【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地质工程一体化领域，具体涉及一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置及方法。
技术介绍
1、断层是影响石油生产过程的重要地质因素之一。断层地质构造的存在不仅影响石油生产的选井、打井和开采的等环节，还对油田的安全生产及经济效益产生重大威胁。断层附近的油层开采，造成局部的应力场的改变，使得断层活化或能量积聚，最终可能导致冲击地压的发生。因此，断层滑移过程的物理力学行为研究对断层附近的开采设计、套管稳定性控制和断层冲击地压机理研究都具有重要意义。
2、目前用于模拟断层的试验装置大多是基于相似模拟试验和岩石(类岩石)试样的水平剪切试验。相似模拟试验的模型在材料的物理力学参数和应力条件方面不能与原模型做到完全相似，且模型边界条件简单，水平应力大小取决于顶部载荷，不能实现给定围压的双轴及真三轴实验。因此，亟需开发一种能够模拟断层滑移的套管损伤真三轴物理试验方法。
技术实现思路
1、本专利技术意在提供一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置及方法，旨在实现测定岩样的压力变化和应力-应变曲线、内部破裂点分布以及套管损伤变形程度。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，包括试样制备装置、真三轴试验系统、声发射系统、压力监测系统、温度控制系统、应力-应变系统，所述真三轴试验系统包括可在动力装置驱动下移动的三轴三层九级加载板。
3、优选的，作为一种改进，试样制备装置包括底板、四块滑动挡板和顶部压板，滑动
4、优选的，作为一种改进，底板的底部设置有用于调节倾斜角度的倾斜的支架，顶部压板的中部设置有套管孔，套管孔内设置有螺纹。
5、优选的，作为一种改进，真三轴试验系统中的三轴三层九级加载板包括底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板和顶部加载板，底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板可在动力装置的驱动下实现九个模块独立加载。
6、优选的，作为一种改进，底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板和顶部加载板共同围成实验腔，底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板和顶部加载板的外部均涂敷有隔热层。
7、优选的，作为一种改进，侧向三层九级加载板上开设有连通实验腔的导向孔，且实验腔内设置有温度传感器和压力传感器。
8、优选的，作为一种改进，声发射系统包括声发射采集探头和三维声发射采集计算机，声发射采集探头设置于、侧向三层九级加载板中，声发射采集探头与三维声发射采集计算机连接。
9、优选的，作为一种改进，温度控制系统包括换热系统控制器、设置于实验腔内的冷凝换热圈、套于侧向加载板外部的电磁加热圈、套于底板外部的电磁加热圈，换热系统控制器与冷凝换热圈和电磁加热圈电连接。
10、优选的，作为一种改进，侧向三层九级加载板的顶部设置有环形槽，冷凝换热圈设置于环形槽内。
11、优选的，作为一种改进，一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置的试验方法，包括如下步骤：
12、s1、将试样制备装置进行组装：将底板、滑动挡板、顶部压板组装成制样腔；组装完成后，在制样腔的内表面刷上树脂油；而后将试样原料混合、振动、浇筑，浇筑期间在人造岩样中加入贴有应变片的小岩样和制作好的井筒，而后密封、固结，得人造岩样；
13、s2、打开真三轴试验系统顶部加载板，将预置裂缝的人造岩样装入实验腔内；
14、s3、将井筒与压裂液体储集罐和压裂气体储集罐连接，并将管线与控制电脑连接，连接压力传感器和温度传感器，连接好三维声发射采集计算机和声发射采集探头，准备开始加温度和压力；
15、s4、开启换热系统控制器控制冷凝换热圈或电磁加热圈启动；打开真三轴设备的x轴、y轴和z轴的加压系统，真三轴设备x轴、y轴和z轴的加压系统将压裂液或气体泵入实验腔内，并为实验腔中的人造岩样施加压力，实现了模拟地层真实的应力状态；
16、s5、对底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板缓慢施加恒定作用力，真三轴试验系统记录各向加载板所受应力和位移量，当预置裂缝和井筒的人造岩样破裂损伤无法承受应力时，停止给各项加载板施加力，根据收集到的应力和位移量绘制岩样在三轴力学条件下的应力与应变曲线；
17、s6、开启液泵向预置裂缝和井筒的人造岩样中注入压裂液，在注入压裂液期间通过力传感器和位移传感器分别实时记录人造岩样断层滑移的位移量；通过温度传感器实时记录岩样周围温度；通过压力传感器实时记录岩样围压压力；通过声发射采集探头监测在岩样产生裂缝时声发射信号，并将声发射信号给三维声发射采集计算机，分析计算形成不同时刻岩样声发射点三维分布情况；绘制在不同围压和温度条件下，人造岩样承受载荷与岩样断层滑移位移量的关系曲线；
18、s7、实验结束后，关闭系统各部件并取出人造岩样；
19、s8、实验数据分析。
20、本方案的原理及优点是：实际应用时，本技术方案中，针对现有技术中模拟断层的试验级装置存在的问题：一、现有的断层模拟试验装置大多无法模拟真实地层的三维应力状态和温度条件。二、现有的试验装置难以精确控制裂缝的形态和位置，无法模拟不同断层特征对套管的影响。三、现有的试验装置难以监测套管的损伤程度，无法评估断层滑移对套管安全的影响。对模拟断层滑移的装置及方法进行整体优化：本专利技术通过三轴加载和温度控制系统，能够模拟真实地层的三维应力状态和温度条件(模拟真实地层环境)，更准确地模拟断层滑移过程；通过试样制备装置，可以预制不同角度、不同位置的裂缝，模拟不同断层特征对套管的影响；通过应变片系统，可以监测套管的变形和损伤程度，评估断层滑移对套管安全的影响；通过传感器和计算机控制系统，可以实现试验数据的自动采集和分析，提高试验效率和精度。
