[发明专利]用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置及方法

权利要求书

1.一种用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置，其特征在于，包括水力压裂试验机、注液组件、内窥镜组件和双层透明管，所述水力压裂试验机对柱体岩样固定，施加轴向载荷和围压载荷，所述双层透明管插入所述柱体岩样内部，所述双层透明管的外层与柱体岩样内部连通，所述注液组件与所述双层透明管的外层接通，向所述双层透明管的外层高压注液，所述内窥镜组件的高精度摄像头插入所述双层透明管的内层，实现对水力压裂裂缝起裂演化过程的成像观察和描述；

所述双层透明管内层和外层相互隔离，所述双层透明管外层的顶端设置有一注液口，所述双层透明管外层的底端设置有多个出液口；所述双层透明管内层的顶端设置有一内窥镜入口，底端凸出于所述外层设置有一透明视窗。

2.根据权利要求1所述的用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置，其特征在于，所述水力压裂试验机包括底座、设置在所述底座上的支撑立柱、以及设置在所述支撑立柱顶端的顶板，所述底座与所述顶板之间设置有一不锈钢腔室，所述柱体岩样固定于所述不锈钢腔室内，顶端设置有预制孔，所述底座上设置有一加载油缸和一围压增压泵，所述加载油缸的轴向加载活塞对所述柱体岩样的底端施加轴向载荷，所述围压增压泵向所述柱体岩样的侧壁施加围压载荷。

3.根据权利要求2所述的用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置，其特征在于，所述注液组件包括注液泵，所述注液泵通过一注液管与所述双层透明管的外层连通，连接处设置有一转接头。

4.根据权利要求3所述的用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置，其特征在于，所述双层透明管插入所述预制孔内，所述注液口与所述注液管通过所述转接头连接。

5.根据权利要求4所述的用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置，其特征在于，所述透明视窗采用特种蓝宝石玻璃材质，所述蓝宝石玻璃的直径为15mm，包括4.1mm的环边，用于压边至所述双层透明管的底面，所述透明视窗的厚度为8mm，曲率半径为40，可承载60MPa的压力。

6.根据权利要求5所述的用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置，其特征在于，所述内窥镜组件还包括一手柄和一连接软线，所述手柄与所述高精度摄像头通过所述连接软线连接，所述手柄能控制所述高精度摄像头的镜头自由旋转以及拍照录像。

7.一种观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验方法，应用于如权利要求6所述的用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，采样制作柱体岩样，通过钻头制作预制孔；

步骤二，将透明双层管固定在预制孔中，并用环氧树脂进行密封，将注液管与透明双层管的注液口通过转接头接通；

步骤三，将柱体岩样置于不锈钢腔室中，通过围压增压泵对柱体岩样施加围压，加载油缸的轴向加载活塞对柱体岩样施加轴向荷载；

步骤四，将高精度摄像头从内窥镜入口插入透明双层管中，操作手柄调节好镜头的位置和灯光强度，使镜头能拍摄到更广的范围和更好的效果；

步骤五，开启注液泵和高精度摄像头，控制注液压力进行水力压裂试验，通过高精度摄像头对整个孔壁裂缝的起裂演化过程进行监测和记录，得到裂缝起裂到闭合的演化过程图并保存；

步骤六，关闭注液泵，关闭围压增压泵卸载围压，驱动加载油缸的轴向加载活塞卸载轴向荷载，关闭高精度摄像头并从双层透明管中取出，取下柱体岩样，关闭仪器并检查电路安全，完成实验。