[发明专利]在常规岩石力学试验机上实现水力压裂实验的装置及岩石试样与方法

摘要

本发明提供的用于在常规岩石力学试验机上进行水力压裂实验的装置，包括设置在三轴室底盘上的下压头和轴向压杆作用其上的上压头，上压头和下压头均设计有压力水流道，其特征在于还包括套置在岩石试样外防止压力水混入三轴室内围压油的防泄套和渗透板，所述防泄套的上下两端固定在上压头和下压头上；所述渗透板上分布有压力水渗流孔，设置在压力水出流端的岩石试样与压头之间；上压头和下压头之一为组合结构压头，由作用于岩石试样的作用压头和转换压头构成，作用压头与转换压头通过凸凹嵌插结构联接。本发明还提供了适用于上述装置的岩石试样以及基于上述装置于常规岩石力学试验机上实现水力压裂实验的方法，以实现在常规岩石力学试验机上进行水力压裂实验。

主权项

1.在常规岩石力学试验机上进行水力压裂实验的方法，其特征在于，水力压裂实验在常规岩石力学试验机上进行，所述常规岩石力学试验机包括设置在三轴室底盘（1）上的下压头（2），轴向压杆（3）作用其上的上压头（4），上压头和下压头均设计有压力水流道（5），套置在岩石试样外防止压力水混入三轴室内围压油（6）的防泄套（7）和渗透板（8），所述防泄套的上下两端固定在上压头和下压头上；所述渗透板上分布有压力水渗流孔，设置在压力水出流端的岩石试样与压头之间；上压头和下压头之一为组合结构压头，组合结构压头由作用于岩石试样的作用压头（2‑1）和转换压头（2‑2）构成，通过作用压头上的凹腔和转换压头上的凸台构成嵌插结构联接，作用压头端面中央设计有嵌插入岩石试样盲孔的凸台，作用压头端面上的凸台设计有压力水注入岩石试样盲孔的流道；试验操作步骤如下：(1) 在标准圆柱体的岩石试样中心钻取一圆柱形盲孔，盲孔直径使套筒和作用压头上的凸台能嵌入盲孔中且贴合紧密，盲孔的长度与套筒长度和作用压头的凸台高度之和相等，且套筒顶端或筒壁上加工有引导注入套筒内的压力水进入岩石试样圆柱形盲孔的导流缝（11‑1）；(2) 在岩石试样的盲孔内放入套筒，封闭的一端朝向岩石试样的盲孔底，在岩石试样加工有盲孔一端的端面、作用压头的上端面、转换压头的凸台柱面、凸台顶端面与套筒对接处涂覆结构胶，然后将岩石试样的盲孔口对准作用压头的凸台，使凸台嵌入盲孔内，实现岩石试样与作用压头的粘接，并使套筒与作用压头凸台粘接，将粘接好的岩石试样与下压头静置1～2天使结构胶固化，粘接牢固；（3）在转换压头上的密封槽中装好密封圈，将粘接好岩石试样的作用压头与转换压头组装连接好，然后将转换压头下部的插头插入岩石力学试验机的三轴室底盘中，并将转换压头内的流体通道与上游压力入水管路连通；（4）在岩石试样上端面依次放置土工布、滤纸、渗透板、上压头，用防泄套包裹住上压头至下压头的作用压头段，并用紧缩密封件将防泄套上下端分别与上下压头箍紧，将上压头内部的流体通道与下游出水管路连通；（5）在三轴室内部，岩石试样两侧对称安置两个LVDT位移传感器用于测试岩石试样轴向变形，在岩石试样中部安置一个环向引伸计用于测试试样环向变形，然后用岩石力学试验机的液压装置抬升三轴室底盘，使其与岩石力学试验机的三轴室相连，固定好三轴室与底盘的自平衡螺杆，对三轴室充油，并使轴向压杆下降与上压头紧密结合；(6) 利用岩石力学试验机的围压、轴压泵将围压、轴压加压至预定状态，以流量控制模式施加水压，直至岩样破裂，完成水力压裂实验；(7) 试验结束后，拆除试件，将粘接在一起的岩石试样和下压头用电炉将粘接剂烤至失效后拆除试样，清理下压头以备后续试验重复利用。