷却管中的冷却液或冷气注入；所述冷却管设置于所述压板内侧。5.根据权利要求2所述的压裂过程应力冻结实验装置，其特征在于，所述真三轴伺服加载系统包括：梁柱框架、五套伺服作动器、五套伺服分配器、一套伺服油源、一套伺服运动控制系统、液压系统辅料、自适应串联应力传感器、位移传感器、以及试件安装定位装置；其中：所述试件安装定位装置设置于所述温箱底部；所述梁柱框架用于支撑并使各个活塞杆和所述多孔盖板及所述试件安装定位装置实现可控移动；所述伺服运动控制系统的输出通过相应的伺服分配器控...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠杨，刘鹏，徐志民，刘红彬，杨永明，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11