[发明专利]一种真三轴水力压裂实验装置和水力压裂试验方法

权利要求书

1.一种真三轴水力压裂实验装置，包括：压裂室，用于放置水力压裂试件；真三轴应力加载装置，用于对水力压裂试件独立施加三轴应力以模拟水力压裂试件真实的应力状态；压裂泵注装置，用于向水力压裂试件内部加压填充压裂液，水力压裂试件涨裂产生透气裂隙；其特征是，还包括：降温冷冻装置，用于冷冻裂隙内部的压裂液，致使压裂液体积增大，加大水力压裂裂隙体积。

2.根据权利要求1所述的真三轴水力压裂实验装置，其特征是：所述压裂室含有箱体，箱体外部前侧、上侧和左侧分别固定是前油缸、上油缸和左油缸，三个油缸的柱塞伸进箱体内且油缸行程满足水力压裂试件三轴应力加载；箱体内壁安装有后压板、右压板和下压板，前压板、上压板和左压板，前油缸、上油缸和左油缸的柱塞直接与前压板、上压板和左压板接触对试件独立施加三轴应力；六个压板的内壁面对应布设有液氮储存管路。

3.根据权利要求2所述的真三轴水力压裂实验装置，其特征是：所述真三轴加载装置包括伺服泵站，伺服泵站经过Z轴管路、X轴管路、Y轴管路对应连接上油缸、左油缸和前油缸。

4.根据权利要求3所述的真三轴水力压裂实验装置，其特征是：所述压裂泵注装置包括压裂泵、压裂管和压力采集仪，压裂泵通过压裂管路连通在水力压裂试件中预先埋入的压裂管，压裂管路装有压力采集仪。

5.根据权利要求1-4任一所述的真三轴水力压裂实验装置，其特征是：所述降温冷冻装置包括注入动力装置、液氮储存管路和液氮回收装置；所述注入动力装置包括液体注入泵，液体注入泵的进液口通过安装有蒸馏水管路阀的一条管路连接蒸馏水罐，通过安装有液氮管路阀的另一条管路连接液氮储罐，液体注入泵的出液口经管道连接液氮储存管路；

所述液氮储存管路包括有左压板液氮储存管路、右压板液氮储存管路、上压板液氮储存管路、下压板液氮储存管路、前压板液氮储存管路和后压板液氮储存管路；液体注入泵出液口连接第一四通阀前端口，第一四通阀的三个后端口分别连接左压板液氮储存管路、上压板液氮储存管路和后压板液氮储存管路；前压板液氮储存管路与左压板液氮储存管路连通，右压板液氮储存管路与上压板液氮储存管路连通，下压板液氮储存管路与后压板液氮储存管路连通；

所述液氮回收装置包括液氮回收容器，前压板液氮储存管路、右压板液氮储存管路和下压板液氮储存管路的出液口分别连通第二四通阀的三个前端口；第二四通阀后端口连接液氮回收容器，第二四通阀与液氮回收容器之间设有液氮回收阀。

6.根据权利要求5所述的真三轴水力压裂实验装置，其特征是：在压裂腔体内壁放置温度传感器，温度传感器通过温度传感器线经过压裂腔体的封孔段与温度传感器采集仪连接。

7.一种使用权利要求1-6任一真三轴水力压裂实验装置的水力压裂试验方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、对水力压裂试件进行常规水力压裂；

步骤2、向水力压裂试件周围压板注入液氮，对水力压裂试件内部压裂液实施降温结冰；

步骤3、注入蒸馏水排除液氮，对水力压裂试件升温；

步骤4、对水力压裂试件进行第二次压裂。

8.根据权利要求7所述的水力压裂试验方法，其特征是，在步骤1中，所述常规水力压裂包括以下步骤：

步骤11）、将现场取回的足够大的原煤样切割制成100 mm×100 mm×100 mm标准水力压裂试件，利用直径为25 mm的取芯钻杆取55 mm的钻孔，形成压裂腔体；将预先加工好的压裂管放入压裂腔体中并用环氧树脂AB胶进行封孔；埋压裂管的同时，在试件压裂腔体内放入温度传感器；

步骤12）、将水力压裂试件放置在压裂室中，启动伺服泵站分别向Z轴管路、X轴管路、Y轴管路注液压油对水力压裂试件加载三轴压力至额定值；

步骤13）、启动压裂泵对水力压裂试件E进行常规水力压裂，当水力压裂采集仪的压力突然下降超过30%，关闭压裂泵。