[发明专利]可视化压裂模拟实验系统及方法

权利要求书

1.一种可视化压裂模拟实验系统，其特征是：包括可视化压裂模拟实验装置（2）、压力控制模块（3）和数据采集模块（1），

所述可视化压裂模拟实验装置（2）为四方体形容器，主要由一块带凹槽及螺栓孔眼的上顶盖（15）、一块带凹槽及螺栓孔眼的下底板（17）、两块侧挡板（18）、两块高强度透明材料壁面（12）、四个螺栓（11）、三个胶囊（19）及一个试样室（13）组成；所述上顶盖（15）和下底板（17）加工有螺纹孔眼及凹槽，用于在装配时固定螺栓（11）、高强度透明材料壁面（12）及侧挡板（18）；所述螺栓（11）固定于下底板（17）四角的螺纹孔眼中；所述高强度透明材料壁面（12）及侧挡板（18）固定于下底板凹槽中；所述胶囊（19）和支撑铁块（20）置于侧挡板内侧，胶囊接口（16）与侧挡板孔眼对应；所述试样室（13）由高强度透明材料壁面（12）、胶囊（19）及上顶盖（15）围成，顶部设有模拟井眼（14）；

压力控制模块（3）包括一台伺服控制注入泵（4）、三台围压泵（5）、三个压力调节阀（6）、三个压力表（7）、三个放空阀（8）；其中，伺服控制注入泵（4）与模拟井眼（14）相连，用于往实验试样中泵入模拟压裂液致裂实验试样；三台围压泵（5）分别与三个胶囊接口（16）相连，用于对试样施加最大水平应力、最小水平应力和垂向应力，以模拟真实地层应力状态；压力控制阀（6）用于调整围压大小；压力表用于指示围压大小；放空阀（8）用于卸载围压；

数据采集模块（1）包括一台压力数据记录仪（10）、两台高清高频摄像机（9）；其中，所述压力数据记录仪（10）与伺服控制注入泵（4）相连，用于实时记录孔眼压力大小及变化规律；两台高清高频摄像机（9）分别正对于两块高强度透明材料壁面（12），用于实时记录水力裂缝在透明实验试样内部的起裂及扩展情况。

2.一种可视化压裂模拟实验方法，其特征是：包括以下实验步骤：

①实验准备：根据实验要求，利用化学方法制备不同强度的透明试样；

②实验试样放置：将实验试样置于试样室中，盖好上顶盖，并用螺栓固定好可视化压裂模拟实验装置，所述可视化压裂模拟实验装置（2）为四方体形容器，主要由一块带凹槽及螺栓孔眼的上顶盖（15）、一块带凹槽及螺栓孔眼的下底板（17）、两块侧挡板（18）、两块高强度透明材料壁面（12）、四个螺栓（11）、三个胶囊（19）及一个试样室（13）组成；

③连接可视化压裂模拟实验系统：利用高压管线分别连接三个胶囊与相应的围压泵，同时在管线上安装压力表、压力调节阀及放空阀；利用高压管线连接模拟井眼与伺服控制注入泵，同时连接伺服控制注入泵与压力数据记录仪；将两台高清高频摄像机分别正对于两块高强度透明材料壁面；

④准备数据采集系统：启动压力数据记录仪和高清高频摄像机；

⑤施加围压：关闭放空阀，启动围压泵，调节压力调节阀，分别将最大水平应力、最小水平应力和垂向应力，调节至实验所需值；

⑥施加孔眼压力、致裂试样。

3.启动伺服控制注入泵，以一定速率往预置井眼中泵入模拟压裂液，逐渐致裂实验试样，同时利用压力数据记录仪记录孔眼压力大小及变化规律，利用高清高频摄像机记录裂缝的起裂及扩展动态；

⑦在裂缝扩展到试样端部后，关闭伺服控制注入泵；关闭围压泵，打开放空阀、卸载围压；关闭高清高频摄像机、压力数据记录仪；

⑧拆卸上顶盖，取出实验试样，观察拍照记录裂缝最终形态。

4.根据权利要求2所述的可视化压裂模拟实验方法，其特征是：所述的透明试样采用苯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。