[发明专利]一种岩石深地联合致裂、地热注采与渗流模拟试验系统

说明书

本发明提供一种岩石深地联合致裂、地热注采与渗流模拟试验系统，其特征在于：包括主应力加载器、主机框架、高温加热箱、试样夹具、工作平台、伺服高压泵和高压脉电机；所述试样夹具用于夹持岩石试样；所述高温加热箱设置在主机框架内部，用于对试样夹具内岩石试样的高温加载与保温；所述主应力加载器通过测力组件和压头组件对试样夹具内岩石试样提供真三向应力；所述试样夹具由压板组装而成，所述压板包括用于联合致裂、地热注采的常规压板，以及用于渗流模拟试验的渗流压板；所述试验系统的工作平台下设有伺服高压泵和高压脉电机。本发明为高温真三向下岩石联合致裂、地热注采和岩石试样各向异性渗流特性提供了新的试验与研究手段。

技术领域

本发明属于岩石力学与工程技术领域，特别是涉及一种岩石深地联合致裂、地热注采与渗流模拟试验系统。

背景技术

近年来，地热资源作为一种储量巨大的清洁可再生能源受到了各国的广泛关注。而干热岩作为高温地热资源的代表，从上世纪70年代就开始被尝试进行开发并用以发电。干热岩的开发一般是通过钻井在深部储层进行水力压裂，形成裂隙网络。然后进行注采，通过流体流动进行热量提取。因此，干热岩开发涉及到水力压裂，注水采热与渗流过程。

然而在目前全世界范围内的干热岩开发中，均存在水力压裂效率低，压裂裂缝难以定向生成的问题。并在且在干热岩开采研究中，目前就局限数值模拟手段，缺少模拟真实高温高压环境下的裂隙热储注采的室内试验。在干热岩开发中，水力压裂试验有助于揭示裂缝起裂机制与规律。而模拟真实环境下的裂隙热储注采试验和渗流试验，有助于探究地热开采过程中的关键影响因素。

为此，一些单位研发了水力压裂设备，如重庆大学的“真三向状态下煤岩水压致裂试验方法(CN102735547 A)”,中国科学院武汉岩土力学研究所“一种可实现水压致裂试验的真三向压力装置(CN102621000A)”，重庆大学“一种真三向水力压裂试验装置和水力压裂试验方法(CN111257129 A)”。但是以上设备均是在中低温状态下(150℃)对岩石试样进行单一的水力压裂。而传统的水力压裂效率低，难以控制方向。因此，现有设备与方法缺乏联合致裂的技术，难以满足工程和研究需要。关于地热开采研究目前局限于数值模拟，未见有关模拟真实环境下的裂隙热储注采试验与设备。而对于大型试样的三向渗流，目前已有技术存在密封困难，变形测量不准确的缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种岩石深地联合致裂、地热注采与渗流模拟试验系统，能够在高温高压真三向条件下中对岩石试样进行液氮冷冲击致裂、高压脉冲致裂及水力压裂的联合致裂试验。并可通过压裂后的岩石试样或预制裂隙相似材料试样进行真实环境下的地热注采试验。同时，依据本发明及其变形，还可对大型岩石试样进行三向渗流试验。为高温高压真三向下岩石定向起裂机理与规律的探究提供一种研究手段，并为地热注采研究和岩石渗流各向异性研究提供了新的试验方法，弥补了数值模拟研究的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种岩石深地联合致裂、地热注采与渗流模拟试验系统，包括主应力加载器、主机框架、高温加热箱、试样夹具、工作平台、伺服高压泵和高压脉电机；所述试样夹具用于夹持岩石试样；所述高温加热箱设置在主机框架内部，用于对试样夹具内岩石试样的高温加载与保温；所述主应力加载器通过测力组件和压头组件对试样夹具内岩石试样提供真三向应力；所述试样夹具由压板组装而成，所述压板包括用于联合致裂、地热注采的常规压板，以及用于渗流模拟试验的渗流压板，所述试验系统的工作平台下设有伺服高压泵和高压脉电机，所述伺服高压泵和高压脉冲电机用以对岩石试样进行联合致裂试验时提供高压水、液氮和高压脉冲电流。