[發明專利]一種模擬煤礦堅硬頂板巖層水力壓裂的實驗裝置和方法

有效

• 申請號: 202110305367.4
• 申請日: 2021-03-20
• 公開（公告）號: CN113049394B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 何青源;朱磊;劉奔奔;崔峰;郝明
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 張國棟

1.一種模擬煤礦堅硬頂板巖層水力壓裂的實驗裝置，包括式樣、加壓系統和壓裂系統，其中，加壓系統包括空氣壓縮機(1)、膠管(2)、高精度氣壓表(3)、接頭(4)，亞克力管(5)、固定支架(12)、可調角組件(13)、可拆卸底座(17)、特制切槽工具(21)，壓裂系統包括水箱(7)、微量注射泵(8)、高精度流量計(9)、高精度水壓表(10)、注水管(11)以及壓裂桿(6)，其特征在于：所述的式樣使用透明的明膠式樣(16)，所述的加壓系統由空氣壓縮機(1)提供氣壓對所述的明膠式樣(16)進行加壓，使用透明的亞克力管(5)、硅膠(14)、透明的熱收縮膜(15)、可拆卸底座(17)組成放置所述的明膠式樣(16)的實驗容器，所述的亞克力管(5)的上下端與所述的熱收縮膜(15)的上下端之間的空隙分別使用所述的硅膠(14)進行封堵，形成密閉的對所述的明膠式樣(16)施加圍壓的空間，所述的空氣壓縮機(1)與所述的亞克力管(5)之間通過所述的膠管(2)和所述的接頭(4)連接，所述高精度氣壓表(3)通過三通管件與所述的膠管(2)連接，用于監測所述的空氣壓縮機(1)對所述的明膠式樣(16)所施加圍壓的數值；

所述的壓裂系統由微量注射泵(8)提供液壓對所述的明膠式樣(16)進行壓裂，所述的微量注射泵(8)一端連接水箱(7)，另一端通過兩個三通管件分別與所述的高精度流量計(9)和所述的高精度水壓表(10)連接，用于記錄壓裂過程中的流量和水壓，所述的微量注射泵(8)通過所述的注水管(11)與所述的壓裂桿(6)連接，在所述的明膠式樣(16)中使用實心圓柱體塑料桿(23)預制一個圓柱體形狀空間(24)，模擬水力壓裂鉆孔，使用固定支架(12)中的可調角組件(13)，調整所述的實心圓柱體塑料桿(23)的傾角，使用特制切槽工具(21)在所述的圓柱體形狀空間(24)預壓裂段的孔壁位置切割出徑向切槽(20)，作為水力裂隙起裂的人造弱面，壓裂前，將所述的壓裂桿(6)穿過所述的固定支架(12)中的所述的可調角組件(13)，旋轉所述的可調角組件(13)使所述的壓裂桿(6)的傾角與所述的圓柱體形狀空間(24)的傾角保持一致，并將所述的壓裂桿(6)放置于所述的圓柱體形狀空間(24)中，所述的壓裂桿(6)內嵌兩組“O”型密封圈(18)，所述的壓裂桿(6)的出水口(19)位于所述的兩組“O”型密封圈(18)之間，調整所述的壓裂桿(6)在所述的圓柱體形狀空間(24)內的位置，使所述的壓裂桿(6)出水口(19)所處位置與所述的徑向切槽(20)位置保持一致。

2.根據權利要求1所述的一種模擬煤礦堅硬頂板巖層水力壓裂的實驗裝置，其特征在于，所述熱收縮膜(15)可選用常見的POF熱收縮膜、PVC熱收縮膜以及PE膜。

3.根據權利要求1所述的一種模擬煤礦堅硬頂板巖層水力壓裂的實驗裝置，其特征在于，所述微量注射泵(8)、高精度流量計?(9)以及高精度水壓表(10)可整合為一套具備實時監測流量和水壓功能的高精度微量注射系統。

4.根據權利要求1所述的一種模擬煤礦堅硬頂板巖層水力壓裂的實驗裝置，其特征在于，所述特制切槽工具(21)可由L型剔牙工具代替。