[发明专利]动态加载水压致裂岩石力学试验系统

说明书

本发明提供一种能够实现大尺度岩石样品在高地应力条件下被动态高压水流致裂的岩石力学试验系统。其特征是采用高压气源、气驱液增压泵、全数字闭环伺服控制器、增压器、高压蓄能器以及柔性大面积扁千斤顶组成柔性伺服加载部分实现在岩石试样三个方向独立加压来实现大尺度岩石试样的真三轴柔性伺服加载；采用高频响全数字闭环伺服控制器、动态电液伺服阀、增压器、油水分离器、大流量增压泵、高压蓄能器组成高频响伺服供液部分来实现高压水流的高频响伺服供液；采用桶形整体外部框架、顶底部压力厚板、多立柱抗拉机构以及楔形锁紧钢板组成反力框架部分为岩石试样高地应力模拟提供反力。

技术领域

岩石力学试验技术与设备领域

背景技术

页岩气的开发需要对储层实施压裂改造，在低渗透致密岩层中实施水力压裂形成复杂三维裂缝网络，有效提高储层岩石渗透率而达到开发资源的目的，如果将高压水流通过高频响伺服供液系统形成动态荷载作用，就可以有效提高储层岩石的破碎程度，从而提升储层岩石的渗透率。如何通过试验重现储层岩石在高压水流形成的动态载荷作用下的破裂效果非常困难，另外对于如何通过试验模拟作用于大尺度岩样的三维地应力也较难实现，所以试验系统需要解决以下几个方面的难题：大尺度岩石试样的真三轴柔性伺服加载问题；高压水流的高频响伺服供液问题；高地应力模拟的反力框架问题。

发明内容

本发明提供一种能够实现大尺度岩石样品在高地应力条件下被动态高压水流致裂的岩石力学试验系统。其特征是采用高压气源、气驱液增压泵、全数字闭环伺服控制器、增压器、高压蓄能器以及柔性大面积扁千斤顶组成柔性伺服加载部分实现在岩石试样三个方向独立加压来实现大尺度岩石试样的真三轴柔性伺服加载；采用高频响全数字闭环伺服控制器、动态电液伺服阀、增压器、油水分离器、大流量增压泵、高压蓄能器组成高频响伺服供液部分来实现高压水流的高频响伺服供液；采用桶形整体外部框架、顶底部压力厚板、多立柱抗拉机构以及楔形锁紧钢板组成反力框架部分为岩石试样高地应力模拟提供反力。

动态加载水压致裂岩石力学试验系统，由岩石试样柔性伺服加载部分，动态加载高频响伺服供液部分，系统反力框架部分共三大部分构成，所述岩石试样柔性伺服加载部分由高压气源1，气压传感器2，水箱3，水泵4，蓄能器5，气驱液增压泵6，柱塞式伺服泵7，单向阀门8，水压传感器9，进水阀门10，上下扁千斤顶11，前后扁千斤顶12，左右扁千斤顶13，出水阀门14和三轴压力伺服控制系统15组成；所述动态加载高频响伺服供液部分由大容量油源16，水箱17，大功率油泵18，水泵19，高压蓄能器20，动态电液伺服阀21，增压器22，单向阀23，油压传感器24，油水分离器25，进水阀门26，注入钻孔27和伺服供液控制系统28组成；所述系统反力框架部分由上部盖板29，桶形反力框30，底部盖板31，桶内垫块32，紧固螺杆33，紧固螺母34，V形固紧钢板35，试样上部压板36，试样托底钢板37，注液管38和岩石试样39组成；试验系统中的岩石试样柔性伺服加载部分和动态加载高频响伺服供液部分这两部分的同步协调由试验系统计算机控制端40来完成。

所述高压气源(1)的输出端连接有第一管道，所述第一管道分别与三个所述气驱液增压泵(6)的驱动活塞端连接；

所述气压传感器(2)设置在所述第一管道上；

所述第一水箱(3)与所述第一水泵(4)的输入端通过管道连接；

所述第一水泵(4)的输出端连接有第二管道，所述第二管道分别与三个所述气驱液增压泵(6)的输入端连接；

所述蓄能器(5)设置在所述第二管道上；

三个所述气驱液增压泵(6)的输出端通过三根第三管道分别对应连接至所述上下扁千斤顶(11)、所述前后扁千斤顶(12)和所述左右扁千斤顶(13)；

三个所述进水阀门(10)分别对应设置在三根所述第三管道上；

所述第二管道还分别与三个所述第一柱塞式伺服泵(7)的输入端连接；