[发明专利]固流耦合相似模拟试验装置

说明书

本发明涉及固流耦合技术领域，提供一种固流耦合相似模拟试验装置，包括：底座、竖向压力加载装置、微观裂纹获取装置和裂纹图像获取装置，竖向压力加载装置与底座之间置有待施压的试件，微观裂纹获取装置和裂纹图像获取装置分别置于试件相对侧，试件内预先布置有水力压裂注射管。本发明提供的固流耦合相似模拟试验装置，通过在试件内预置水力压裂注射管，并且在试件的相对两侧分别设置微观裂纹获取装置和裂纹图像获取装置，通过水力压裂的方式能够更真实地模拟实际开采过程中的裂纹扩展，同时利用裂纹的宏观图像和微观图像结合的方式对裂纹的演化过程进行精确的分析，以提高裂纹扩展演化数据分析的准确性，为实际的开采作业提供可靠的分析数据。

技术领域

本发明涉及固流耦合技术领域，更具体地，涉及一种固流耦合相似模拟试验装置。

背景技术

近年来，随着能源需求量的日益增大，油气和煤炭等资源的持续开发对于经济社会的发展显得尤为重要。由于油气和煤层开采后岩层移动具有不可见性，很难对岩层移动变形规律进行直接的观察。目前，研究开采过程中的岩层移动变形规律的主要方法为物理相似模拟实验。

目前物理相似模拟试验广泛应用于开采上覆岩层的移动规律的研究，且固流耦合相似模拟实验技术已日趋成熟。固流耦合是分别描述流体动力学和固体力学的定律之间的多物理相场耦合，这种现象的特点是变形结构或运动介质与周围或内部的流体流动之间的相互作用，这种相互作用既可以是稳定的，也可以是振荡的。当流动的流体与固体介质接触时，固体会受到应力和应变作用，这些力会使结构产生变形。变形的大小取决于流体的压力、流速以及实际结构的材料属性等。利用固流耦合相似模拟试验，能够对岩层结构内部的裂纹进行演化扩展分析，从而为实际的油气开采作业提供相关的数据支撑。

但现在的多数相似模拟实验平台将试件置于注有水的实验舱中进行外部施压，让水自然进入相应的试件裂纹中，然后利用传统的压力传感器和应变传感器等检测元件对试件的裂纹渗透情况进行模拟分析，一方面无法向试件内部施加压力而影响最终的裂纹形成，另一方面通过压力等检测数据很难精确分析微观裂纹的扩展演化过程，其裂纹演化数据模拟的准确性较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供一种固流耦合相似模拟试验装置，以提高试件裂纹演化数据模拟的准确性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种固流耦合相似模拟试验装置，包括：底座、竖向压力加载装置、微观裂纹获取装置和裂纹图像获取装置，所述竖向压力加载装置固定在所述底座上，所述竖向压力加载装置与所述底座之间置有待施压的试件，所述微观裂纹获取装置和裂纹图像获取装置分别置于所述试件的相对侧，所述试件内预先布置有水力压裂注射管，所述水力压裂注射管与外部的水力压裂加载装置相连；

其中，所述微观裂纹获取装置用于获取所述试件在分段水力压裂试验中的微观裂纹图像，所述裂纹图像获取装置用于获取所述试件在分段水力压裂试验中的宏观裂纹图像。

优选地，所述固流耦合相似模拟试验装置还包括图像数据处理装置，所述微观裂纹获取装置与裂纹图像获取装置均与所述图像数据处理装置电连接，所述图像数据处理装置用于根据所述微观裂纹图像和所述宏观裂纹图像生成所述试件的裂纹演化数据。

优选地，所述竖向压力加载装置包括：反力梁、液压加载组件以及加载梁，所述反力梁包括两根竖直设置的支撑柱和水平连接两根所述支撑柱顶部的横梁，所述支撑柱固定在所述底座上，所述液压加载组件固定在所述横梁上，所述加载梁与所述横梁平行且位于所述横梁下方，所述加载梁与所述液压加载组件的输出端相连，所述试件置于所述加载梁的下方。

优选地，所述反力梁的长度方向的两侧均设置有树脂玻璃板，所述树脂玻璃板固定在所述底座上，所述树脂玻璃板、支撑柱以及底座密封连接并形成模拟试验舱，所述试件置于所述模拟试验舱内，所述加载梁的宽度小于所述支撑柱的宽度；