[發明專利]一種大尺寸真三軸煤巖體多場多相變頻壓裂試驗裝置

在審

• 申請號: 202111539737.7
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114216785A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 種照輝;蘇逢生;李學華;姚強嶺;梁順;夏澤;馬軍強;郭彧昌
• 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
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 趙昊

1.一種大尺寸真三軸煤巖體多場多相變頻壓裂試驗裝置，包括注入系統、回壓系統、真三軸儀、液壓伺服系統和數據采集及控制系統；其特征在于，所述注入系統包括超臨界CO₂注入系統、空氣注入系統、液氮注入系統、水注入系統，所述注入系統通過管路與真三軸儀的氣液進口處的壓裂管連接；

所述真三軸儀包括壓力倉、內置加熱模塊的加載壓板、密封膠套、壓力倉定位槽、壓力倉蓋板、壓裂管、氣液排出管、空心孔、加載油缸、油缸固定板、并帽、拉桿、壓力傳遞桿；壓力倉為一個立方體，位于真三軸儀的中央，其六個面上均安裝了內置加熱模塊的加載壓板，其十二條棱上均包裹著密封膠套，十二個壓力倉定位槽固定在每個密封膠套的外側，六個壓力倉蓋板固定在每個內置加熱模塊的加載壓板的外側并被壓力倉定位槽圍合；其中有兩塊面對面的內置加熱模塊的加載壓板上有圓形開孔，壓裂管和氣液排出管分別穿入這兩個圓形開孔；通過四根帶有螺紋的拉桿及其并帽，加載油缸被固定在油缸固定板上，加載油缸通過油管與液壓伺服系統相連；壓力傳遞桿的一端穿過壓力倉蓋板與內置加熱模塊的加載壓板相連，另一端與加載油缸相連，壓力傳遞桿為中空桿，其靠近加載油缸的一側周向設置有空心孔；

所述液壓伺服系統為獨立的液壓動力裝置，通過油管與真三軸儀的加載油缸連接；

所述回壓系統包括自動回壓泵、回壓閥、回壓容器、氣體流量計、干燥器、氣液分離器、電子天平和閥16；設置有閥16的回壓管路一端穿過空心孔與氣液排出管相連，另一端與回壓閥連接，回壓閥與氣液分離器進口端連接，氣液分離器的出氣端與干燥器、氣體流量計依次連接，氣液分離器的出液端與放在電子天平上的量杯連接，回壓閥還與回壓容器出口端連接，回壓容器的進口端與自動回壓泵連接；

所述數據采集及控制系統包含有多個不同種類的傳感器，根據試驗需求，將傳感器設置在相應位置進行試驗參數采集。

2.根據權利要求1所述的壓裂試驗裝置，其特征在于，所述超臨界CO₂注入系統包括CO₂氣瓶、活塞容器、低溫恒溫槽、高壓精密注入泵、閥1、閥4、閥5、閥7、閥8、閥15；CO₂氣瓶通過設置有閥1、閥4的管路與活塞容器進出口連接，活塞容器的該端還通過設置有閥5、閥15的管路與真三軸儀的氣液進口處的壓裂管連接；活塞容器加壓口通過設置有閥7的管路與外界連通，活塞容器該端還通過設置有閥8的管路與高壓精密注入泵連接，低溫恒溫槽通過管路與活塞容器周側連接。

3.根據權利要求1所述的壓裂試驗裝置，其特征在于，所述液氮注入系統包括空氣瓶、氣體增壓泵、緩沖容器、調壓閥、活塞式液氮高壓儲罐、液氮瓶、閥2、閥3、閥9、閥10、閥11、閥13、閥14、閥15、閥17；空氣瓶通過設置有閥2、閥3的管路與氣體增壓泵進口端連接，氣體增壓泵出口端通過設置有閥9的管路與緩沖容器進口端連接，緩沖容器出口端通過依次設置有閥10、調壓閥、閥11的管路與活塞式液氮高壓儲罐加壓口連接，活塞式液氮高壓儲罐進出口通過依次設置有閥13、閥15的管路與真三軸儀的氣液進口處的壓裂管連接，活塞式液氮高壓儲罐的加壓口還通過設置有閥17的管路與外界連通，液氮瓶的出口端通過設置有閥14的管路連接于活塞式液氮高壓儲罐進出口和閥13之間的管路上。

4.根據權利要求1所述的壓裂試驗裝置，其特征在于，所述空氣注入系統包括空氣瓶、氣體增壓泵、緩沖容器、調壓閥、閥2、閥3、閥9、閥10、閥12、閥15；空氣瓶通過設置有閥2、閥3的管路與氣體增壓泵進口端連接，氣體增壓泵出口端通過設置有閥9的管路與緩沖容器進口端連接，緩沖容器出口端通過設置有閥10的管路與調壓閥進口端連接，調壓閥出口端通過設置有閥12、閥15的管路與真三軸儀的氣液進口處的壓裂管連接。

5.根據權利要求1所述的壓裂試驗裝置，其特征在于，所述水注入系統包括高壓精密注入泵、閥6、閥15；高壓精密注入泵通過設置有閥6、閥15的管路與真三軸儀的氣液進口處的壓裂管連接。

6.根據權利要求1所述的壓裂試驗裝置，其特征在于，所述真三軸儀的加載油缸設置有三個，兩兩相互垂直、構成三軸加載；或者設置成六個，分別垂直于壓力倉的六個面。