[發明專利]一種壓裂過程應力凍結實驗裝置

在審

• 申請號: 201710329744.1
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN108871968A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 鞠楊;劉鵬;徐志民;劉紅彬;楊永明
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

本發明提供一種壓裂過程應力凍結實驗裝置，通過溫控系統對設置于其溫箱中的試件根據光敏曲線按照預設溫度梯度進行相應溫度控制下的升溫和降溫處理，以實現對于試件的應力凍結；通過真三軸伺服加載系統對試件進行固定和施加相應的壓力；再通過輸出端設置于所述溫箱中的壓裂體泵送系統對試件進行相應的壓裂實驗；由于試件為通過3D打印機打印得到的透明光敏模型，結合真三軸伺服加載系統的應力加載、溫控系統精確溫度控制下的應力凍結實驗以及壓裂體泵送系統的壓裂實驗，可實現對于壓裂過程中復雜縫網起裂擴展時裂縫尖端應力場演化規律的直觀觀測和透明顯示。

技術領域

本發明涉及應力凍結技術領域，特別涉及一種壓裂過程應力凍結實驗裝置。

背景技術

當前，由于非常規儲層巖石介質壓裂過程中的裂縫演化規律是一個“黑箱”問題。因此，現有實驗室對于各種相態壓裂介質的壓裂過程研究，大多處于對于壓裂后形成的縫網展布特征的定性分析上，難以直觀顯示和準確描述對壓裂縫網起裂和擴展起決定性作用的應力場演化過程。

現有技術中也存在采用數值模擬的方法，來定量分析裂縫擴展過程中應力場的分布演化規律的方案，然而，值得關注的是，數值模擬中需要對幾何模型、邊界條件、網格模型、單元接觸與分離、材料參數、本構關系、開裂與破壞準則等一系列問題進行簡化，這些簡化處理以及計算規模、計算效率等問題都會對壓裂應力場的計算精度產生顯著影響。特別是，由于實驗方法及測試條件的限制，大多數數值模擬結果缺乏實驗驗證，數值分析的準確性和可靠性存在廣泛爭議，工程現場難以直接應用。

因此，當前亟需一種實驗裝置，能夠實現對于壓裂過程中復雜縫網起裂擴展時裂縫尖端應力場演化規律的直觀觀測和透明顯示。

發明內容

本發明提供一種壓裂過程應力凍結實驗裝置，以實現對于壓裂過程中復雜縫網起裂擴展時裂縫尖端應力場演化規律的直觀觀測和透明顯示。

為實現上述目的，本申請提供的技術方案如下：

一種壓裂過程應力凍結實驗裝置，包括：

溫控系統，包括溫箱，用于對設置于所述溫箱中的試件根據光敏曲線按照預設溫度梯度進行相應的升溫和降溫處理，以實現對于所述試件的應力凍結；所述試件為通過3D打印機打印得到的透明光敏模型；所述光敏曲線為所述光敏模型的光敏曲線；

真三軸伺服加載系統，用于對所述試件進行固定和施加相應的壓力；

壓裂體泵送系統，輸出端設置于所述溫箱中，用于對所述試件進行相應的壓裂實驗。

優選的，所述溫箱包括：多孔蓋板、密封組件及五個開孔溫箱壁；其中：

所述多孔蓋板和所述五個開孔溫箱壁上均設置有活塞桿入口；

所述多孔蓋板上設置有兩個循環風入口。

優選的，所述溫控系統還包括：熱源控制系統、直接加熱裝置、環境加熱裝置、冷卻控制系統、冷卻裝置及溫度檢測裝置；其中：

所述熱源控制系統用于控制所述直接加熱裝置和所述環境加熱裝置工作；

所述冷卻控制系統用于控制所述冷卻裝置工作。

優選的，所述直接加熱裝置包括：六個電加熱管和六個加熱背板；

所述環境加熱裝置包括：一個熱風機；

所述冷卻裝置包括：六個冷卻管；

所述溫度檢測裝置包括：至少六個溫度傳感器；

所述電加熱管設置于所述加熱背板中，用于通過直接加熱對所述試件的各個方向進行主要升溫處理；

所述熱風機用于通過升高環境溫度對所述試件進行升溫補償；