[实用新型]一种大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置

说明书

一种大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置，由大尺寸真三轴加载模块、水力伺服泵压模块、声发射定位模块、红外监测模块、试样装卸模块和计算机组成，其中加载板由通过球面相互配合的内板和外板组合而成。用该装置进行页岩水力压裂模拟试验的优点是，试验结果准确性不受试样加工尺寸和平行度偏差的影响，从而降低了对试样尺寸加工精度的要求，提高了试验的可靠性；可实时监测试验过程中三轴加载室内页岩受载情况；能够满足多尺寸试样压裂条件；配合高速摄像机用于单轴水力压裂模拟试验，可直接观测水力裂缝动态扩展规律，实现一机多用。

技术领域

本实用新型涉及页岩气开采技术领域，特别是一种大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置。

背景技术

页岩气指吸附或游离状态下存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩层中的天然气。我国页岩气资源丰富，随着开采技术的进步，页岩气的开发利用进入快速发展时期。

页岩气储层具有质密低渗的特点，自然状态下页岩气藏无法通过常规天然气开采技术获得工业产能，利用水力压裂技术对页岩储层进行压裂改造以获得工业气流是目前开采页岩气的主要途径。水力压裂对增大页岩储层渗流空间及导流能力，提高压裂井初始产量及最终采收率都具有明显效果。而基于储层特性开展的室内水力压裂物理模拟试验，可获得页岩水力压裂基础数据和裂缝起裂、扩展规律，为指导现场压裂施工和预测产能提供科学依据。

针对页岩气储层室内水力压裂物理模拟试验，一般采用大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置来完成。例如，石油大学陈勉等在“大尺寸真三轴水力压裂模拟试验与分析”(《岩土力学与工程学报》2000年6月年第19卷增刊)中披露的由大尺寸真三轴试验架、伺服增压泵、声发射仪及其它辅助装置组成的大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置；CN107907422A专利文献公开的由加载模块、泵压模块、声发射模块、装卸模块组成的含温控系统的大尺寸真三轴水力压裂试验机。这些大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置存在以下缺陷：

1、对试样施加荷载的加载板为单一平板，平板式加载板对试样的尺寸和平行度要求极其严苛。因试样尺寸较大，加工偏差导致试件尺寸和平行度无法得到保证时，不规则试样在平板加载板施加荷载作用下受力会发生偏心，影响加载效果；而对不规则试样采取浇筑混凝土使其成为规则试样，又会影响声发射定位的准确性，试验结果的可靠性降低。

2、试样和加载板紧密接触，加载空间有限，试验过程中不能实时监测三轴加载室的内部情况。

3、加载装置固定在反力架上，加载装置行程小，对试样尺寸大小的适用性差。

4、装置功能单一，只能用于荷载施加和水力压裂，不能实时记录水压致裂过程中页岩表面裂缝起裂扩展状况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置，以克服上述现有技术的缺陷。

本实用新型提供的大尺寸真三轴水力压裂模拟试验装置，包括用于对大尺寸正方体试样施加三轴荷载以模拟地应力的大尺寸真三轴加载模块、用于向试样内部输送高压压裂液的水力伺服泵压模块、用于实时监测水力压裂过程中裂缝扩展规律的声发射定位模块、用于试样装载和卸载的试样装卸模块和计算机；其特点是，还包括用于试验过程中实时监测三轴加载室内部情况的红外监测模块和用于单轴加载水力压裂模拟试验记录水力裂缝扩展状况的高速摄像机；

所述大尺寸真三轴加载模块包括电液伺服压力机、三轴加载室、对试样施压的第一扁平千斤顶和第二扁平千斤顶及真三轴加载伺服系统控制箱；其中三轴加载室中有上垫板、下垫板和五块加载板；每块加载板由通过球面相互配合的内板和外板组成，内板的球面为外凸形，外板的球面为凹陷形，球面底面的直径r2为加载板边长L的90％；五块加载板中有四块对应试样的四个立面置于三轴加载室的四个边部，其中相邻的两块外板分别与所述第一扁平千斤顶和第二扁平千斤顶相接；另一块加载板位于所述上垫板的上部，其外板与电液伺服压力机相接；所述上垫板带有直角形压裂液输送管线通道；所述下垫板的四个角处有起吊用圆孔，三轴加载室底座上有压裂液出口；