[发明专利]基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统及方法

权利要求书

1.一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统，包括真三轴应力加载子系统，其特征在于：所述密切割水力压裂造缝模拟系统还包括人工岩心以及人工井筒；

所述人工井筒的一端为开口的注入端，所述人工井筒的另一端为封闭端，在所述人工井筒内注入有包含至少两种不同粒径和密度暂堵剂的压裂液，并在所述人工井筒靠近封闭端的筒体上开设有对称布置的割缝，所述割缝处卡入有半圆形的铜片，且对称两所述割缝处的所述铜片拼合连接构成圆形结构并用于模拟所述人工井筒上的射孔，所述铜片与所述割缝之间形成有供所述暂堵剂通过的缝隙；

所述真三轴应力加载子系统包括应力加载液压源和分布在所述人工岩心三个主应力方向的应力加载板，三块所述应力加载板分别通过液压高压管线与所述应力加载液压源相连接，所述人工井筒预浇筑在所述人工岩心内。

2.根据权利要求1所述的一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统，其特征在于：所述铜片上具有与所述割缝卡接的凹槽，所述凹槽为两侧呈圆弧边且中部呈直边的“C”型结构，对称两所述割缝处的所述铜片拼合构成中间具有不规则孔的圆形结构，所述凹槽的槽口距中部直边的垂直距离等于所述割缝的深度，且所述凹槽圆弧边的内壁与所述人工井筒的外壁形成接触配合。

3.根据权利要求1所述的一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统，其特征在于：所述铜片的厚度小于所述割缝的宽度，且所述铜片与所述割缝之间的缝隙宽度大于最大粒径暂堵剂的3倍粒径，并在所述人工井筒的筒体上沿其长度方向分布有若干个对称布置的两所述割缝，在所述人工井筒的内壁上自所述注入端沿其长度方向设有一段内螺纹，并在所述人工井筒位于内螺纹段和所述封闭端之间的筒体外壁上设有螺旋状的防滑外螺纹，所述人工井筒的封闭端为在该端焊接和所述人工井筒内径相等的封堵板形成的封闭结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统，其特征在于：所述密切割水力压裂造缝模拟系统还包括压裂控制子系统，所述压裂控制子系统包括压裂控制终端、控制器、高压伺服注入泵以及中间容器，所述压裂控制终端、控制器以及高压伺服注入泵依次通过信号线连接，所述中间容器内注入有包含至少两种不同粒径和密度暂堵剂的压裂液，所述高压伺服注入泵和所述中间容器之间通过第一压裂液输送管线相连接，所述中间容器和所述人工井筒的注入端通过注液高压管线相连接，所述高压伺服注入泵和所述注液高压管线之间通过第二压裂液输送管线相连接，且所述第一压裂液输送管线和所述第二压裂液输送管线上分别安装有高压阀门，其中，所述注液高压管线的管径大于最大粒径暂堵剂的3倍粒径。

5.根据权利要求1所述的一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统，其特征在于：所述密切割水力压裂造缝模拟系统还包括声发射监测子系统，所述声发射监测子系统包括声发射监测终端和声发射探头，所述人工岩心为六面体结构，在所述人工岩心的六个面上分别布置至少两个所述声发射探头，所述声发射监测终端与各所述声发射探头分别通过声发射线缆相连接，且所述声发射线缆上安装有前置差分放大器。

6.一种密切割水力压裂造缝模拟的方法，采用权利要求1-5任意一项所述的一种基于真三轴实验的密切割水力压裂造缝模拟系统，其特征在于，所述方法包括：

制备人工井筒和人工岩心，并配备包含至少两种不同粒径和密度暂堵剂的压裂液；

将制备好的人工岩心放置在真三轴应力加载子系统的应力加载区域，检查人工井筒的密封性并校准声发射监测子系统的输入参数，通过真三轴应力加载子系统为人工岩心加载三向应力；

应力加载完毕后，通过压裂控制子系统向人工井筒内注入包含至少两种不同粒径和密度暂堵剂的压裂液，并在压裂实验结束后，通过岩心剖切的方式观察并研究人工井筒的井眼位置处人工岩心的起裂情况和裂缝的扩展情况。