[發明專利]動態加載水壓致裂巖石力學試驗系統

有效

• 申請號: 201410528005.1
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN105628526B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 赫建明;李曉;李守定
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種能夠實現大尺度巖石樣品在高地應力條件下被動態高壓水流致裂的巖石力學試驗系統。其特征是采用高壓氣源、氣驅液增壓泵、全數字閉環伺服控制器、增壓器、高壓蓄能器以及柔性大面積扁千斤頂組成柔性伺服加載部分實現在巖石試樣三個方向獨立加壓來實現大尺度巖石試樣的真三軸柔性伺服加載；采用高頻響全數字閉環伺服控制器、動態電液伺服閥、增壓器、油水分離器、大流量增壓泵、高壓蓄能器組成高頻響伺服供液部分來實現高壓水流的高頻響伺服供液；采用桶形整體外部框架、頂底部壓力厚板、多立柱抗拉機構以及楔形鎖緊鋼板組成反力框架部分為巖石試樣高地應力模擬提供反力。

技術領域

巖石力學試驗技術與設備領域

背景技術

頁巖氣的開發需要對儲層實施壓裂改造，在低滲透致密巖層中實施水力壓裂形成復雜三維裂縫網絡，有效提高儲層巖石滲透率而達到開發資源的目的，如果將高壓水流通過高頻響伺服供液系統形成動態荷載作用，就可以有效提高儲層巖石的破碎程度，從而提升儲層巖石的滲透率。如何通過試驗重現儲層巖石在高壓水流形成的動態載荷作用下的破裂效果非常困難，另外對于如何通過試驗模擬作用于大尺度巖樣的三維地應力也較難實現，所以試驗系統需要解決以下幾個方面的難題：大尺度巖石試樣的真三軸柔性伺服加載問題；高壓水流的高頻響伺服供液問題；高地應力模擬的反力框架問題。

發明內容

本發明提供一種能夠實現大尺度巖石樣品在高地應力條件下被動態高壓水流致裂的巖石力學試驗系統。其特征是采用高壓氣源、氣驅液增壓泵、全數字閉環伺服控制器、增壓器、高壓蓄能器以及柔性大面積扁千斤頂組成柔性伺服加載部分實現在巖石試樣三個方向獨立加壓來實現大尺度巖石試樣的真三軸柔性伺服加載；采用高頻響全數字閉環伺服控制器、動態電液伺服閥、增壓器、油水分離器、大流量增壓泵、高壓蓄能器組成高頻響伺服供液部分來實現高壓水流的高頻響伺服供液；采用桶形整體外部框架、頂底部壓力厚板、多立柱抗拉機構以及楔形鎖緊鋼板組成反力框架部分為巖石試樣高地應力模擬提供反力。

動態加載水壓致裂巖石力學試驗系統，由巖石試樣柔性伺服加載部分，動態加載高頻響伺服供液部分，系統反力框架部分共三大部分構成，所述巖石試樣柔性伺服加載部分由高壓氣源1，氣壓傳感器2，水箱3，水泵4，蓄能器5，氣驅液增壓泵6，柱塞式伺服泵7，單向閥門8，水壓傳感器9，進水閥門10，上下扁千斤頂11，前后扁千斤頂12，左右扁千斤頂13，出水閥門14和三軸壓力伺服控制系統15組成；所述動態加載高頻響伺服供液部分由大容量油源16，水箱17，大功率油泵18，水泵19，高壓蓄能器20，動態電液伺服閥21，增壓器22，單向閥23，油壓傳感器24，油水分離器25，進水閥門26，注入鉆孔27和伺服供液控制系統28組成；所述系統反力框架部分由上部蓋板29，桶形反力框30，底部蓋板31，桶內墊塊32，緊固螺桿33，緊固螺母34，V形固緊鋼板35，試樣上部壓板36，試樣托底鋼板37，注液管38和巖石試樣39組成；試驗系統中的巖石試樣柔性伺服加載部分和動態加載高頻響伺服供液部分這兩部分的同步協調由試驗系統計算機控制端40來完成。

所述高壓氣源(1)的輸出端連接有第一管道，所述第一管道分別與三個所述氣驅液增壓泵(6)的驅動活塞端連接；

所述氣壓傳感器(2)設置在所述第一管道上；

所述第一水箱(3)與所述第一水泵(4)的輸入端通過管道連接；

所述第一水泵(4)的輸出端連接有第二管道，所述第二管道分別與三個所述氣驅液增壓泵(6)的輸入端連接；

所述蓄能器(5)設置在所述第二管道上；

三個所述氣驅液增壓泵(6)的輸出端通過三根第三管道分別對應連接至所述上下扁千斤頂(11)、所述前后扁千斤頂(12)和所述左右扁千斤頂(13)；

三個所述進水閥門(10)分別對應設置在三根所述第三管道上；

所述第二管道還分別與三個所述第一柱塞式伺服泵(7)的輸入端連接；