[发明专利]页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置和方法

权利要求书

1.一种页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置，其特征在于：包括岩芯夹持系统、声发射检测系统、流体注入系统、数据采集系统以及出液计量系统，岩芯夹持系统包括岩芯夹持器(8)和外部连接传力板，声发射检测系统包括应变片检测仪和声发射检测仪(10)，应变片检测仪的应力片设置在岩芯的外壁上，流体注入系统包括高压水、水力增压器(2)、高压水中间容器(4)、注入泵(1)、高压阀门(3)和压力水调节阀(5)，出液计量系统包括回压泵(12)、回压阀(11)和液体定量分离器(7)，注入泵(1)连接水力增压器(2)，水力增压器(2)与高压水中间容器(4)之间设置高压阀门(3)，压力水调节阀(5)控制高压水中间容器(4)中的高压水进入岩芯夹持器(8)，高精度柱塞驱替泵(6)连接岩芯夹持器(8)进行围压加载，气体中间容器(14)通过阀门连接岩芯夹持器(8)，岩芯夹持系统出口通过回压阀(11)与回压泵(12)相连，液体定量分离器(7)连接在回压阀(11)上，液体定量分离器(7)后接皂泡流量计(13)，数据采集系统对声发射检测系统以及出液计量系统的数据进行采集。

2.根据权利要求1所述的页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置，其特征在于：所述岩芯夹持系统能够在前、后、左、右四个方向轴向加载独立加压，四个方向最大载荷为50Mpa。

3.根据权利要求1所述的页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置，其特征在于：所述岩芯夹持器(8)为圆柱型，内径为100mm×200mm，注入口位于岩芯夹持器(8)左侧中心。

4.根据权利要求1所述的页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置，其特征在于：所述声发射检测仪(10)连接八支声发射探头(9)，声发射探头(9)工作频率为10～60kHz，中心频率为35kHz，声发射探头(9)设置在岩芯上下两端，声发射探头(9)安装在岩芯夹持器(8)的金属堵头凹式结构中，金属堵头凹式结构的内表面通过激光打孔，加工出环形槽。

5.根据权利要求4所述的页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置，其特征在于：所述声发射探头(9)与岩芯通过耦合剂黏结。

6.根据权利要求1所述的页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置，其特征在于：所述回压阀(11)控制岩芯夹持系统出口压力。

7.根据权利要求1所述的页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置，其特征在于：通过岩芯渗流过出来的高压水通过岩芯夹持系统的出液口，经回压阀(11)流入液体定量分离器(7)，并且测量出岩芯渗流通过的气体流量；回压阀(11)设置在岩芯夹持系统的出液口和液体定量分离器(7)之间，回压泵(12)将驱替水泵入到回压阀(11)的胶垫腔中，通过胶垫作用到通过回压阀(11)的气体上，通过回压泵(12)与回压阀(11)的作用保持岩芯夹持器(8)出气口处的回压与围压的压力数值相一致。

8.根据权利要求1所述的页岩介质结构变化流固耦合作用在线检测实验装置进行检测的方法，其特征在于：包括步骤如下：

(一)连接实验装置仪器管线，检查管线气体的密闭性；

(二)把现场采集页岩经切割后形成100mm×200mm圆柱形压裂岩芯放入岩芯夹持器(8)，加有效围压至30MPa；

(三)启动水力增压器(2)和声发射检测仪(10)，通过数据采集系统记录数据；

(四)采用自来水作为压裂液，利用恒压法测定渗流规律，在恒定压力下通入高压水，在出口端测量高压水的流速，直到流速稳定为止，记录稳定的流量以及对应的压力；

(五)将压力依次提高一倍注入，重复步骤(三)，直至测定完成所有设定的压力点，结束实验；

(六)用不同类型的页岩岩芯重复以上过程，直到测定完所有岩芯的渗流规律曲线，分析裂缝的宽度和长度对气体渗流的影响；

(七)打开气体中间容器(14)及气体中间容器的阀门，按照0.1MPa的压力梯度增加岩芯夹持器(8)的进气口压力值，并随着进气口压力变化调节围压压力和回压压力；每次进气口压力增加0.1MPa，都需要等待气体稳定渗流，等待时间为半个小时，直到进气口压力值不再变化，再通过皂泡流量计(13)记录当前压力状态下单位时间内的气体流量；

(八)停止流体注入系统和声发射检测系统，将岩芯夹持器(8)进出口压力平稳卸载至0。