[發(fā)明專利]一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗裝置及方法

有效

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• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113776931B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常鑫;邱國洲;郭印同;周俊;胡智文;郭武豪;趙國凱;肖佳林;李奎東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號: G01N3/04
• 分類號: G01N3/04;G01N3/06;G01N3/12;G01N1/28
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 周永宏

1.一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗裝置，其特征在于，包括：巖樣裝夾系統(tǒng)、應(yīng)力加載裝置、水力施加裝置、DIC測量及分析系統(tǒng)；

所述巖樣裝夾系統(tǒng)用于固定巖樣，巖樣裝夾系統(tǒng)包括：兩塊不銹鋼壓板、兩塊有機(jī)玻璃板、若干緊固裝置、兩個圍護(hù)組件、以及設(shè)置于其中一塊不銹鋼壓板上的視圖窗口；兩個圍護(hù)組件分別設(shè)置于巖樣的左右兩側(cè)，巖樣前后兩側(cè)從近至遠(yuǎn)依次設(shè)置有機(jī)玻璃板、不銹鋼壓板；所述兩塊不銹鋼壓板、兩塊有機(jī)玻璃板、兩個圍護(hù)組件上均設(shè)置有預(yù)留孔位，緊固螺栓依次插入不銹鋼板、有機(jī)玻璃板、圍護(hù)組件，有機(jī)玻璃板、不銹鋼板，并擰緊固定，使得各部件緊固結(jié)合在一起；兩塊有機(jī)玻璃板與巖樣之間還設(shè)有矩形橡膠密封圈；

所述應(yīng)力加載裝置用于向巖樣上施加應(yīng)力；

所述水力加載裝置用于向巖樣上施加水力，進(jìn)行壓裂；

所述DIC測量及分析系統(tǒng)用于分析水力壓裂過程中裂縫變化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗裝置，其特征在于，應(yīng)力加載裝置包括：液壓活塞、固定反力裝置，所述液壓活塞用于向巖樣施加應(yīng)力，所述固定反力裝置用于確保通過液壓活塞施加的應(yīng)力充分作用于巖樣中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗裝置，其特征在于，水力施加裝置包括：注液口、密封卡套、儲液裝置、液壓泵，所述注液口用于向巖樣中注入水力壓裂所需壓裂液，所述密封卡套用于防止水分散失，所述儲液裝置用于儲存壓裂液，所述液壓泵用于施加注水動力。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗裝置，其特征在于，DIC測量及分析系統(tǒng)包括：位移信號接收裝置、實(shí)時圖像顯示裝置、主機(jī)、應(yīng)變分析裝置、裂縫識別及分析裝置；所述位移信號接收裝置用于接收水力壓裂過程中標(biāo)記點(diǎn)的位置信息，所述實(shí)時圖像顯示裝置用于將接所收到的標(biāo)記點(diǎn)位置信息顯示在屏幕中，所述應(yīng)變分析裝置用于將標(biāo)記點(diǎn)的位移信息轉(zhuǎn)換為應(yīng)變信息，所述裂縫識別及分析裝置用于根據(jù)應(yīng)變信息描繪出裂縫的變化情況并進(jìn)行分析，所述主機(jī)用于控制位移信號接收裝置、實(shí)時圖像顯示裝置、應(yīng)變分析裝置、裂縫識別及分析裝置的工作。

5.基于權(quán)利要求4所述的一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗裝置的一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗方法，其特征在于，包括：

S1：制備頁巖巖樣，在巖樣中心鉆取水力孔；所述巖樣在制備時，包括在巖樣中心鉆取預(yù)留孔并制備豎直穿越預(yù)留孔的垂直裂縫作為人工裂縫；

S2：將圍護(hù)組件放在巖樣兩側(cè)，然后采用有機(jī)玻璃板對設(shè)置了圍護(hù)組件的巖樣進(jìn)行預(yù)裝夾，然后將預(yù)裝夾的巖樣放置于前后不銹鋼壓板之間，最后將緊固裝置依次插入不銹鋼板，有機(jī)玻璃板，巖樣圍護(hù)組件，有機(jī)玻璃板和不銹鋼板，并擰緊固定；

S3：用所述應(yīng)力加載裝置啟動液壓活塞，并通過液壓活塞在巖板試件上施加所需的應(yīng)力，以實(shí)現(xiàn)對巖板試件邊界力的加載；

S4：通過水力施加裝置啟動液壓泵，并通過水力孔向巖板試件施加所需的水力，進(jìn)行水力壓裂實(shí)驗；

S5：通過所述位移信號接收裝置，得到水力壓裂過程中標(biāo)記點(diǎn)位移的變化，然后通過所述應(yīng)變分析裝置可以得到實(shí)驗過程中的應(yīng)變信息，進(jìn)而通過所述裂縫識別及分析裝置將應(yīng)變信息進(jìn)行分析處理，最后通過所述圖像顯示裝置將水力壓裂過程中裂縫信息顯示在顯示器中，實(shí)現(xiàn)裂縫實(shí)時變化可視化的目的。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗方法，其特征在于，所述巖樣在制備時，還包括將需要觀測巖樣位移信息的一側(cè)噴涂白色油漆，待白色油漆充分晾干后噴涂黑色散斑。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗方法，其特征在于，巖樣高度均大于巖樣裝夾系統(tǒng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于DIC技術(shù)的頁巖可視化壓裂實(shí)驗方法，其特征在于，包括制備多個不同逼近角充填裂縫的巖樣。