[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

说明书

本发明公开了一种真三轴水力压裂实验装置和水力压裂试验方法，该实验装置包括：压裂室A用于放置水力压裂试件E；真三轴加载装置B用于对水力压裂试件E独立施加三轴应力；压裂泵注装置C用于向水力压裂试件E内部加压填充压裂液；降温冷冻装置E用于冷冻压裂液，加大水力压裂的裂隙。该水力压裂试验方法包括步骤：1、常规水力压裂；2、对压裂液实施降温结冰；3、排除液氮和水力压裂试件升温；4、对水力压裂试件进行第二次压裂。本发明的技术效果是：本发明增加了冷冻降温装置，冻结水力压裂试件内部的压裂液，增大了水力压裂试件的裂隙宽度，优化了水力压裂效果，对水力压裂裂隙体积量化效果评价提供了一种可靠的实验手段。

技术领域

本发明属于水力压裂技术领域，具体涉及一种真三轴水力压裂实验装置和水力压裂试验方法。

技术背景

实验室实验是科学研究的最基本的方法之一。水力压裂技术作为提高低渗储层渗透性的一种有效方法。目前的真三轴水力压裂实验装置包括有压裂室、真三轴加载装置和压裂泵注装置；压裂室中放置水力压裂试件，真三轴加载装置对水力压裂试件独立施加三向正压力模拟试件所受真实的应力状态，压裂泵注装置向水力压裂试件内部加压填充压裂液，使水力压裂试件产生透气裂隙。

该压裂实验装置的缺点是：压裂液在高压作用下在试件内部会沿着一个方向迅速起裂扩展直至试件破坏，在试件内部产生水力压裂裂隙扩展形式单一、裂隙宽度小，压裂完成后在三轴应力状态下水力压裂裂隙很容易闭合，影响后续压裂效果评价研究，例如，测量水力压裂试件的裂隙体积，现有设备难以对特别细小的裂隙进行检测。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供了一种真三轴水力压裂实验装置，它能增加裂隙的复杂程度和裂隙的宽度，克服裂隙在压裂完成后闭合的困难。本发明还提供一种使用该真三轴水力压裂实验装置的水力压裂试验方法。

本发明的构思是：首先对煤岩体进行常规水力压裂，然后对水力压裂试件周围压板注入液氮对水力压裂试试件进行降温，实现对水力压裂试件内部压裂液进行降温结冰，利用压裂液结冰体积增大的工作原理，进而增大水力压裂试件的裂隙，增强水力压裂效果，增大的裂隙不再闭合。

本发明提供的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向正压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；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，增加水力压裂裂隙体积。

本发明提供的一种使用上述真三轴水力压裂实验装置的水力压裂试验方法，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的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。

与现有技术相比，本发明的技术效果是：

本发明的真三轴水力压裂实验装置增加了冷冻降温装置，冻结水力压裂试件内部的压裂液，压裂液的体积增大，增大了水力压裂试件的裂隙宽度。成本较低，可操作性较强，本发明的真三轴水力压裂实验装置有两部分：一部分为现有的真三轴水力压裂实验装置，另一部分为降温冷冻装置。通过上述两者的结合，本发明能够有效增加裂隙的复杂程度和裂隙的宽度，克服了裂隙在压裂完成后容易闭合的难题。对提高实验室水力压裂效果以及量化水力压裂裂隙体积等评价水力压裂效果提供了一种可靠的实验手段。