[發明專利]一種煤巖高溫高壓真三軸壓裂滲流試驗裝置與試驗方法

有效

• 申請號: 201510080598.4
• 申請日: 2015-02-13
• 公開（公告）號: CN104655495B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 梁衛國;武鵬飛;胡耀青;耿毅德
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N15/08
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 盧茂春

1.一種煤巖高溫高壓真三軸壓裂滲流試驗裝置，其特征在于是一種可模擬礦物埋藏深度達2000m和溫度達400℃的地質環境條件，由真三軸伺服控制實時加載系統(1)、溫度加載及保溫控制系統(6)、水力壓裂系統(2)、超臨界CO₂壓裂系統(3)、滲透系統(4)、循環冷卻系統(5)、聲發射監測系統(7)、壓力-變形測試系統(8)及數據采集和自動化控制系統(9)九大系統組成的試驗裝置，所述的真三軸伺服控制實時加載系統(1)是系統的重要組成部分，由五組千斤頂及加載油缸(16)、三組獨立的穩壓源、伺服油源、傳壓柱、傳壓板(14)、多孔槽板(12)、伺服閥、壓力傳感器、位移傳感器和變形傳感器組成，通過壓力室內的傳壓板(14)錯位布置，實現對試件(19)的剛性加載，對試件(19)施加模擬相應地層的地應力條件，錯位布置是指傳壓板(14)之間改變原有硬連接的布置為相互錯位布置，用來解決試件(19)壓縮變形時傳壓板(14)之間的相互擠壓問題，以及滿足試件(19)的尺寸變化，壓力室通過傳壓板(14)的錯位布置實現五面剛性加載，傳壓板(14)與試件(19)之間嵌置多孔槽板(12)；所述的水力壓裂系統(2)，由液體伺服增壓泵、壓裂管柱(21)、壓裂液注入壓力傳感器、壓裂液注入流量計量裝置和水力壓裂配套組件組成，利用一組液體伺服增壓泵通過壓裂管柱(21)泵注壓裂液對試件(19)進行壓裂，通過壓裂管柱(21)與真三軸伺服控制實時加載系統(1)聯接；所述的超臨界CO₂壓裂系統(3)，由氣體伺服增壓泵、壓裂管柱(21)、溫度加載裝置、保溫管路、注入壓力傳感器、注入流量計量裝置和超臨界CO₂壓裂配套組件組成，利用一組氣體伺服增壓泵及溫度控制裝置通過壓裂管柱泵注超臨界CO₂對試件(19)進行壓裂，通過保溫管路連接壓裂管柱(21)與真三軸伺服控制實時加載系統(1)聯接；所述的滲透系統(4)，由伺服增壓泵、孔隙水/氣注入壓力傳感器、孔隙水/氣注入流量傳感器、孔隙水/氣滲透壓力傳感器、孔隙水/氣滲透流量傳感器和密封配套組件組成，利用一組伺服增壓泵將孔隙水/氣通過壓力室的頂部接口泵注到用耐超高溫密封膠(13)密封的試件(19)的頂部，在壓力室的底部出口經過底部多孔槽板(12)收集滲透過試件(19)的孔隙水/氣；所述的循環冷卻系統(5)，由循環水泵、冷卻管路和循環冷卻配套組件組成，在加載油缸靠近傳壓板的端部采用水冷對油缸進行循環冷卻；所述的溫度加載及保溫控制系統(6)，由保溫環境箱(10)、加熱棒(22)、溫度采集控制儀和加熱保溫配套組件組成，在壓力室的內部四周傳壓板(14)上打鉆孔(15)布置加熱棒(22)進行加溫，通過多孔槽板(12)對試件(19)傳遞熱量加熱，由溫度采集控制儀對溫度的加載進行采集和控制，設計一個保溫環境箱(10)用以提供恒溫環境；所述的聲發射監測系統(7)，由聲發射探頭和聲發射處理裝置組成，在壓力室周圍傳壓板(14)上預留有聲發射探頭(23)布置點，利用聲發射儀監測試件(19)的聲發射變化，并進行三維聲發射定位，用來監測試件(19)內部裂紋的起裂和擴展演化參數；所述的壓力-變形測試系統(8)，主要由各子系統中記錄溫度、壓力、流量、變形和位移的傳感器組成，同時在壓力室內部設置有壓力傳感器，記錄試件(19)內部的壓力變化；所述的數據采集和自動化控制系統(9)，采用面板式的自動化控制和數據顯示，通過輸入加載過程的控制程序，自動加載；試驗完成后，通過程序控制自動卸載；通過溫度采集控制儀，輸入設定的溫度值進行加熱；通過伺服增壓泵的控制程序，對壓力、排量和泵注體積參數進行記錄和控制；實時顯示試驗過程中各傳感器測得的溫度、壓力、流量、變形和位移參數并能夠輸出數據；生成試驗過程中的壓力加載過程動態曲線、溫度變化動態曲線、壓裂過程動態曲線、孔隙壓力變化動態曲線和試件(19)內部壓力變化動態曲線以便進行控制并能夠予以輸出。

2.按照權利要求1所述的一種煤巖高溫高壓真三軸壓裂滲流試驗裝置，其特征在于，所述的真三軸伺服控制實時加載系統可捕捉整個試驗加載過程以及壓裂過程中的應力、應變、裂紋起裂和擴展演化參數的特征信息，其三個方向的最大應力均達300MPa。

3.按照權利要求1所述的一種煤巖高溫高壓真三軸壓裂滲流試驗裝置，其特征在于，所述的試件(19)尺寸為兩種規格：100×100×100mm或300×300×300mm。