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原文传递一种真三轴压裂渗流连续测试系统及方法

专利名称：	一种真三轴压裂渗流连续测试系统及方法
摘要：	本发明公开一种真三轴压裂渗流连续测试系统及方法，属于岩体力学与工程技术领域范畴，其包括压裂渗流连续测试系统、真三轴加载系统、围压注入系统、声发射监测系统、伺服控制系统和数据采集及控制系统组成，通过对气动转向阀的控制，实现压裂渗流的连续测试；在温度场、渗流场和应力场的作用下，模拟岩石在的地层中的实际受力、温度及渗流情况，对试件进行压裂渗流连续测试试验，以测试岩体的压裂效果；并通过声发射监测系统全程监测压裂产生的裂缝的起裂、扩展及开闭合特性，观察和分析掌握裂缝的形成及扩展机理，为水力压裂抽采煤层气、页岩气等提供理论基础和实验依据。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	中国平煤神马能源化工集团有限责任公司
发明人：	葛兆龙;吕旭明;张建国;吕有厂;汤积仁;王满;王泽鹏;王英伟;赵汉云;仝艳军
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910467978.1
公开号：	CN110426286A
代理机构：	重庆华科专利事务所
代理人：	康海燕
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	467000 河南省平顶山市矿工路中段21号
主权项：	1.一种真三轴压裂渗流连续测试系统，其特征在于：包括压裂渗流连续测试系统(1)、真三轴加载系统(2)、围压注入系统(3)、声发射监测系统(4)、伺服控制系统(5)和数据采集及控制系统(6)；所述真三轴加载系统(2)包括加载系统及三轴模型系统，其中所述加载系统包括加载机头(25)和轴压加载框架(13)、侧压加载框架(24)，分别提供轴向和侧向压力；最小主应力由围压注入系统(3)注入到真三轴高压室(20)腔内的高压水提供，并通过伺服控制系统(5)实现对应力、应变、位移和速率的控制；所述三轴模型系统包括轴/侧向加载压板(31)、轴/侧向加载杆(30)、立方体胶桶(19)和真三轴高压室(20)；所述真三轴高压室(20)位于轴压加载框架(13)和侧压加载框架(24)内，真三轴高压室(20)预留有测试通道(20-2)供压裂或渗流管道接入，内部布置有加热电偶(14)；所述立方体胶桶(19)位于真三轴高压室(20)内，供放置试验试件(17)用，其各个侧面预留有可供压裂或渗流管道接入的轴向/侧向通道(19-2)；轴/侧向加载压板(31)作用在立方体胶桶(19)的各面上，上布置有声发射探头，利用声发射监测系统(4)监测试件的声发射变化，并利用三维声发射定位，监测分析试件内部裂纹的起裂和扩展发育情况；所述数字记录及控制系统(6)对各个传感器收集到的压力、流量、温度、变形和位移等参数进行记录和控制，并实时显示实验过程中的压力加载过程动态曲线，压裂过程曲线等，实现实时地的采集、存储、处理、显示试验过程中的多方面监测；所述压裂渗流连续测试系统(1)包括压裂系统(7)、渗流系统(8)、回压及计量系统(9)以及自动换向控制系统；所述自动换向控制系统包括气动换向阀(11)、压裂渗流切换控制柜(10)和气源(12)，压裂系统(7)和渗流系统(8)分别与气动换向阀(11)入口相连接，气动换向阀(11)出口分别与压裂管道(22)和渗流管道(21)连接，压裂管道(22)和渗流管道(21)通过轴向/侧向通道(19-2)进入立方体胶桶(19)内，通过压裂渗流切换控制柜(10)控制气动换向阀(11)和气源(12)来实现压裂和渗流的自动切换，根据试验需要进行各种压裂渗流连续测试试验，回压和计量系统(9)通过渗流回路(16)与真三轴加载系统(2)连接，所测得的数据用于对压裂效果及渗流特性进行研究。 2.根据权利要求1所述的真三轴压裂渗流连续测试系统，其特征在于：所述立方体胶桶可以根据试验需要制作不同尺寸，在最小主应力方向设压裂管道，并且可根据试验需要在六个面布置渗流管道，实现原位渗流、面充式渗流等多种压裂渗流连续测试；所述试件尺寸可以根据试验需要设置为100×100×100mm至300×300×300mm之间的任意尺寸或50×100mm的圆柱。 3.