一种压裂物理模拟实验装置及其使用方法，压裂物理模拟实验装置，包括：泵压系统，用于向岩样施加不同注入条件的压裂压力；真三轴加压系统，包括：用于向岩样施加压力的x方向加载板、y方向加载板和z方向加载板；声发射信号监测系统，接收岩样受压产生的声发射信号，并处理所述声发射信号，根据声发射事件率以控制所述泵压系统改变注入条件的时机，根据实验要求依次执行不同注入条件的液体压力压裂。通过上述结构可以有效地解决现有技术中的水力压裂物理模拟实验装置具有注入条件单一，以及改变注入压力、排量和压裂液的种类、时机缺乏判断依据的问题。依据的问题。依据的问题。
【技术实现步骤摘要】
压裂物理模拟实验装置及其使用方法
[0001]本专利技术涉及海洋桩基工程
，具体涉及一种基于声发射的动态注入水力压裂物理模拟实验装置及使用方法。
技术介绍
[0002]我国的页岩气储量巨大，分布广泛，具有广阔的应用前景。页岩储层具有致密低渗的特点，需要钻井并压裂形成缝网才能进行工业开发。作为主要的储层压裂技术，传统的水力压裂注入方式为稳定注入，稳定注入的注入压力和排量稳定，为单一压裂液方式。上述现有的水力压裂注入方式对岩石的扰动破坏能力有限，且产量递减快。
[0003]为了解决上述问题，有学者提出采用循环注入、波动注入、交替注入等动态注入水力压裂方法，以改善压裂效果。该技术是目前水力压裂领域具有应用潜力的新技术，但其可行性、应用效果及安全性仍停留在理论研究方面，缺乏实验数据或现场应用结果的支撑。
[0004]为了满足动态注入水力压裂物理模拟的研究需求。需要通过大型水力压裂物理模拟试验。试验常采用大尺寸真三轴模拟试验系统，研究不同压裂参数下水力裂缝扩展效果及其机理。已有的水力压裂物理模拟实验装置中压裂液的注入条件单一、控制手段落后，以及改变注入压力、排量和压裂液的种类、时机缺乏判断依据，试验结果无法支撑多种动态注入条件水力压裂效果的对比研究。为此，本专利技术提供了一种压裂物理模拟实验装置及其使用方法，从而解决现有的水力压裂物理模拟实验装置注入条件单一，以及改变注入压力、排量和压裂液的种类、时机缺乏判断依据的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术旨在提供一种压裂物理模拟实验装置及其使用方法，以解决现有技术中的水力压裂物理模拟实验装置具有注入条件单一，以及改变注入压力、排量和压裂液的种类、时机缺乏判断依据的问题。为此，本专利技术提供一种压裂物理模拟实验装置，包括：泵压系统，用于向岩样施加不同注入条件的压裂压力；真三轴加压系统，包括：用于向岩样施加压力的x方向加载板、y方向加载板和z方向加载板；声发射信号监测系统，接收岩样的声发射信号，并处理所述声发射信号，根据声发射事件率以控制所述泵压系统改变注入条件的时机，根据实验要求依次执行不同注入条件的水力压裂。
[0006]可选的，所述泵压系统包括：至少两个压裂液罐，以及液压泵、三通阀、注液管路和连接管路；且，所述液压泵为可变工作频率液压泵，所述液压泵接收所述声发射信号监测系统的指令，调整所述液压泵的驱动能力。
[0007]可选的，所述三通阀为电动微机三通阀；和/或，所述可变工作频率液压泵的流量范围为：2 L/min 至300 L/min；和/或，所述注液管路包括刚性管及柔性管，所述刚性管通过注入口与所述泵压系统的加
压伺服机构和所述岩样分别相连，所述刚性管插入所述岩样的预制压裂孔中；所述柔性管与所述液压泵相连；和/或，所述压裂液罐为橡胶内胆的不锈钢压力液罐；所述压裂液罐的耐压能力为16kg，所述压裂液罐通过脚撑固定在地面上。
[0008]可选的，所述压裂液罐为两个，所述三通阀的两个进口通过所述连接管路分别与两个所述压裂液罐相连通；所述三通阀的出口与所述液压泵相连通；所述三通阀内置微机，并与声发射监测系统相连，所述三通阀接收所述声发射信号监测系统的指令，切换或者混合不同的压裂液并通过所述液压泵注入所述岩样。
[0009]可选的，所述真三轴加压系统还包括：反力支架，以及设置在所述反力支架上的y方向千斤顶、z方向千斤顶、y方向受力板；所述压裂物理模拟实验装置的z方向受力板固定于地面；所述压裂物理模拟实验装置的x方向千斤顶和x方向受力板分别设置有与其底座相对应的支撑架。
[0010]可选的，在同一方向上的加载板、受力板的中心位置处于同一直线上；与同一方向上的所述加载板、所述受力板相适配的千斤顶为至少两个， 多个所述千斤顶对称设置在所述加载板的中心位置两侧。
[0011]可选的，所述声发射信号监测系统包括：通讯相连的声发射探头、放大器和监测控制主机；所述x方向加载板与所述x方向受力板上设置有供所述声发射探头穿过的布置孔；和/或，所述y方向加载板与所述y方向受力板上设置有供所述声发射探头穿过的布置孔；所述声发射探头固定在岩样表面，且所述声发射探头通过所述放大器与所述监测控制主机通讯相连。
[0012]可选的，所述反力支架和/或所述支撑架为钢质结构。
