[发明专利]一种岩石真三轴水力压裂应变特性测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油地质技术领域，确切地说涉及一种岩石真三轴水力压裂应变特性测试装置。

背景技术

由于天然岩石在地下环境中一般受三向应力作用，因而实验室研究三向应力状态下岩石水力压裂过程中的应力应变特性更能反映天然岩体的实际情况。

受真三轴应力加载限制，现有设备一般仅局限于水力压裂液体压力、流量监测，对压裂模拟测试中的裂缝产生、扩展等事件进行定位和记录；

如公开号为105352811A，公开日为2016年2月24日的中国专利文献公开了一种小型水力压裂三轴评价测试加压装置及其方法，包括壳体，壳体两侧面及下面通过通孔分别连接X轴、Y轴、Z轴方向加卸载机构，X轴方向加卸载机构、Y轴方向加卸载机构前端各连接一大插板，Z轴方向加卸载机构前端连接方板，壳体另外两侧面内部通过凹槽各连接一组小插板，壳体顶端通过螺丝连接方形盖板，将岩心放入壳体内，通过液压泵对X、Y、Z方向依次进行加压，连接好管线，检测是否有液体渗出，将恒流泵设定为所需的恒定流量，进行压裂模拟测试，裂缝产生，会产生声音事件，声发射监测系统可以对这些事件进行定位，最终将结果汇总，可以得到裂缝扩展的过程以及最终形态图，针对致密砂岩气藏储层钻井取心，利用该装置及方法较为真实有效地模拟储层中裂缝的起裂和扩展。

但是，对于水力压裂和三轴应力共同作用下，岩心应力应变特性随压力、流量的变化或裂隙产生、扩展过程的变化进行实时记录和定量描述的研究还比较鲜见。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种岩石真三轴水力压裂应变特性测试装置，实现了使用真三轴应力加载，开展室内水力压裂实验并测试实验过程中岩石应力应变特性的目的。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种岩石真三轴水力压裂应变特性测试装置，包括加载框架、轴向升降机构、轴向载荷传感器、水力压裂堵头、应变片、静态应变仪、真三轴夹持器、X方向应力控制系统、Y方向应力控制系统、水力压裂控制系统，所述轴向升降机构安装在加载框架底部，所述轴向载荷传感器安装在加载框架的上部，且位于轴向升降机构的正上方；

所述真三轴夹持器包括夹持器筒体、两向加载液囊、上端盖、下端盖，所述夹持器筒体具有轴向贯通的空腔、液囊腔和径向设置的管路连接孔，其液囊腔位于空腔的左、右两侧，所述管路连接孔与液囊腔相通，所述管路连接孔内设有应力接头，所述两向加载液囊安装在液囊腔内，所述空腔内放置待测岩芯，所述夹持器筒体的上、下两端分别与上端盖、下端盖连接；

所述X方向应力控制系统、Y方向应力控制系统分别通过应力接头连接在夹持器筒体的左、右两侧；

所述夹持器筒体安装在轴向升降机构上，所述水力压裂堵头上端与轴向载荷传感器连接，下端穿过上端盖、空腔直接压在待测岩芯上端，所述水力压裂堵头为中空结构，其内设有水力压裂接头，所述水力压裂控制系统与水力压裂接头连接；

所述应变片竖直安装在空腔内与待测岩芯相接触，所述静态应变仪分别与应变片、轴向载荷传感器电路连接。

进一步的是，所述夹持器筒体的空腔内设有胶套，所述胶套包裹住待测岩芯和应变片。

进一步的是，所述水力压裂控制系统包括压裂管路、恒流泵、流体容器，所述恒流泵一端通过压裂管路与水力压裂接头连接，另一端与流体容器连接。

进一步的是，所述轴向升降机构包括加载活塞缸、加载升降台、加载管路、Z轴伺服泵、油箱，所述加载升降台连接在加载活塞缸上端，所述加载活塞缸安装在加载框架底部，所述加载活塞缸与加载管路连接，所述加载管路通过Z轴伺服泵与油箱连接。

进一步的是，所述X方向应力控制系统包括X管路、X轴伺服泵，所述Y方向应力控制系统包括Y管路、Y轴伺服泵，所述X管路、Y管路一端分别通过应力接头连接在夹持器筒体的左、右两侧，所述X管路通过X轴伺服泵与油箱连接，所述Y管路通过Y轴伺服泵与油箱连接。

进一步的是，所述加载框架旁设有计算机，所述计算机分别与静态应变仪、恒流泵、X轴伺服泵、Y轴伺服泵、Z轴伺服泵连接。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、本发明实现了使用真三轴应力加载，开展室内水力压裂实验并测试实验过程中岩石应力应变特性；整体结构美观紧凑、功能齐全、操作方便。

2、该装置在实现对岩石三向应力的真三轴加载条件下，通过柔性应力应变测试系统将岩石应力应变特性测试信号引出至数据采集系统，可以实现岩石水力压裂过程中应力应变特性的定量描述。

附图说明