[發明專利]顆粒試件水力壓裂裂隙擴展可視化的實驗方法及實驗裝置

有效

• 申請號: 202010586472.5
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111707555B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 胡千庭;張躍兵;李全貴;梁運培;鄧羿澤;武文賓;宋明洋;姜志忠;胡良平;凌發平
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N15/08;G01N1/36
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

本發明公開了一種顆粒試件水力壓裂裂隙擴展可視化的實驗方法及實驗裝置，該實驗方法包括步驟1、制備透明顆粒試件；步驟2、真三軸水力壓裂可視化實驗；步驟3、保存水力壓裂試驗數據。實施該實驗方法步驟1的實驗裝置為顆粒試件成型箱，它包括殼體、上金屬板、下金屬板、活動塊和壓裂孔預制柱。實施該實驗方法步驟2和步驟3的實驗裝置為真三軸水力壓裂裝置，它包括可視化加載裝置、壓裂泵、液壓加載裝置、聲發射監測系統和控制接收器；可視化加載裝置的內腔中裝有小型高清攝像頭、光源和聲發射探頭。本發明的技術效果是：能記錄實驗裝置內的水力壓裂試件變化過程的實際數據，使壓裂變化可視化，并獲得水力壓裂裂隙擴展的物理模型。

技術領域

本發明屬于水力壓裂實驗技術領域，具體涉及一種顆粒試件水力壓裂裂隙擴展可視化實驗方法和實驗裝置。

背景技術

水力壓裂技術可有效增加低滲儲層的滲透性，而裂縫動態擴展過程對于壓裂參數的優化設計及壓裂效果的影響至關重要。一般在實驗室中通過水力壓裂實驗裝置來模擬地層高壓注水的壓裂情況，對水壓裂縫形態參數進行直接觀察或檢測，對煤巖水壓裂縫擴展的實際物理過程進行科學描述，為水力壓裂技術的現場應用提供理論支撐。但現有的大多數水力壓裂實驗裝置只能觀測到試件表面的變形和裂隙，或借助聲發射、CT重構等方法間接表征裂隙的演化過程，而其真實的擴展過程不可視，水力壓裂過程中裂隙發生的過程信息不可得，難以進行深入的分析研究。因此，必須要解決煤巖水力壓裂的過程可視化問題。

此外，人們通常認為煤巖力學行為與顆粒膠結體類似，而且顆粒體物理模型的水力壓裂裂隙網狀結構借助離散元理論可從微細觀的角度予以綜合分析，換句話說：本發明所使用的顆粒試件為離散元數值驗證分析提供可視化的實驗物理模型。

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一種顆粒試件水力壓裂裂隙擴展可視化的實驗方法，它能記錄實驗裝置內的水力壓裂試件變化過程的實際數據，使壓裂變化可視化，并獲得水力壓裂裂隙擴展的物理模型。本發明還提供一種實施該方法的測試裝置。

為了解決上述技術問題，本發明還提供的一種顆粒試件水力壓裂裂隙擴展可視化的實驗方法，包括以下步驟：

步驟1、制備透明顆粒試件，具體按以下步驟：

步驟11）、將粒徑為0.1~3mm的透明顆粒倒入顆粒試件成型箱，上金屬板壓實透明顆粒后，固定上金屬板；

步驟12）、取掉上金屬板上的所有塑料螺釘，把定量的透明粘結液倒入殼體方形筒內，并插入活動塊；

步驟13）、輕輕按壓活動塊，使其緩慢向下運動，推動透明粘結液，直至活動塊降到指定位置且下金屬板透氣孔中滲出透明粘結液；

步驟14）、待試件固定成型后，將試件壓出顆粒試件成型箱；

步驟2、真三軸水力壓裂可視化實驗，按以下步驟：

步驟21）、將試件裝入真三軸壓裂裝置中，在試件的壓裂孔處預埋壓裂液管線，并用環氧樹脂進行封固，

步驟22）、控制接收器控制小型高清攝像頭和光源的狀態，調整至攝像圖像清晰，聲發射連接正常；

步驟23）、對試件進行三軸應力加載，依次從最小水平主應力、最大水平主應力和垂直應力逐級加載，間隔穩定適當時間，保證試件加載均勻；

步驟24）、壓裂泵中壓裂液添加顏色染色劑，通過壓裂管道向試件內注入；

步驟25）、觀看拍攝壓裂過程中顏色液體的軌跡和裂隙擴展的過程，當裂隙貫穿試件時，關閉壓裂泵；

步驟26）、關閉聲發射監測系統，卸載三軸應力，隨后關閉控制接收器所控制的小型高清攝像頭和光源并取出試件，獲得水力壓裂裂隙擴展的物理模型；