[發明專利]真三軸水壓致裂巖石力學試驗系統

有效

• 申請號: 201410528058.3
• 申請日: 2014-10-09
• 公開（公告）號: CN105628501B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 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: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 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、柱塞式伺服泵、數字閉環伺服控制器、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；采用數字閉環伺服控制器、電液伺服閥、兩臺柱塞式伺服泵、蓄能器組成高壓水流伺服供液部分來實現高壓水流伺服供液；采用桶形整體反力框、頂底部壓力厚板、多立柱抗拉機構以及V形固緊鋼板組成系統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壓裂形成三維裂縫網絡，有效提高儲層巖石滲透率而達到開發資源的目的。對于如何通過試驗模擬作用于大尺度巖樣的三維地應力較難實現，而如何通過試驗重現大尺度巖石試樣在高壓水流作用下的破裂效果更是困難，主要在于下面幾個方面的問題難以解決：大尺度巖石試樣的真三軸柔性伺服加載問題；高壓水流的伺服供液問題；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、柱塞式伺服泵、數字閉環伺服控制器、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；采用數字閉環伺服控制器、電液伺服閥、兩臺柱塞式伺服泵、蓄能器組成高壓水流伺服供液部分來實現高壓水流伺服供液；采用桶形整體反力框、頂底部壓力厚板、多立柱抗拉機構以及V形固緊鋼板組成系統反力框架部分為巖石試樣高地應力模擬提供反力。

真三軸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，高壓水流伺服供液部分，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和所述高壓水流伺服供液部分均與試驗系統計算機控制端(35)連接；所述巖石試樣柔性伺服加載部分和所述高壓水流伺服供液部分分別與所述系統反力框架部分連接。

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，第一水箱3，第一水泵4，蓄能器5，氣驅液增壓泵6，第一柱塞式伺服泵7，單向閥門8，第一水壓傳感器9，第一進水閥門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和三軸壓力伺服數字控制器15組成；

所述高壓水流伺服供液部分由第二水箱16，第二水泵17，第二柱塞式伺服泵18，第二水壓傳感器19，液壓自動轉換閥20，第二進水閥門21，注入鉆孔22和伺服供液數字控制器23組成；

所述系統反力框架部分由上部蓋板24，桶形整體反力框25，底部蓋板26，桶內墊塊27，緊固螺桿28，緊固螺母29，V形固緊鋼板30，試樣上部壓板31，試樣托底鋼板32，注液管33和巖石試樣34組成；試驗系統中的巖石試樣柔性伺服加載部分和高壓水流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35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)；

三個所述第一進水閥門(10)分別對應設置在三根所述第三管道上；