一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种实验装置技术领域，它公开了一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法，该装置包括可视化真三轴腔体、承载支架、加载单元、致裂单元和监测单元组成。所述的可视化真三轴腔体包括透视盖板、加载腔、密封盖板，可以对试块施加三向应力；所述的承载支架，支撑可视化三轴腔体，并使其旋转；所述加载单元通过加载管与进液孔连接，对加载板进行加压；所述致裂单元通过高压软管与压裂管连接，对试块进行致裂；所述监测单元对所述可视化真三轴腔体内试块表面的变形和裂缝的扩展行为进行数据和图像采集。本发明专利技术能测量不同应力条件下试块的表面应变场特征，同时还能监测水力压裂缝网形成与扩展过程。监测水力压裂缝网形成与扩展过程。监测水力压裂缝网形成与扩展过程。

【技术实现步骤摘要】
一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法


[0001]本专利技术涉及煤岩体水力压裂实验
，具体涉及一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法。

技术介绍

[0002]我国埋深1000m以下的煤炭资源丰富，深埋煤层工作面的坚硬顶板具有岩体整体性强、分层厚度大和节理裂隙不发育等特点，当顶板大面积悬露，超过其极限时，将发生大面积垮落，为此常采用定向爆破强制放顶和水力压裂控顶等卸压技术。其中水力压裂与爆破卸压技术相比，具有不受炸药政策管控及运输保存等条件制约、不产生毒气、安全性较好等多个优点，近年在我国大部分煤矿坚硬顶板处理中得到了广泛应用。除此之外，水力压裂技术还被广泛应用于防控冲击地压、岩爆、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害，防控效果较为显著。
[0003]水力压裂技术是通过向目标储层注入足够压力和流速的压裂液，在目标储层产生大量的压裂裂缝，使储层破裂将高应力转移至其他区域从而达到灾害防控的目的。目前在开展室内实验时，针对水力压裂裂缝扩展的研究普遍采用不锈钢材质的真三轴加载腔体，从腔体外无法观测试块的致裂过程，造成了水力压裂裂缝形成与扩展过程“看不见，摸不清”的问题。
[0004]现有不可视三轴腔体能够较为清楚得到试块在压裂前和压裂后的形态，通过静态的裂缝形态对比反演压裂过程特征，但是无法探索或得到裂缝形成及受扰动的动态过程信息。然而，裂缝起裂与扩展规律是揭示水力压裂卸压机理的关键科学问题，因此急需专利技术一种能够满足真三轴加载、过程可视的水力压裂实验装置。