21、本专利技术研发了一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置及方法，整体步骤包括：步骤1、试样制备；步骤2、试样装配；步骤3、加载准备；步骤4、试样加载；步骤5、实验数据分析。本专利技术的模拟断层滑移的套管损伤真三轴物理试验，可以预制不同倾角、不同位置的裂缝，同时控制岩样上下断层间的强弱胶结面模拟真实地层条件，实验中使用不同套管材料对断层滑移导致的套管安全风险进行有效评估。通过x轴、y轴横向加载板施加侧向压力，z轴加载板施加轴向压力模拟断层发生滑移，x轴、y轴和z轴的加压板中每个板各分为9个小模块，9个小模块由9个压力缸控制可实现单独加载，并诱发套管产生剪切变形，同时完成真三轴力学测试，测出岩样的应力-时间曲线、内部破裂点分布以及套管损伤变形程度。模拟试验操作方便，试验数据实现自动、准确采集，可用于研究断层滑移引起的套管损伤问题。
22、综上，本技术方案的有益效果主要体现在：本专利技术提供了一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置及方法，克服了现有技术的不足，具有模拟真实地层环境、裂缝形态可控、套管损伤监测等突出优势，可以用于研究断层滑移引起的套管损伤问题，为油气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：包括试样制备装置、真三轴试验系统、声发射系统、压力监测系统、温度控制系统、应力-应变系统，所述真三轴试验系统包括可在动力装置驱动下移动的三轴三层九级加载板。
2.根据权利要求1所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述试样制备装置包括底板、四块滑动挡板和顶部压板，滑动挡板均滑动连接于底板上，所述顶部压板设置在四块滑动挡板的顶端。
3.根据权利要求2所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述底板的底部设置有用于调节倾斜角度的倾斜的支架，顶部压板的中部设置有套管孔，套管孔内设置有螺纹。
4.根据权利要求3所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述真三轴试验系统中的三轴三层九级加载板包括底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板和顶部加载板，底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板可在动力装置的驱动下实现九个模块独立加载。
5.根据权利要求4所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述底部三层九级加载板
6.根据权利要求5所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述侧向三层九级加载板上开设有连通实验腔的导向孔，且实验腔内设置有温度传感器和压力传感器。
7.根据权利要求6所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述声发射系统包括声发射采集探头和三维声发射采集计算机，声发射采集探头设置于、侧向三层九级加载板中，声发射采集探头与三维声发射采集计算机连接。
8.根据权利要求7所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述温度控制系统包括换热系统控制器、设置于实验腔内的冷凝换热圈、套于侧向加载板外部的电磁加热圈、套于底板外部的电磁加热圈，换热系统控制器与冷凝换热圈和电磁加热圈电连接。
9.根据权利要求8所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述侧向三层九级加载板的顶部设置有环形槽，冷凝换热圈设置于环形槽内。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：包括试样制备装置、真三轴试验系统、声发射系统、压力监测系统、温度控制系统、应力-应变系统，所述真三轴试验系统包括可在动力装置驱动下移动的三轴三层九级加载板。
2.根据权利要求1所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述试样制备装置包括底板、四块滑动挡板和顶部压板，滑动挡板均滑动连接于底板上，所述顶部压板设置在四块滑动挡板的顶端。
3.根据权利要求2所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述底板的底部设置有用于调节倾斜角度的倾斜的支架，顶部压板的中部设置有套管孔，套管孔内设置有螺纹。
4.根据权利要求3所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述真三轴试验系统中的三轴三层九级加载板包括底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板和顶部加载板，底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板可在动力装置的驱动下实现九个模块独立加载。
5.根据权利要求4所述的一种模拟断层滑移的套管损伤真三轴试验装置，其特征在于：所述底部三层九级加载板、侧向三层九级加载板和顶部加载板共同围成实验...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶雷，朱海燕，刘清友，岳铁煊，张兆鹏，刘超，唐煊赫，刘晨，李丹龙，
申请(专利权)人：天府永兴实验室，
类型：发明
国别省市：
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