[发明专利]煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置及方法

权利要求书

1.一种煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置，其特征在于，它包括第一密封腔体、密封腔盖、油压系统、水力压裂系统和数据采集系统；所述的第一密封腔体内设有第二密封腔体；所述的油压系统包括通入所述第一密封腔体内的高压油管和与所述高压油管连接的油泵；所述的水力压裂系统包括第一高压软管和压裂水泵，所述压裂水泵通过水路阀门与所述第一高压软管相连，所述第一高压软管通入所述第二密封腔体内；所述的数据采集系统包括数据采集仪、若干应力传感器及其数据传输线，所述应力传感器分布在第二密封腔体内，所述数据传输线分别与所述应力传感器连接，所述数据传输线另一端与位于第一密封腔体外的所述数据采集仪相连。

2.根据权利要求1所述的煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置，其特征在于，还包括第二高压软管和高压气瓶，所述高压气瓶通过气路阀门与所述第二高压软管相连，所述第二高压软管通入到所述第二密封腔体内。

3.根据权利要求2所述的煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置，其特征在于，还包括压力机和在所述密封腔盖上安装的活塞状的压舌，所述压舌压在所述第二密封腔体上，所述压力机的输出端连接在所述压舌上。

4.根据权利要求1所述的煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置，其特征在于，所述第二密封腔体是橡胶筒。

5.根据权利要求4所述的煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置，其特征在于，所述第一高压软管在所述第二密封腔体内的部分段上分布有压裂小孔。

6.根据权利要求2所述的煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置，其特征在于，所述高压气瓶内储存有高压瓦斯气体。

7.一种权利要求1—6之一所述的煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）、配制煤层拌合物和各岩层拌合物；根据煤层及岩层实际厚度比和所述第二密封腔体尺寸，按照几何相似比计算出模拟煤层、模拟顶板各岩层以及模拟底板各岩层高度；

（2）、根据煤层底板的岩层层位关系和模拟底板各岩层高度，分批次向所述第二密封腔体内倒入模拟底板各岩层拌合物，凝固后形成模拟底板，在需进行应力测试的模拟底板岩层指定位置布置所述应力传感器；

（3）、在模拟底板上表面涂抹密封层，在密封层上加入煤层拌合物，同时，将所述第一高压软管前端置入煤层拌合物中，煤层拌合物凝固后形成模拟煤层；

（4）、密封模拟煤层上表面，然后根据煤层顶板的岩层层位关系和模拟顶板各岩层高度，在模拟煤层上表面分批次加入模拟顶板各岩层拌合物，凝固后形成模拟顶板，在需进行应力测试的模拟顶板岩层指定位置布置所述应力传感器；

（5）所述高压油管通入所述第一密封腔体内，且所述高压油管端位于所述第二密封腔体外；打开油路阀门，通过所述油泵向所述第一密封腔体内加压，达到指定压力后关闭油路阀门；

（6）开启所述数据采集仪，打开水路阀门，通过所述压裂水泵向模拟煤层注入高压水进行水力压裂，并利用数据采集仪采集应力数据。

8.根据权利要求7所述的煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置的测量方法，其特征在于，在所述步骤（5）与所述步骤（6）之间还包括如下步骤：

（5’）、打开气路阀门，利用所述高压气瓶向相似模拟煤层注入指定压力的瓦斯气体，注气48—72小时后关闭气路阀门，开启数据采集仪，并利用数据采集仪采集应力数据。

9.根据权利要求8所述的煤层水力压裂诱导围岩应力变化的模拟测量装置的测量方法，其特征在于，在所述步骤（4）与所述步骤（5）之间还包括如下步骤：

（4’）、利用所述压力机通过所述压舌向所述第二密封腔体加压，直至指定压力。