[发明专利]一种三轴煤岩多场多相耦合压裂实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种三轴煤岩多场多相耦合压裂实验装置，其特征在于，包括：气液耦合溶液供液系统(10)、应力加载系统(20)、温度控制系统(30)、回收系统(40)和压裂过程监测系统(50)，其中：

气液耦合溶液供液系统(10)包括：供气管路、供液管路和气液混合装置(109)，供气管路和供液管路分别与气液混合装置(109)的进气口、进液口连接；

应力加载系统(20)包括：套筒(202)、顶盖(203)、传压柱(204)、上压头(206)、下压头(207)、底座(209)、第三压力表(212)、手压泵(213)和若干连接管，底座(209)、套筒(202)和顶盖(203)组成压力室，套筒(202)的上部开有排气口，底座(209)上开有进油通道(208)、排液通道(210)和气液耦合溶液注入通道(211)，传压柱(204)穿过顶盖(203)且下端与上压头(206)连接、上端与三轴加载装置连接，上压头(206)与底座(209)上的气液耦合溶液注入通道(211)通过耐压管道连接，下压头(207)与底座(209)固定连接，手压泵(213)通过第六连接管与进油通道(208)连接，第三压力表(212)设置在该第六连接管上；

温度控制系统(30)包括：加热套(301)、温度传感器(302)和温度控制器(303)，加热套(301)包裹在套筒(202)的外壁上，温度传感器(302)设置在套筒(202)与待压裂煤岩试件(60)之间；

回收系统(40)包括：回收箱(401)，回收箱(401)通过第七连接管与排液通道(210)连接；

压裂过程监测系统(50)包括：应变片、压力传感器、声发射接头和数据采集器(501)，应变片、压力传感器和声发射接头均贴在待压裂煤岩试件(60)的中部。

2.根据权利要求1所述的三轴煤岩多场多相耦合压裂实验装置，其特征在于，所述供气管路由气瓶(101)、第一流量计(102)、第一增压泵(103)、第一压力表(104)和若干连接管组成，其中：

气瓶(101)通过第一连接管与第一增压泵(103)的进气口连接，第一流量计(102)安装于该第一连接管上；

第一增压泵(103)的出气口上连接有第二连接管，第一压力表(104)安装于该第二连接管上，第二连接管的另一端与气液混合装置(109)的进气口连接。

3.根据权利要求1所述的三轴煤岩多场多相耦合压裂实验装置，其特征在于，所述供液管路由水箱(105)、第二流量计(106)、第二增压泵(107)、第二压力表(108)和若干连接管组成，其中：

水箱(105)通过第三连接管与第二增压泵(107)的进液口连接，第二流量计(106)安装于该第三连接管上；

第二增压泵(107)的出液口上连接有第四连接管，第二压力表(108)安装于该第四连接管上，第四连接管的另一端与气液混合装置(109)的进液口连接。

4.根据权利要求1所述的三轴煤岩多场多相耦合压裂实验装置，其特征在于，所述应力加载系统(20)还包括：加载平台(201)，底座(209)和三轴加载装置均固定在加载平台(201)上。

5.根据权利要求1所述的三轴煤岩多场多相耦合压裂实验装置，其特征在于，所述进油通道(208)的入口、排液通道(210)的出口和气液耦合溶液注入通道(211)的入口均设置有控制阀。

6.根据权利要求1所述的三轴煤岩多场多相耦合压裂实验装置，其特征在于，所述回收系统(40)还包括：第三流量计(402)，第三流量计(402)安装于第七连接管上。

7.利用权利要求1至6任意一项所述的三轴煤岩多场多相耦合压裂实验装置进行三轴煤岩多场多相耦合压裂实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：按照常规方法制备出待压裂煤岩试件(60)后，沿待压裂煤岩试件(60)的轴线钻出压裂钻孔，然后将待压裂煤岩试件(60)与上压头(206)密封连接、与下压头(207)固定；

Step2：在待压裂煤岩试件(60)的中部贴好应变片、压力传感器和声发射接头；

Step3：将套筒(202)与顶盖(203)和底座(209)分别进行连接，检查压力室密封性；

Step4：启动加热套(301)，使其对压力室进行加热，直至压力室的温度达到设定值；

Step5：通过三轴加载装置和传压柱(204)对待压裂煤岩试件(60)加载轴压，并将轴压恒定在设定值，然后通过手压泵(213)向压力室注入围压，并保持围压恒定；

Step6：按照设计要求配置活性水溶液，调节供气管路中气体的压力和流量以及供液管路中液体的压力和流量，当气体与液体的混合达到设定的要求时，将气液耦合溶液供应系统(10)与应力加载系统(20)中的气液耦合溶液注入通道(211)连接，开始对压力室中的待压裂煤岩试件(60)进行压裂；

Step7：当气液耦合溶液供应系统(10)开始对压力室中的待压裂煤岩试件(60)进行压裂时，利用压裂过程监测系统(50)对压裂过程进行监测；

Step8：实验结束后，打开应力加载系统(20)中的排液通道(210)，让废液流入回收系统(40)中。