[0013]一种压裂物理模拟实验装置的使用方法，包括以下步骤：S1，根据实验需求选取岩样，并将所述岩样制成方形样品；在所述岩样的z方向加工压裂孔；将压裂物理模拟实验装置的x方向受力板和支撑架拆除，从而将加工好的岩样放入真三轴加压系统中；之后，再将x方向受力板与岩样紧密贴合相连；S2，将声发射探头固定在岩样表面；将所述声发射探头连接到放大器，连接放大器与监测控制主机；并根据试验需求，在压裂液罐中装入压裂液；S3，调节x方向受力板、y方向受力板和z方向受力板压力，进行三轴加压工作直到预设压力值；S4，启动泵压系统和声发射信号监测系统，进行压裂实验；S5，通过所述声发射信号监测系统采集声发射事件信号，得到事件率，控制程序基于声发射事件率自动判断切换注入条件的时机，根据实验要求依次执行不同注入条件的液体压力压裂；S6，不同注入条件依次执行完毕后，关闭所述泵压系统和所述声发射信号监测系统，调节x方向受力板、y方向受力板和z方向受力板压力，实现三轴卸压工作至压力为零；将x方向受力板及其支撑架拆下，取出样品。
[0014]可选的，在步骤S1中，x方向受力板与岩样紧密贴合相连后，将与所述x方向受力板的支撑架固定于地面；
在步骤S2中，所述声发射探头穿过x方向加载板和x方向受力板上的预留孔，固定在岩样表面；和/或，在步骤S3和步骤S6中，通过x方向千斤顶、y方向千斤顶和z方向千斤顶分别向x方向受力板、y方向受力板和z方向受力板施加压力。
[0015]本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的压裂物理模拟实验装置，包括：泵压系统，用于向岩样施加不同注入条件的压裂压力；真三轴加压系统，包括：用于向岩样施加压力的x方向加载板、y方向加载板和z方向加载板；声发射信号监测系统，向岩样发送声发射信号并接收向岩样的声发射信号，并处理所述声发射信号，根据声发射事件率以控制所述泵压系统改变注入条件的时机，根据实验要求依次执行不同注入条件的水力压裂。
[0016]在本专利技术中的泵压系统可以根据控制信号向岩样施加不同注入条件的压裂压力。另外，在本专利技术中的声发射信号监测系统可以接收和处理岩样受压产生的声发射信号，根据声发射事件率以控制所述泵压系统改变注入条件的时机，从而根据实验要求依次执行不同注入条件的水力压裂。通过上述结构可以有效地解决现有的水力压裂物理模拟实验装置中压裂液的注入条件单一、无法改变注入条件，另外还有控制手段落后，以及改变注入压力、排量和压裂液的种类、时机缺乏判断依据问题。本专利技术提供的压裂物理模拟实验装置测量得到的试验结果可以有效地支撑多种动态注入条件水力压裂效果的对比研究。
[0017]2.本专利技术提供的压裂物理模拟实验装置，所述泵压系统包括：至少两个压裂液罐，以本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种压裂物理模拟实验装置，其特征在于，包括：泵压系统，用于向岩样施加不同注入条件的压裂压力；真三轴加压系统，包括：用于向岩样施加压力的x方向加载板（1）、y方向加载板（2）和z方向加载板（3）；声发射信号监测系统，接收岩样受压产生的声发射信号，并处理所述声发射信号，根据声发射事件率以控制所述泵压系统改变注入条件的时机，根据实验要求依次执行不同注入条件的液体压力压裂。2.根据权利要求1所述的压裂物理模拟实验装置，其特征在于，所述泵压系统包括：至少两个压裂液罐（4），以及液压泵（5）、三通阀（6）、注液管路（7）和连接管路（8）；且，所述液压泵（5）为可变工作频率液压泵，所述液压泵接收所述声发射信号监测系统的指令，调整所述液压泵（5）的驱动能力。3.根据权利要求2所述的压裂物理模拟实验装置，其特征在于，所述三通阀（6）为电动微机三通阀；和/或，所述可变工作频率液压泵的流量范围为：2 L/min 至300 L/min；和/或，所述注液管路（7）包括刚性管（9）及柔性管（10），所述刚性管通过注入口与所述泵压系统的加压伺服机构和所述岩样分别相连，所述刚性管（9）插入所述岩样的预制压裂孔中；所述柔性管（10）与所述液压泵（5）相连；和/或，所述压裂液罐（4）为橡胶内胆的不锈钢压力液罐。4.根据权利要求3所述的压裂物理模拟实验装置，其特征在于，所述压裂液罐（4）为两个，所述三通阀（6）的两个进口通过所述连接管路（8）分别与两个所述压裂液罐（4）相连通；所述三通阀（6）的出口与所述液压泵（5）相连通；所述三通阀（6）内置微机，并与声发射监测系统相连，所述三通阀（6）接收所述声发射信号监测系统的指令，切换或者混合不同的压裂液并通过所述液压泵（5）注入所述岩样。5.根据权利要求2所述的压裂物理模拟实验装置，其特征在于，所述真三轴加压系统还包括：反力支架（11），以及设置在所述反力支架（11）上的y方向千斤顶（13）、z方向千斤顶（14）、y方向受力板（16）；所述压裂物理模拟实验装置的z方向受力板（17）固定于地面；所述压裂物理模拟实验装置的x方向千斤顶（12）和x方向受力板（15）分别设置有与其底座相对应的支撑架（18）。6.根据权利要求5所述的压裂物理模拟实验装置，其特征在于，在同一方向上的加载板、受力板的中心位置处于同一直线上；与同一方向上的所述加载板、所述受力板相适配的千斤顶为至少两个， 多个所述千斤顶对称设置在所述加载板的中心位置两侧。7.根据权利要求5所述的压裂物理模拟实验...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚翔龙，邵博，范翼帆，梁程，欧阳金惠，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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