技术实现思路
r/>[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种真三轴水力压裂过程可视实验装置与使用方法。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法，该水力压裂装置包括可视化真三轴腔体、承载支架、加载单元、致裂单元和监测单元组成。所述的可视化真三轴腔体包括透视盖板、加载腔、密封盖板，可以对试块施加三向应力；所述的承载支架，支撑可视化三轴腔体，并使其旋转；所述加载单元通过加载管与进液孔连接，对加载板进行加压；所述致裂单元通过高压软管与压裂管连接，对试块进行致裂；所述监测单元对所述可视化真三轴腔体内试块表面的变形和裂缝的扩展行为进行数据和图像采集。
[0007]作为优选的，所述的可视化真三轴腔体包括透视盖板、加载腔、密封盖板；所述的透视盖板包括带有透视孔的上盖板、密封圈和高压玻璃；所述加载腔包括第一加载板、第二加载板、第三加载板、导向管、带有压裂管的承载板、进液孔和线路孔；所述密封盖板包括第四加载板、下盖板；
[0008]作为优选的，所述的承载支架包括刹车电机、转轴，所述刹车电机可以通过转动转轴，使可视化真三轴腔体旋转；
[0009]作为优选的，所述的加载单元包括加载管、加载泵，所述加载泵通过加载管与进液孔连接；
[0010]作为优选的，所述的致裂单元包括压裂泵、高压软管，所述压裂泵通过高压软管与压裂管连接；
[0011]作为优选的，所述监测单元包括应变仪、应变片、信号线、数码相机，所述应变片将应变仪和由线路孔引出的信号线连接，接线口密封，最多可接7对应变片所述数码相机通过透视孔和高压玻璃对试块的裂缝进行观测。
[0012]该实验方法，包括如下步骤：本专利技术同时提出了一种真三轴水力压裂过程可视实验装置与使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0013](1)、制备横界面为正方形的长方体试块，在试块上表面的中心位置向下钻孔，钻孔长度为试块高度的1/3；
[0014](2)、将中空的密封管伸入钻孔中，并采用环氧树脂对钻孔和密封管的间隙进行密封，密封长度为钻孔的3/4；
[0015](3)、在试块表面指定位置粘贴若干应变片，采用信号线连接应变片与应变仪；
[0016](4)、将密封好的试块表面包裹一层透明的聚乙烯膜，并放置于可视化真三轴腔体中，使压裂管与密封管连接；
[0017](5)、将可视化真三轴腔体、承载支架加载单元、致裂单元监测单元依次连接好，并打开承载支架上的电机，使可视化真三轴腔体旋转，直到压裂管处于竖直方向；
[0018](6)、打开加载泵，对试块施加指定的应力；
[0019](7)、打开数码相机和应变仪，通过高压玻璃对试块表面进行观测；
[0020](8)、打开压裂泵，开始向试块内注入高压水进行压裂试验，利用应变仪实时采集试块表面的变形，利用数码相机实时监测试块表面裂缝的扩展行为。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022](1)该装置相比于传统的三轴腔体具有较好的密闭性，在接口部分装有密封圈，因此，该腔体可抽真空，可充瓦斯气体，最大承压能力为5MPa。
[0023](2)前端面的可视玻璃采用高压玻璃，便于实验现象的观察，最大承压能力(5MPa围压+20MPa端面应力)。
[0024](3)该装置中的承载支架，可使三轴腔体旋转，使实验更具有灵活性，同时也便于零部件的安装拆卸。
[0024](4)相比于以往传统的真三轴水力压裂装置，该装置所有部件方便拆卸更换。
[0025](5)接线孔有密封圈密封，保证孔的气密性，同时可接7对应变片。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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。
[0027]图1是可视化真三轴腔体的主视图。
[0028]图2是可视化真三轴腔体的侧视图。
[0029]图3是可视化真三轴腔体的俯视图。
[0030]图4是数据采集系统及注水装置示意图。
[0031]图5是可视化真三轴腔装置整体结构图。
[0032]图中：1—透视孔，2—高压玻璃，3—密封圈，4—第一加载板，5—第四加载板，6—高压软管，7—上盖板，8—第二加载板，9—线路孔，10—第三加载板，11—承载板，12—压裂管，13—应变片，14—信号线，15—下盖板，16—第一进液口，17—第一退液口，18—第四进液口，19—第四退液口，20—导向管，21—第二退液口，22—第二进液口，23—第三退液口，24—第三进液口，25—压力传感器，26—阀门，27—压裂泵，28—第一加载泵，29—第二加载泵3，30—第三加载泵，31—加载管，32—试块33—应变仪，34—数码相机，35—转轴，36—刹车电机。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法，其特征在于，该试验装置包括可视化真三轴腔体、承载支架、加载单元、致裂单元和监测单元。所述可视化真三轴腔体包括透视盖板、加载腔、密封盖板；所述透视盖板包括带有透视孔的上盖板、密封圈和高压玻璃；所述加载腔包括第一加载板、第二加载板、第三加载板、导向管、带有压裂管的承载板、进液孔和线路孔；所述密封盖板包括第四加载板、下盖板；所述承载支架包括刹车电机、转轴，所述刹车电机可以通过转动转轴，使可视化真三轴腔体旋转；所述加载单元包括加载管、加载泵，所述加载泵通过加载管与进液孔连接；所述致裂单元包括压裂泵、高压软管，所述压裂泵通过高压软管与压裂管连接；所述监测单元包括应变仪、应变片、信号线、数码相机，所述应变片将应变仪和由线路孔引出的信号线连接，所述数码相机通过透视孔和高压玻璃拍摄试块表面的裂缝。2.根据权利要求1所述的一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置，其特征在于，所述第一加载板、第二加载板位于水平方向，所述第三加载板位于试块的下方，所述第四加载板位于试块的后方。3.根据权利要求1所述的一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置，其特征在于，所述高压玻璃可承受压力为20MPa。4.根据权利要求1所述的一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置，其特征在于，所述试块为横界面为正...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，马衍坤，殷志强，赵敖寒，杨志良，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：