根据权利要求1或2所述的真三轴压裂渗流连续测试系统，其特征在于：所述轴/侧向加载压板(31)与立方体胶桶(19)的胶桶筒体(19-3)之间有自适应滑块(18)，实现自适应加载。 4.根据权利要求1或2所述的真三轴压裂渗流连续测试系统，其特征在于：在立方胶桶的出口处设置防砂滤芯(15)，所述防砂滤芯(15)由烧结而成的不锈钢钢板(15-4)、导流孔(15-1)、防砂过滤块(15-2)组成，所述导流孔(15-1)均匀分布在不锈钢钢板(15-4)上，防砂过滤块(15-2)位于导流孔(15-1)中，填充导流孔的一段，在进行压裂渗流试验过程中防止产生的颗粒物阻塞管路。 5.根据权利要求1或2所述的真三轴压裂渗流连续测试系统，其特征在于：所述压裂管道(22)和渗流管道(21)布置在所述加载杆(19)的内部空腔(30-1)内，与所述立方体胶桶(19)预留的轴向/侧向通道(19-2)连通，实现三个主应力方向皆可进行渗流、充气等试验。 6.根据权利要求1或2所述的真三轴压裂渗流连续测试系统，其特征在于：其特征在于：所述压裂管道(22)和渗流管道(21)在立方体胶桶的轴向/侧向通道上的接入结构相同，均包括连通的第一接头(34)、转接管(35)和第二接头(36)，所述第一接头(34)埋设于试件的压裂孔中，插入试件的一端固定连接有一段压裂/渗流管，另一端与转接管(35)端部可拆卸连接，所述转接管(35)穿过轴向/侧向通道，另一端与第二接头(36)可拆卸连接，所述第二接头(36)端部固定连接所述压裂管道(22)或渗流管道(21)。 7.根据权利要求6所述的真三轴压裂试验装置，其特征在于：所述第一接头(34)一端设有沉台，所述沉台内设有与转接管(35)端部配合连接的内螺纹；所述转接管(35)与第一接头(34)连接的一端设有第一密封圈(37)和导向圈(38)；所述第二接头(36)外套有活动螺母(39)，该活动螺母(39)设有与转接管(35)端部配合连接的内螺纹；所述转接管(35)与第二接头(36)连接的端部设有第二密封圈(40)。 8.根据权利要求1所述的真三轴压裂渗流连续测试系统，其特征在于：所述侧向加载框架(24)通过其底部的滑轮与轴压加载框架(13)上的导轨进行连接，可以在试验前后拉出或推入方便试件的装填及固定；所述真三轴高压室(20)的压力室高压釜体(20-3)与侧向加载框架(24)底座进行螺栓固定，真三轴高压室(20)外部可套上加热套(23)，对试件进行加热，模拟真实地层埋藏条件。 9.一种真三轴压裂渗流连续测试方法，其特征在于，使用权利要求1-8所述的压裂渗流连续测试系统，测试步骤如下：步骤一：试验前，根据实验要求加工所需尺寸的试件(17)，并在试件上钻取所需尺寸的中心孔，插入压裂钢管模拟井筒(33)，并封孔；步骤二：将试件(17)装入相应尺寸的立方体胶桶(19)中，胶封，待密封胶晾干之后，装入真三轴高压室(20)内；步骤三：连接好试验所需的压裂管路(22)、渗流管路(21)，并向真三轴高压室注入纯水，通过围压注入系统(3)预加载相应的轴向和径向压力，注入围压，并加热至试验所需温度；步骤四：开启声发射监测系统(4)、伺服加载系统(5)，进行真三轴伺服加载；步骤五：设置好相应参数，控制压裂渗流切换控制柜(10)，调至压裂档位，开始进行压裂试验；步骤六：根据数据采集及控制系统(6)所显示压裂曲线判断压裂完成后，根据试验需要，将控制压裂渗流切换控制柜(10)切换至相应的渗流档位，开始渗流试验；步骤七：完成实验，取出试验，记录试验数据。 10.根据权利要求9所述的真三轴压裂渗流连续测试方法，其特征在于，所述测试方法可以完成以下试验： A、压力场和温度场作用下，对试件进行不同方式的压裂试验，如不同压裂液，脉冲压裂等，压裂完成后，自动切换至渗流试验，验证压裂效果； B、压力场和温度场作用下，进行压裂试验，压裂完成后，利用压裂井筒直接进行渗流试验，模拟研究真实开采条件中的渗流； C、压力场和温度场作用下，进行压裂试验，压裂完成后，可对三个主应力方向的任意一个面进行渗流试验，验证压裂效果； D、压力场和温度场作用下，对三个面进行充气，然后进行压裂，模拟真实开采过程中开采效果； E、压力场和温度场作用下，进行压裂试验，分别相隔不同的时间再进行渗流试验，研究压裂效果的时间效应； F、完成不同介质的吸附/驱替试验； G、其他可利用本装置及方法完成的试验。
所属类别：	发明专利