[发明专利]一种用于上向钻孔低温流体压裂的模拟试验系统及方法

权利要求书

1.一种用于上向钻孔低温流体压裂的模拟试验系统的使用方法，其特征在于，采用的模拟试验系统包括真三轴加载装置、试验台、数据监测装置和低温流体注入装置，

所述试验台包括支撑平板和底座，支撑平板处于底座正上方、且支撑平板与底座之间通过多个圆柱固定连接；

所述真三轴加载装置包括液压控制箱、液压控制器、压力表、液压加载缸、加载板和挡板，液压控制器、压力表、加载板、液压加载缸和挡板均为三个，三个加载板和三个挡板均设置在支撑平板上，三个加载板和三个挡板围成立方体形加载室、且加载室的三组相对面均由一个加载板和一个挡板组成；三个液压加载缸的伸出端分别与三个加载板固定连接，三个液压控制器通过液压管分别与三个液压加载缸连接，液压控制箱分别通过三个液压控制器对三个液压加载缸进行控制，三个压力表分别与三个液压控制器连接，用于检测三个液压加载缸各自的压力值；试样放置在加载室内、且试样上开设上向钻孔；

所述低温流体注入装置包括气体加压泵、气体加压管、低温流体罐、低温流体注入管、气体泄压管、安全泄压阀和抽气泵，气体加压泵装在低温流体罐上、且通过气体加压管与低温流体罐连通；低温流体注入管一端伸入低温流体罐内，低温流体注入管另一端穿过支撑平板和加载室底部的挡板伸入上向钻孔内；气体泄压管一端穿过支撑平板和加载室底部的挡板伸入上向钻孔内的最深处，气体泄压管另一端与三通接头其中一个接口连接，三通阀另外两个接口分别通过管路与安全泄压阀和抽气泵连接，低温流体注入管上装有第一控制阀，三通接头与抽气泵之间的管路上装有第二控制阀；

所述数据监测装置包括气体压力信号接收器、气体流量信号接收器、声发射接收器、温度信号接收器、温度检测装置、声发射探头、气体压力传感器、气体流量传感器、控制主机和显示器，温度检测装置和声发射探头均为多个，多个温度检测装置均匀固定在试样表面、且各个温度检测装置通过数据线与温度信号接收器连接，多个声发射探头分别固定在围成加载室的各个挡板和加载板内表面、且各个声发射探头通过数据线与声发射接收器连接，气体压力传感器和气体流量传感器装在气体泄压管上，气体压力传感器通过数据线与气体压力信号接收器连接，气体流量传感器通过数据线与气体流量信号接收器连接，气体压力信号接收器、气体流量信号接收器、声发射接收器和温度信号接收器均通过数据线与控制主机连接，控制主机与显示器连接，具体步骤为：

A、先制备带有上向钻孔的试样，并将试样放置到加载室内；

B、先设定三个液压加载缸各自的加载压力值，开启液压控制箱，通过三个液压控制器分别使三个液压加载缸开始带动加载板对试样施加预应力，三个液压加载缸独立控制，通过三个压力表分别观察三个液压加载缸的实时加载压力值，当各自实时加载压力值达到设定的加载压力值时，停止加载并保持当前状态，完成试样真三轴加载预应力的过程；

C、开启抽气泵与三通接头之间的第二控制阀和抽气泵，此时抽气泵通过气体泄压管对试样的上向钻孔内进行抽气，使上向钻孔内处于负压状态；同时开启低温流体注入管上的第一控制阀及气体加压泵，气体加压泵通过气体加压管向低温流体罐内充气增大气压，进而使低温流体罐中的低温流体以一定压力沿低温流体注入管注入上向钻孔内，低温流体在上向钻孔内受热部分相变形成相变气体，相变气体受负压作用通过气体泄压管从抽气泵排出；保证上向钻孔内气压维持在常压状态，不会对低温流体注入形成反作用力；随着低温流体的持续注入，当抽气泵内有低温流体流出时，关闭第一控制阀及气体加压泵，同时关闭抽气泵及第二控制阀；此时上向钻孔内注满低温流体，使低温流体与上向钻孔的孔壁充分接触进行低温流体压裂过程，设定安全泄压阀的开启阈值，低温流体在上向钻孔内对孔壁压裂时会气化成相变气体，从而使上向钻孔及气体泄压管内的气压持续增大，当气体泄压管内的气压超过设定的开启阈值，则安全泄压阀自动开启，此时低温流体排气管内的相变气体从安全泄压阀排出，从而使上向钻孔及气体泄压管内的气压降低，防止上向钻孔内的气压过高导致试样发生爆炸的情况；当气压低于设定的开启阈值后安全泄压阀自动关闭，此时低温流体在上向钻孔内继续气化压裂；

D、从低温流体注入上向钻孔直至低温流体对上向钻孔完成压裂的全过程中，气体压力传感器实时监测上向钻孔内的气压值，并通过气体压力信号接收器反馈给控制主机；气体流量传感器实时监测从上向钻孔内的排出的相变气体流量，并通过气体流量信号接收器反馈给控制主机；声发射探头实时监测试样内部产生的应力波，并通过声发射接收器反馈给控制主机；温度检测装置实时监测试样的温度情况，并通过温度信号接收器反馈给控制主机；控制主机将上述各个监测数据通过显示器显示，从而实现监测低温流体压裂上向钻孔全过程的气压、温度、声发射和相变气体排出流量的变化情况。