[實(shí)用新型]一種大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201920043019.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN209542309U
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫維吉;劉奇;劉香江;趙航;梁冰;秦冰;代樹紅;張柴;馬楊奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

1.一種大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗(yàn)裝置，包括用于對(duì)大尺寸正方體試樣施加三軸荷載以模擬地應(yīng)力的大尺寸真三軸加載模塊(1)、用于向試樣內(nèi)部輸送高壓壓裂液的水力伺服泵壓模塊(2)、用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水力壓裂過程中裂縫擴(kuò)展規(guī)律的聲發(fā)射定位模塊(3)、用于試樣裝載和卸載的試樣裝卸模塊(5)和計(jì)算機(jī)；其特征在于，還包括用于試驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三軸加載室(13)內(nèi)部情況的紅外監(jiān)測(cè)模塊(4)和用于單軸加載水力壓裂模擬試驗(yàn)記錄水力裂縫擴(kuò)展?fàn)顩r的高速攝像機(jī)(6)；

所述大尺寸真三軸加載模塊(1)包括電液伺服壓力機(jī)(12)、三軸加載室(13)、對(duì)試樣施壓的第一扁平千斤頂(14)和第二扁平千斤頂(15)及真三軸加載伺服系統(tǒng)控制箱(11)；其中三軸加載室中有上墊板(132)、下墊板(135)和五塊加載板(131)；每塊加載板由通過球面相互配合的內(nèi)板(1311)和外板(1312)組成，內(nèi)板的球面為外凸形，外板的球面為凹陷形，球面底面的直徑r2為加載板邊長(zhǎng)L的90％；五塊加載板中有四塊對(duì)應(yīng)試樣的四個(gè)立面置于三軸加載室的四個(gè)邊部，其中相鄰的兩塊外板分別與所述第一扁平千斤頂和第二扁平千斤頂相接；另一塊加載板位于所述上墊板的上部，其外板與電液伺服壓力機(jī)相接；所述上墊板帶有直角形壓裂液輸送管線通道(1321)；所述下墊板的四個(gè)角處有起吊用圓孔，三軸加載室底座(137)上有壓裂液出口(134)；

所述水力伺服泵壓模塊(2)包括空氣壓縮機(jī)(21)、氣液增壓泵(24)、壓力傳感器(28)、數(shù)據(jù)記錄儀(29)、中間容器(212)、壓裂液存儲(chǔ)罐(218)、電動(dòng)加壓泵(219)、控制電箱(220)、第一針型閥(210)、第二針型閥(214)、第三針型閥(215)、第四針型閥(217)、三通閥(213)、四通閥(27)、第一儲(chǔ)水容器(25)、第二儲(chǔ)水容器(211)、壓裂液回收容器(216)、高壓管線(26)、壓裂液輸送管線(221)、送水管(23)和送氣管(22)；所述氣液增壓泵的一端入口通過送氣管連接空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)通過導(dǎo)線連接控制電箱，氣液增壓泵的另一端入口通過送水管連接第一儲(chǔ)水容器，氣液增壓泵的出口通過高壓管線連接四通閥的第一端，四通閥的第二端通過高壓管線連接壓力傳感器，壓力傳感器通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)記錄儀相連，數(shù)據(jù)記錄儀通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相接，四通閥的第三端通過高壓管線和第一針型閥與第二儲(chǔ)水容器相接，四通閥的第四端通過高壓管線連接中間容器的入口，中間容器的出口通過高壓管線連接三通閥的第一端，三通閥的第二端連接第二針型閥，第二針型閥的另一端通過壓裂液輸送管線與試樣(7)中的模擬井筒(8)相接，三通閥的第三端通過高壓管線與第四針型閥與壓裂液儲(chǔ)存罐的出口相接，壓裂液儲(chǔ)存罐的入口通過高壓管線與電動(dòng)加壓泵相接，電動(dòng)加壓泵通過導(dǎo)線與控制電箱相接，控制電箱與計(jì)算機(jī)相接；第三針型閥的一端通過管線連接所述壓裂液出口(134)，另一端通過高壓管線與壓裂液回收容器相接；

所述聲發(fā)射定位模塊(3)包括全信息聲發(fā)射分析儀主機(jī)(31)、聲發(fā)射信號(hào)放大器(32)和聲發(fā)射探頭(33)；聲發(fā)射探頭分別安裝于試樣四個(gè)立面的頂角處，并通過導(dǎo)線與聲發(fā)射信號(hào)放大器相接，聲發(fā)射信號(hào)放大器通過導(dǎo)線與全信息聲發(fā)射分析儀主機(jī)相接，全信息聲發(fā)射分析儀主機(jī)通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相接；

所述紅外監(jiān)測(cè)模塊(4)包括紅外監(jiān)測(cè)主機(jī)(41)、紅外攝像頭(42)；紅外攝像頭安裝于所述三軸加載室(13)上部四個(gè)頂角處，并與紅外監(jiān)測(cè)主機(jī)相接，紅外監(jiān)測(cè)主機(jī)通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相接；

所述試樣裝卸模塊(5)包括運(yùn)送車驅(qū)動(dòng)電機(jī)(51)、加載室運(yùn)送車(56)、運(yùn)送車軌道(53)、運(yùn)送車傳動(dòng)軸(52)和起吊鋼絲繩(57)；運(yùn)送車軌道與電液伺服壓力機(jī)的底座高度相同，并用固定螺栓(55)固定在電液伺服壓力機(jī)的底座上；運(yùn)送車驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過所述運(yùn)送車傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)加載室運(yùn)送車前進(jìn)和后退，運(yùn)送車驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制電箱(220)連接；運(yùn)送車軌道的后端有運(yùn)送車限位裝置(54)；所述起吊鋼絲繩(57)上下兩端分別有T形鋼，T形鋼可通過插入開設(shè)在三軸加載室四個(gè)頂角處和電液伺服壓力機(jī)下表面對(duì)應(yīng)處的T形槽(58)使電液伺服壓力機(jī)與三軸加載室連接；

所述高速攝像機(jī)(6)用三腳架固定在電液伺服壓力機(jī)(12)的一側(cè)，并通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述大尺寸真三軸水力壓裂模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加載板的內(nèi)板和外板相互配合的球面的直徑

式中：L為加載板的邊長(zhǎng)。