[发明专利]加载应力测试裂缝高度扩展的实验系统及方法

说明书

本发明公开了一种加载应力测试裂缝高度扩展的实验系统及方法，该实验系统包括：用于加载实验样品的加载框架，加载框架内部形成有呈方形的加载腔；用于向所述实验样品加载压力的真三轴地应力加载单元，其包括：呈中空结构的可膨胀式加载板，与所述可膨胀式加载板相连通并用于向其提供压力的压力泵，可膨胀式加载板包括：位于所述加载腔与实验样品之间的第一加载板和位于所述实验样品一端的第二加载板，所述第一加载板沿着所述加载腔的深度方向至少设置有两组；与所述压力泵相连接的压力传感器；与所述压力泵和压力传感器电性连接的控制器。本发明能够对实验样品垂向上多层水平应力场的独立加载，为控缝高压裂工艺的优化设计提供有利的技术支撑。

技术领域

本发明涉及油气田开发中的水力压裂物理模拟实验技术领域，特别涉及一种加载应力测试裂缝高度扩展的实验系统及方法。

背景技术

水力压裂作为油气增产的主要措施之一已被广泛应用于现代石油工业中。随着低渗透、复杂油气藏(如天然裂缝储层)的大量开发，水力压裂技术面临新的挑战。储层改造面临的对象越来越复杂，其中，包括构造应力异常、天然裂缝、水平层理发育、深层大尺度水平井型等因素制约了对水力裂缝起裂与延伸机理的认识。

为了正确认识复杂储层的水力压裂起缝与延伸机理，近年来室内水力压裂物理模拟实验技术得到了深入的研究与广泛应用。通过对水力压裂的物理模拟认识裂缝扩展的规律，以提升对致密油等天然裂缝性油藏、大斜度井和水平井水力压裂等复杂情况下的研究水平，从而对提高目前水力压裂水平、改善增产效果和提高油气产量的决定性作用。

其中，中国专利号CN106640016A提供了一种多尺度真三轴水平井水力压裂承压缸及使用方法和中国专利号CN105332682A提供了一种碳酸盐岩储层中高压力缝洞体对水力裂缝扩展影响的实验方法，两者都可以在室内条件下实现对裂缝起裂和延伸的物理模拟，同时在实验过程中采用液压刚性加载方式实现对样品三向主应力的独立加载。

但现有技术中普遍存在的问题是：目前加载应力时，通常是利用千斤顶进行刚性加载，受到上述实验加载方式的制约，只能进行垂向和单层两向水平主应力共3个地应力值的加载，无法针对垂向上水平应力的差异性进行模拟，也就无法开展层间应力差值条件下的缝高延伸实验。

因此，非常有必要提供一种新的技术，能够克服现有技术中的缺陷，实现对实验样品的垂向上多层水平应力场的独立加载。

发明内容

本发明的目的是提供一种加载应力测试裂缝高度扩展的实验系统及方法，能够克服现有技术中的缺陷，能对实验样品垂向上多层水平应力场的独立加载，从而为控缝高压裂工艺的优化设计提供有利的技术支撑。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种加载应力测试裂缝高度扩展的实验系统，其包括：

用于加载实验样品的加载框架，所述加载框架内部形成有呈方形的加载腔；

用于向所述实验样品加载压力的真三轴地应力加载单元，其包括：呈中空结构的可膨胀式加载板，与所述可膨胀式加载板相连通并用于向所述可膨胀式加载板提供压力的压力泵，其中，所述可膨胀式加载板包括：位于所述加载腔与实验样品之间的第一加载板和位于所述实验样品一端的第二加载板，所述第一加载板沿着所述加载腔的深度方向至少设置有两组；

与所述压力泵相连接的压力传感器；

与所述压力泵和压力传感器电性连接的控制器。

在一个优选的实施方式中，每组所述第一加载板包括沿着第一方向相对设置的最大水平应力加载板对和沿着垂直于所述第一方向的第二方向相对设置的最小水平应力加载板对，其中，向所述最大水平应力加载板对中的加载板施加的压力为最大水平应力，向所述最小水平应力加载板对中的加载板施加的压力为最小水平应力。