[發明專利]一種真三軸水力壓裂實驗裝置和水力壓裂試驗方法

在審

• 申請號: 202010024614.9
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111257129A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李全貴;劉樂;胡千庭;翟成;梁運培;鄒全樂;閆發志;姜志忠;張躍兵;胡良平;武曉斌;凌發平
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

本發明公開了一種真三軸水力壓裂實驗裝置和水力壓裂試驗方法，該實驗裝置包括：壓裂室A用于放置水力壓裂試件E；真三軸加載裝置B用于對水力壓裂試件E獨立施加三軸應力；壓裂泵注裝置C用于向水力壓裂試件E內部加壓填充壓裂液；降溫冷凍裝置E用于冷凍壓裂液，加大水力壓裂的裂隙。該水力壓裂試驗方法包括步驟：1、常規水力壓裂；2、對壓裂液實施降溫結冰；3、排除液氮和水力壓裂試件升溫；4、對水力壓裂試件進行第二次壓裂。本發明的技術效果是：本發明增加了冷凍降溫裝置，凍結水力壓裂試件內部的壓裂液，增大了水力壓裂試件的裂隙寬度，優化了水力壓裂效果，對水力壓裂裂隙體積量化效果評價提供了一種可靠的實驗手段。

技術領域

本發明屬于水力壓裂技術領域，具體涉及一種真三軸水力壓裂實驗裝置和水力壓裂試驗方法。

技術背景

實驗室實驗是科學研究的最基本的方法之一。水力壓裂技術作為提高低滲儲層滲透性的一種有效方法。目前的真三軸水力壓裂實驗裝置包括有壓裂室、真三軸加載裝置和壓裂泵注裝置；壓裂室中放置水力壓裂試件，真三軸加載裝置對水力壓裂試件獨立施加三向正壓力模擬試件所受真實的應力狀態，壓裂泵注裝置向水力壓裂試件內部加壓填充壓裂液，使水力壓裂試件產生透氣裂隙。

該壓裂實驗裝置的缺點是：壓裂液在高壓作用下在試件內部會沿著一個方向迅速起裂擴展直至試件破壞，在試件內部產生水力壓裂裂隙擴展形式單一、裂隙寬度小，壓裂完成后在三軸應力狀態下水力壓裂裂隙很容易閉合，影響后續壓裂效果評價研究，例如，測量水力壓裂試件的裂隙體積，現有設備難以對特別細小的裂隙進行檢測。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明所要解決的技術問題就是提供了一種真三軸水力壓裂實驗裝置，它能增加裂隙的復雜程度和裂隙的寬度，克服裂隙在壓裂完成后閉合的困難。本發明還提供一種使用該真三軸水力壓裂實驗裝置的水力壓裂試驗方法。

本發明的構思是：首先對煤巖體進行常規水力壓裂，然后對水力壓裂試件周圍壓板注入液氮對水力壓裂試試件進行降溫，實現對水力壓裂試件內部壓裂液進行降溫結冰，利用壓裂液結冰體積增大的工作原理，進而增大水力壓裂試件的裂隙，增強水力壓裂效果，增大的裂隙不再閉合。

本發明提供的一種真三軸水力壓裂實驗裝置，包括壓裂室，用于放置水力壓裂試件；真三軸應力加載裝置，用于對水力壓裂試件獨立施加三向正壓力以模擬水力壓裂試件真實的應力狀態；壓裂泵注裝置，用于向水力壓裂試件內部加壓填充壓裂液，水力壓裂試件漲裂產生透氣裂隙；降溫冷凍裝置，用于冷凍裂隙內部的壓裂液，致使壓裂液體積增大，增加水力壓裂裂隙體積。

本發明提供的一種使用上述真三軸水力壓裂實驗裝置的水力壓裂試驗方法，包括以下步驟：

步驟1、對水力壓裂試件進行常規水力壓裂；

步驟2、向水力壓裂試件周圍壓板注入液氮，對水力壓裂試件內部的壓裂液實施降溫結冰；

步驟3、注入蒸餾水排除液氮，對水力壓裂試件升溫；

步驟4、對水力壓裂試件進行第二次壓裂。

與現有技術相比，本發明的技術效果是：

本發明的真三軸水力壓裂實驗裝置增加了冷凍降溫裝置，凍結水力壓裂試件內部的壓裂液，壓裂液的體積增大，增大了水力壓裂試件的裂隙寬度。成本較低，可操作性較強，本發明的真三軸水力壓裂實驗裝置有兩部分：一部分為現有的真三軸水力壓裂實驗裝置，另一部分為降溫冷凍裝置。通過上述兩者的結合，本發明能夠有效增加裂隙的復雜程度和裂隙的寬度，克服了裂隙在壓裂完成后容易閉合的難題。對提高實驗室水力壓裂效果以及量化水力壓裂裂隙體積等評價水力壓裂效果提供了一種可靠的實驗手段。