[發明專利]一種模擬不同水平軸差應力條件的可視化水力壓裂實驗裝置和方法

在審

• 申請號: 202111023598.2
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN113551999A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 張帥;張明偉;李明;徐金海;陳梁;曹悅
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06;G01N3/02
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 張斌

1.一種模擬不同水平軸差應力條件的可視化水力壓裂實驗裝置，其特征在于：包括加壓系統、壓裂系統、明膠試樣（9）、加圍壓裝置（21）、實驗模型架（24）和記錄系統；

所述加壓系統包括空氣壓縮機（1）、三通接頭（2）、氣壓表（3）和膠管（4）；所述壓裂系統包括注水管（14）和壓裂桿（12）；

所述的實驗模型架（24）包括加圍壓裝置（21）、透明可拆底座（6）和高腳架（7）；

所述加圍壓裝置（21）是由四塊對所述明膠試樣（9）一側施加壓力的棱臺構件（20）圍合固接而成的正方體框架，任一塊所述棱臺構件（20）的主體是透明正四棱臺（8），透明正四棱臺（8）內部中空，透明正四棱臺（8）沒有上底面、透明正四棱臺（8）的下底面形心處有外伸的圓柱形接口（5），透明正四棱臺（8）包括與下底面夾角為90°的一對直側面（81），透明正四棱臺（8）還包括與下底面夾角為45°的一對斜側面（82），所述透明正四棱臺（8）的上平面處通過強力膠水覆蓋有透明熱收縮膜（10）形成密封施壓面；所述加圍壓裝置（21）與所述透明可拆底座（6）組成放置所述明膠試樣（9）的實驗容器，實驗容器放置在所述高腳架（7）上，所述明膠試樣（9）置于所述加圍壓裝置（21）內；

所述加壓系統有四套，分別置于所述加圍壓裝置（21）的四面，加壓系統的所述空氣壓縮機（1）通過所述膠管（4）分別與所述圓柱形接口（5）連接，所述氣壓表（3）通過所述三通接頭（2）分別與所述膠管（4）連接，用于監測所述空氣壓縮機（1）對所述明膠試樣（9）所施加圍壓的數值；

所述的記錄系統包括三臺攝像記錄儀（17），三臺攝像記錄儀（17）分別放置在所述實驗模型架（24）正前方、右側和底部；

所述的壓裂系統包括為壓裂所述明膠試樣（9）提供液壓壓力的實驗室精密注射泵（15），實驗室精密注射泵（15）包括柱塞式壓裂液容器（16），

注水管（14）一端連接所述柱塞式壓裂液容器（16）的出水口端，注水管（14）另一端連接所述壓裂桿（12），壓裂桿（12）內部中空，壓裂桿（12）放置到所述明膠試樣（9）中的一端為密閉端，在壓裂桿（12）的密閉端附近對稱分布兩處狹長開口（23），狹長開口（23）均用膠帶（11）密封，在所述狹長開口（23）兩側內嵌兩組“O”型密封圈（18），制備試樣時，在所述明膠試樣（9）中預置所述壓裂桿（12），模擬水力壓裂鉆孔；壓裂桿（12）伸出明膠試樣（9）外的位置通過可調角組件（13）固定，還包括能深入所述壓裂桿（12）內部的“L”型切槽工具（22）。

2.根據權利要求1所述的一種模擬不同水平軸差應力條件的可視化水力壓裂實驗裝置，其特征在于：所述透明可拆底座（6）和透明正四棱臺（8）采用亞克力材質。

3.根據權利要求1所述的一種模擬不同水平軸差應力條件的可視化水力壓裂實驗裝置，其特征在于：所述透明熱收縮膜（10）采用PVC熱收縮膜。

4.根據權利要求1所述的一種模擬不同水平軸差應力條件的可視化水力壓裂實驗裝置，其特征在于：所述“L”型切槽工具（22）由細桿（221）和等腰三角形刀片（222）組成，所述細桿（221）一端與所述等腰三角形刀片（222）底邊中點焊接固定。

5.根據權利要求1所述的一種模擬不同水平軸差應力條件的可視化水力壓裂實驗裝置，其特征在于：所述可調角組件（13）包括鐵架臺（131）和可調角塑料夾（132），鐵架臺（131）是由橫梁和豎桿構成的“L”形臺架，可調角塑料夾（132）安裝在鐵架臺（131）上與所述壓裂桿（12）相連。