[發(fā)明專利]用于觀察巖石水力壓裂裂縫起裂演化的試驗裝置及方法

有效

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• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112033793B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 曹函;葉功勤;孫平賀;高強;陳裕;趙鈺;朱浩龍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/12
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 李崇章

1.一種用于觀察巖石水力壓裂裂縫起裂演化的試驗裝置，其特征在于，包括水力壓裂試驗機、注液組件、內窺鏡組件和雙層透明管，所述水力壓裂試驗機對柱體巖樣固定，施加軸向載荷和圍壓載荷，所述雙層透明管插入所述柱體巖樣內部，所述雙層透明管的外層與柱體巖樣內部連通，所述注液組件與所述雙層透明管的外層接通，向所述雙層透明管的外層高壓注液，所述內窺鏡組件的高精度攝像頭插入所述雙層透明管的內層，實現(xiàn)對水力壓裂裂縫起裂演化過程的成像觀察和描述；

所述雙層透明管內層和外層相互隔離，所述雙層透明管外層的頂端設置有一注液口，所述雙層透明管外層的底端設置有多個出液口；所述雙層透明管內層的頂端設置有一內窺鏡入口，底端凸出于所述外層設置有一透明視窗。

2.根據(jù)權利要求1所述的用于觀察巖石水力壓裂裂縫起裂演化的試驗裝置，其特征在于，所述水力壓裂試驗機包括底座、設置在所述底座上的支撐立柱、以及設置在所述支撐立柱頂端的頂板，所述底座與所述頂板之間設置有一不銹鋼腔室，所述柱體巖樣固定于所述不銹鋼腔室內，頂端設置有預制孔，所述底座上設置有一加載油缸和一圍壓增壓泵，所述加載油缸的軸向加載活塞對所述柱體巖樣的底端施加軸向載荷，所述圍壓增壓泵向所述柱體巖樣的側壁施加圍壓載荷。

3.根據(jù)權利要求2所述的用于觀察巖石水力壓裂裂縫起裂演化的試驗裝置，其特征在于，所述注液組件包括注液泵，所述注液泵通過一注液管與所述雙層透明管的外層連通，連接處設置有一轉接頭。

4.根據(jù)權利要求3所述的用于觀察巖石水力壓裂裂縫起裂演化的試驗裝置，其特征在于，所述雙層透明管插入所述預制孔內，所述注液口與所述注液管通過所述轉接頭連接。

5.根據(jù)權利要求4所述的用于觀察巖石水力壓裂裂縫起裂演化的試驗裝置，其特征在于，所述透明視窗采用特種藍寶石玻璃材質，所述藍寶石玻璃的直徑為15mm，包括4.1mm的環(huán)邊，用于壓邊至所述雙層透明管的底面，所述透明視窗的厚度為8mm，曲率半徑為40，可承載60MPa的壓力。

6.根據(jù)權利要求5所述的用于觀察巖石水力壓裂裂縫起裂演化的試驗裝置，其特征在于，所述內窺鏡組件還包括一手柄和一連接軟線，所述手柄與所述高精度攝像頭通過所述連接軟線連接，所述手柄能控制所述高精度攝像頭的鏡頭自由旋轉以及拍照錄像。

7.一種觀察巖石水力壓裂裂縫起裂演化的試驗方法，應用于如權利要求6所述的用于觀察巖石水力壓裂裂縫起裂演化的試驗裝置，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，采樣制作柱體巖樣，通過鉆頭制作預制孔；

步驟二，將透明雙層管固定在預制孔中，并用環(huán)氧樹脂進行密封，將注液管與透明雙層管的注液口通過轉接頭接通；

步驟三，將柱體巖樣置于不銹鋼腔室中，通過圍壓增壓泵對柱體巖樣施加圍壓，加載油缸的軸向加載活塞對柱體巖樣施加軸向荷載；

步驟四，將高精度攝像頭從內窺鏡入口插入透明雙層管中，操作手柄調節(jié)好鏡頭的位置和燈光強度，使鏡頭能拍攝到更廣的范圍和更好的效果；

步驟五，開啟注液泵和高精度攝像頭，控制注液壓力進行水力壓裂試驗，通過高精度攝像頭對整個孔壁裂縫的起裂演化過程進行監(jiān)測和記錄，得到裂縫起裂到閉合的演化過程圖并保存；

步驟六，關閉注液泵，關閉圍壓增壓泵卸載圍壓，驅動加載油缸的軸向加載活塞卸載軸向荷載，關閉高精度攝像頭并從雙層透明管中取出，取下柱體巖樣，關閉儀器并檢查電路安全，完成實驗。