[发明专利]颗粒试件水力压裂裂隙扩展可视化的实验方法及实验装置

权利要求书

1.颗粒试件水力压裂裂隙扩展可视化的实验方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、制备透明颗粒试件，具体按以下步骤：

步骤11）、将粒径为0.1~3mm的透明颗粒倒入颗粒试件成型箱，上金属板压实透明颗粒后，固定上金属板；

步骤12）、取掉上金属板上的所有塑料螺钉，把定量的透明粘结液倒入壳体方形筒内，并插入活动块；

步骤13）、轻轻按压活动块，使其缓慢向下运动，推动透明粘结液，直至活动块降到指定位置且下金属板透气孔中渗出透明粘结液；

步骤14）、待试件固定成型后，将试件压出颗粒试件成型箱；

步骤2、真三轴水力压裂可视化实验

该可视化实验所使用的实验装置为真三轴水力压裂装置，包括可视化加载装置（9）、压裂泵（10）、液压加载装置（11）和声发射监测装置（14）；所述可视化加载装置（9）包括有三轴向的固定压头a₁、固定压头b₁、固定压头c₁和活动压头a₂、活动压头b₂、活动压头c₂，每一轴向上的固定压头正对活动压头；

所述固定压头和活动压头内部留有空腔（16），空腔壁开有小孔（17），小型高清摄像头（12）和光源（13）正对地分装在固定压头和活动压头的空腔（16）内，空腔口紧密嵌入耐高压的透明玻璃承压板（19），透明承压板（19）的内腔壁上固定有声发射探头（18），小型高清摄像头（12）和光源（13）的引线穿过小孔（17）与控制接收器（15）相连接，声发射监测系统中的声发射探头（18）连线穿过小孔（17），上部活动压头b₂的透明承压板上留有压裂用的管道；压裂泵（10）中的压裂液填有颜色染色剂，经过上部活动压头b₂的管道与压裂管道（20）相连；所述活动压头由液压加载装置（11）驱动；

真三轴水力压裂可视化实验，按以下步骤：

步骤21）、将试件装入真三轴压裂装置中，在试件的压裂孔处预埋压裂液管线，并用环氧树脂进行封固；

步骤22）、控制接收器控制小型高清摄像头和光源的状态，调整至摄像图像清晰，声发射连接正常；

步骤23）、对试件进行三轴应力加载，依次从最小水平主应力、最大水平主应力和垂直应力逐级加载，间隔稳定适当时间，保证试件加载均匀；

步骤24）、压裂泵中压裂液添加颜色染色剂，通过压裂管道向试件内注入；

步骤25）、观看拍摄压裂过程中颜色液体的轨迹和裂隙扩展的过程，当裂隙贯穿试件时，关闭压裂泵；

步骤26）、关闭声发射监测系统，卸载三轴应力，随后关闭控制接收器所控制的小型高清摄像头和光源并取出试件，获得水力压裂裂隙扩展的物理模型；

步骤3、保存水力压裂试验数据，试验数据包括利用拍摄的视频、声发射监测结果和泵压—时间曲线。

2.根据权利要求1所述的颗粒试件水力压裂裂隙扩展可视化的实验方法，其特征是：所述透明颗粒为玻璃钢颗粒或陶瓷透明颗粒；所述透明粘结液为透明环氧树脂液。

3.一种实施权利要求1或2所述实验方法步骤1的实验装置，该实验装置为颗粒试件成型箱，其特征是：包括壳体（1）、上金属板（2）、下金属板（3）、活动块（4）和压裂孔预制柱（5）；壳体（1）为方形筒体，壳体底部为金属螺钉固定的下金属板（3），下金属板面开有透气孔，透气孔的孔径小于颗粒半径，孔间距小于颗粒半径；下金属板（3）中心位置竖直固定有压裂孔预制柱（5）；壳体（1）的四个侧面按规格尺寸在距离下金属板（3）对应的高度位置开有壳体螺纹孔（6），上金属板（2）通过金属螺钉（8）固定在壳体布设的壳体螺纹孔（6）位置，上金属板面设有漏液孔，漏液孔的孔径大于颗粒直径，孔间距小于颗粒半径，塑料螺钉（7）填堵漏液孔中，活动块（4）的尺寸小于壳体的内口，活动块（4）插进或抽出壳体方形筒。