[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

说明书

本发明公开了一种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，该实验方法包括步骤1、制备透明颗粒试件；步骤2、真三轴水力压裂可视化实验；步骤3、保存水力压裂试验数据。实施该实验方法步骤1的实验装置为颗粒试件成型箱，它包括壳体、上金属板、下金属板、活动块和压裂孔预制柱。实施该实验方法步骤2和步骤3的实验装置为真三轴水力压裂装置，它包括可视化加载装置、压裂泵、液压加载装置、声发射监测系统和控制接收器；可视化加载装置的内腔中装有小型高清摄像头、光源和声发射探头。本发明的技术效果是：能记录实验装置内的水力压裂试件变化过程的实际数据，使压裂变化可视化，并获得水力压裂裂隙扩展的物理模型。

技术领域

本发明属于水力压裂实验技术领域，具体涉及一种颗粒试件水力压裂裂隙扩展可视化实验方法和实验装置。

背景技术

水力压裂技术可有效增加低渗储层的渗透性，而裂缝动态扩展过程对于压裂参数的优化设计及压裂效果的影响至关重要。一般在实验室中通过水力压裂实验装置来模拟地层高压注水的压裂情况，对水压裂缝形态参数进行直接观察或检测，对煤岩水压裂缝扩展的实际物理过程进行科学描述，为水力压裂技术的现场应用提供理论支撑。但现有的大多数水力压裂实验装置只能观测到试件表面的变形和裂隙，或借助声发射、CT重构等方法间接表征裂隙的演化过程，而其真实的扩展过程不可视，水力压裂过程中裂隙发生的过程信息不可得，难以进行深入的分析研究。因此，必须要解决煤岩水力压裂的过程可视化问题。

此外，人们通常认为煤岩力学行为与颗粒胶结体类似，而且颗粒体物理模型的水力压裂裂隙网状结构借助离散元理论可从微细观的角度予以综合分析，换句话说：本发明所使用的颗粒试件为离散元数值验证分析提供可视化的实验物理模型。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种颗粒试件水力压裂裂隙扩展可视化的实验方法，它能记录实验装置内的水力压裂试件变化过程的实际数据，使压裂变化可视化，并获得水力压裂裂隙扩展的物理模型。本发明还提供一种实施该方法的测试装置。

为了解决上述技术问题，本发明还提供的一种颗粒试件水力压裂裂隙扩展可视化的实验方法，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，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；