[发明专利]一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法

说明书

本发明涉及一种实验装置技术领域，它公开了一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法，该装置包括可视化真三轴腔体、承载支架、加载单元、致裂单元和监测单元组成。所述的可视化真三轴腔体包括透视盖板、加载腔、密封盖板，可以对试块施加三向应力；所述的承载支架，支撑可视化三轴腔体，并使其旋转；所述加载单元通过加载管与进液孔连接，对加载板进行加压；所述致裂单元通过高压软管与压裂管连接，对试块进行致裂；所述监测单元对所述可视化真三轴腔体内试块表面的变形和裂缝的扩展行为进行数据和图像采集。本发明能测量不同应力条件下试块的表面应变场特征，同时还能监测水力压裂缝网形成与扩展过程。

技术领域

本发明涉及煤岩体水力压裂实验技术领域，具体涉及一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法。

背景技术

我国埋深1000m以下的煤炭资源丰富，深埋煤层工作面的坚硬顶板具有岩体整体性强、分层厚度大和节理裂隙不发育等特点，当顶板大面积悬露，超过其极限时，将发生大面积垮落，为此常采用定向爆破强制放顶和水力压裂控顶等卸压技术。其中水力压裂与爆破卸压技术相比，具有不受炸药政策管控及运输保存等条件制约、不产生毒气、安全性较好等多个优点，近年在我国大部分煤矿坚硬顶板处理中得到了广泛应用。除此之外，水力压裂技术还被广泛应用于防控冲击地压、岩爆、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害，防控效果较为显著。

水力压裂技术是通过向目标储层注入足够压力和流速的压裂液，在目标储层产生大量的压裂裂缝，使储层破裂将高应力转移至其他区域从而达到灾害防控的目的。目前在开展室内实验时，针对水力压裂裂缝扩展的研究普遍采用不锈钢材质的真三轴加载腔体，从腔体外无法观测试块的致裂过程，造成了水力压裂裂缝形成与扩展过程“看不见，摸不清”的问题。

现有不可视三轴腔体能够较为清楚得到试块在压裂前和压裂后的形态，通过静态的裂缝形态对比反演压裂过程特征，但是无法探索或得到裂缝形成及受扰动的动态过程信息。然而，裂缝起裂与扩展规律是揭示水力压裂卸压机理的关键科学问题，因此急需发明一种能够满足真三轴加载、过程可视的水力压裂实验装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种真三轴水力压裂过程可视实验装置与使用方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种真三轴水力压裂缝网扩展二维可视试验装置与试验方法，该水力压裂装置包括可视化真三轴腔体、承载支架、加载单元、致裂单元和监测单元组成。所述的可视化真三轴腔体包括透视盖板、加载腔、密封盖板，可以对试块施加三向应力；所述的承载支架，支撑可视化三轴腔体，并使其旋转；所述加载单元通过加载管与进液孔连接，对加载板进行加压；所述致裂单元通过高压软管与压裂管连接，对试块进行致裂；所述监测单元对所述可视化真三轴腔体内试块表面的变形和裂缝的扩展行为进行数据和图像采集。

作为优选的，所述的可视化真三轴腔体包括透视盖板、加载腔、密封盖板；所述的透视盖板包括带有透视孔的上盖板、密封圈和高压玻璃；所述加载腔包括第一加载板、第二加载板、第三加载板、导向管、带有压裂管的承载板、进液孔和线路孔；所述密封盖板包括第四加载板、下盖板；

作为优选的，所述的承载支架包括刹车电机、转轴，所述刹车电机可以通过转动转轴，使可视化真三轴腔体旋转；

作为优选的，所述的加载单元包括加载管、加载泵，所述加载泵通过加载管与进液孔连接；

作为优选的，所述的致裂单元包括压裂泵、高压软管，所述压裂泵通过高压软管与压裂管连接；

作为优选的，所述监测单元包括应变仪、应变片、信号线、数码相机，所述应变片将应变仪和由线路孔引出的信号线连接，接线口密封，最多可接7对应变片所述数码相机通过透视孔和高压玻璃对试块的裂缝进行观测。

该实验方法，包括如下步骤：本发明同时提出了一种真三轴水力压裂过程可视实验装置与使用方法，其特征在于，包括如下步骤：