[发明专利]注超临界二氧化碳煤岩力学特性测试及压裂实验装置

权利要求书

1.一种注超临界二氧化碳煤岩力学特性测试及压裂实验装置，其特征在于，包括围压系统、轴压系统、孔隙压系统、温度控制系统、信息采集处理系统；

所述围压系统、轴压系统和孔隙压系统能同时为实验样品分别提供围压、轴压和孔隙压；所述温度控制系统为实验样品提供温度控制；所述信息采集处理系统对围压系统、轴压系统、孔隙压系统的实时数据进行采集和处理。

2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述围压系统包括外管、内柔性管、围压控制压力泵和围压控制阀门；

所述内柔性管固定设置在外管腔体内，所述外管腔体充满第一液体；所述围压控制压力泵通过所述围压控制阀门与所述外管的腔体连接；实验样品放置于所述内柔性管内部；所述围压控制压力泵控制所述外管腔体内第一液体的压力，所述第一液体的压力通过所述内柔性管传递给实验样品，形成实验样品的围压。

3.如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述外管和内柔性管的固定方式为：所述外管的两端均设置反力底座，所述反力底座螺纹连接于所述外管的端部，夹持器螺纹连接于所述反力底座，所述内柔性管的2端分别套接于2个所述夹持器。

4.如权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述轴压系统包括第一密封压板、第二密封压板、轴向压力控制泵、轴向压力控制阀门；

所述第一密封压板、第二密封压板均设置于所述内柔性管内，所述第一密封压板、第二密封压板和内柔性管共同形成的密闭空间用于放置实验样品；所述第一密封压板与夹持器固定连接，所述第二密封压板能在所述内柔性管内滑动；

所述第二密封压板、内柔性管及夹持器之间的密闭空间形成轴压腔，所述轴压腔内充满第二液体，所述轴向压力控制泵通过所述轴向压力控制阀门与所述轴压腔连接；所述轴向压力控制泵控制所述轴压腔内第二液体的压力，所述第二密封压板在所述第二液体压力驱动下，在所述内柔性管内滑动，挤压实验样品，为实验样品提供轴压。

5.如权利要求4所述的实验装置，其特征在于，所述孔隙压系统包括气源、上游压力泵、下游压力泵、孔隙压力控制泵；

所述第一密封压板、第二密封压板上均设置有通孔；所述上游压力泵通过设置于第一密封压板上的通孔对实验样品施加上游压力，所述下游压力泵通过设置于第二密封压板上通孔对实验样品施加下游压力；

所述气源与孔隙压力控制泵连接，所述孔隙压力控制泵分别与上游压力泵和下游压力泵连接。

6.如权利要求2-5任一项所述的实验装置，其特征在于，所述温度控制系统包括温度控制箱、加热器件、温度传感器、支撑支座；

所述外管、内柔性管及实验样品均设置在所述温度控制箱内，所述温度控制箱的内壁上设置加热器件及温度传感器，所述支撑支座用于支撑所述外管。

7.如权利要求6所述的实验装置，其特征在于，所述信息采集处理系统包括所述温度传感器、位移传感器、声发射采集装置、计算机；

所述位移传感器设置在所述第二密封压板上，用于测量实验样品的位移；

所述声发射采集装置包括声发射探头和声发射采集仪；所述声发射探头设置在第一密封压板和/或第二密封压板上，所述声发射探头通过数据传输线连接到声发射采集仪；

所述计算机分别与所述温度传感器、位移传感器、声发射采集仪连接；

所述计算机同时采集实验样品的围压、轴压和孔隙压。

8.如权利要求4所述的实验装置，其特征在于，所述第一密封压板、第二密封压板均为O型或双O型。

9.如权利要求6所述的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括抽真空装置，所述抽真空装置为实验样品提供真空环境。

10.使用如权利要求1-9任一项所述实验装置进行实验的方法，其特征在于，包括：

第一步，将实验装置各管线连接好，进行气密性测试；利用抽真空装置对实验装置进行抽真空操作；

第二步，利用温度控制系统将温度控制箱的温度设定为40℃，保证当注入CO₂压力大于7.38MPa时，CO₂发生相变成为超临界状态；

第三步，先利用围压系统围压控制压力泵对岩石试样施加1MPa的围压，确保岩石试样处于一个稳定的围压状态；依次通过轴向压力控制泵对岩石实验样品施加1MPa的轴压以及通过上游压力泵、下游压力泵和孔隙压力控制泵对岩石实验样品施加1MPa孔隙压，并再次检查系统的整体气密性；

第四步，逐级利用围压系统、轴压系统和孔隙压控制系统增加围压、轴压和孔隙压，并在不同的应力水平利用上游压力泵和下游压力泵的压力差开展瞬态法渗透率测试。同时，利用位移传感器监测加载过程中煤岩的变形，利用声发射采集系统监测岩石实验样品声发射信息；考虑注气过程，气体在岩石实验样品中扩散的时间效应，在每个围压、轴压和孔隙压水平，持续监测渗透率48h，使气体在岩石实验样品中扩散平衡，得到不同应力水平下的渗透率随时间演化曲线；

第五步，保持围压控制压力泵压力15MPa和轴向压力控制泵压力15MPa不变，通过孔隙压力控制泵逐级增大注气压力，利用温度传感器控制温度，位移传感器监测试样轴向变形，声发射采集系统监测声发射事件；测试不同孔隙压作用下煤岩渗透率数值，得到外部应力不变条件下，全应力-应变-渗透率-声发射曲线。