一种真三轴多孔导向压裂实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种真三轴多孔导向压裂实验装置，包括加载杆、加载压板和套设于试样外部的密封胶套，在试样设有压裂孔的一侧与密封胶套之间设有分流组件，所述分流组件包括第一压板、第二压板和分流板，第一压板顶面与密封胶套贴合，第二压板底面与试样贴合，分流板设于第一压板和第二压板之间，分流板上设有相互垂直连通的第一通道和第二通道，第一通道的进液口与进液压裂管连接，根据实际工作需要将第一通道的出液口或第二通道两端的出液口与试样上的压裂孔连通。其能够根据导向压裂实验设计方案布置压裂孔的位置、数目和大小，能够对试样进行刚性加载和柔性同步压缩，实现不同地应力条件下的真三轴导向压裂物理模拟。

A true triaxial porous guided fracturing experimental device

【技术实现步骤摘要】
一种真三轴多孔导向压裂实验装置
本专利技术涉及岩体力学与工程技术，具体涉及一种真三轴多孔导向压裂实验装置。
技术介绍
煤层气属非常规天然气，是优质的清洁能源，同时也是我国煤矿重特大灾害事故的首要致灾因素。由于我国大部分矿井的煤层都属于低透气性煤层，抽采难度大，为了提高煤层透气性，相关学者进行了大量的研究，如密集钻孔、深孔预裂爆破、水力冲孔、高压水射流割缝、水力压裂等，其中水力压裂技术作为油气井增产的主要措施，已广泛应用于地面煤层气的开发中，近年来也开始应用于煤矿井下，初步显示煤岩体水力压裂可大范围的实现煤岩体卸压，增加煤岩体的透气性，提高瓦斯抽采率，释放煤层瓦斯压力，改变煤体物理力学性质，从而降低煤与瓦斯突出危险性，为低透气性、无保护层开采的突出煤层瓦斯治理提供了一条新的途径。在进行水力压裂时，压裂孔周围煤体受到压裂，高压水会向着裂隙的扩展方向延伸，从而引起煤层内瓦斯发生运移。受煤层地应力分布复杂影响，通过钻孔实施压裂时，裂缝的起始位置及延伸方向不明确，在地层复杂煤层中裂缝会出现转向或向顶底板延伸，造成裂隙无序扩展，不能对煤层实施有效压裂。另外常规水力压裂形成的裂缝面往往是一条主裂缝，在煤层中沿着单一方向增透，导致裂缝两侧形成增透空白带。随着煤层开采深度增加，地应力增加导致水力压裂起裂压力越来越高，容易对煤层顶底板造成损伤，后续煤炭开采时巷道支护困难。在某些条件下（如石门揭煤、条带掘进等）需要对水压裂缝在煤层中定向、有序的扩展，实现对煤层精准化的定向或定位增透。如何在地下“黑箱”复杂环境下实现水压裂缝的高连通率，使水压裂缝能够有序、定向的增加煤层透气性是突破常规压裂技术的关键难题。煤矿井下导向压裂的目的是在减少对顶底板损伤的情况下，尽可能实现均衡增透。由于导向孔的存在，水力压裂过程中，压裂孔与导向孔之间所需克服的阻力比其他方向上要小的多，因此使得裂纹的起裂方向向着两者之间连线的方向发展，阻止了向其他方向扩展的可能性。富向、刘洪磊等（穿煤层钻孔定向水压致裂的数值仿真[J].东北大学学报(自然科学版).2011(10):1480-1483.）利用F-RFPA2D数值软件模拟了穿层钻孔定向水力压裂全过程，分析了应力、水压的分布与变化规律，研究了损伤区域、卸压区域的形成与扩展过程。李全贵、翟成、林柏泉等（定向水力压裂技术研究与应用[J].西安科技大学学报，2011,31(6):735-739.）针对井下水力压裂后煤层会出现应力集中的问题提出了定向控制孔导向压裂的必要性，针对控制孔的作用机制，研究了不同控制孔的间距、位置对导向压裂的控制效果影响。真三轴应力条件下的水力压裂物理模拟实验能为试件还原真实的应力、骨架支撑，模拟煤岩体在地层中的实际受力情况，使水压裂缝逼近真实情况。该设备用于模拟真实条件下的三轴实验环境，能够在试件全密封状态下，在水力压裂过程中对裂隙起裂、扩展发育特性，声发射特性、流量、温度、应力应变等多方面检测。CN104655495B和CN107576562A都对这种真三轴多功能物理模拟系统进行了描述，但现有的压裂系统都只能实现单孔压裂，不能进行多孔导向压裂实验，无法对多孔导向理论研究进行实验验证。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种真三轴多孔导向压裂实验装置，其能够根据导向压裂实验设计方案布置压裂孔的位置、数目和大小，能够对试样进行刚性加载和柔性同步压缩，实现不同地应力条件下的真三轴导向压裂物理模拟。本专利技术所述的真三轴多孔导向压裂实验装置，包括加载杆、加载压板和套设于试样外部的密封胶套，在试样设有压裂孔的一侧与密封胶套之间设有分流组件，所述分流组件包括第一压板、第二压板和分流板，所述第一压板顶面与密封胶套贴合，第二压板底面与试样贴合，分流板设于第一压板和第二压板之间，所述分流板上设有相互垂直连通的第一通道和第二通道，所述第一通道的进液口与进液压裂管连接，第二通道两端均为出液口，根据实际工作需要将第一通道的出液口或第二通道两端的出液口与试样上的压裂孔连通。进一步，所述第一通道的出液口和第二通道两端的出液口上均设有开闭阀，所述开闭阀与控制系统连接。进一步，所述分流板呈柱形，顶端与第一压板底面中心连接，底端与第二压板顶面中心连接；所述第一通道沿分流板轴向中心设置，所述第二通道沿分流板径向设置。进一步，所述第一压板底面设有第一卡槽，所述第二压板顶面设有第二卡槽，所述分流板上部周向设有与第一卡槽对应配合的第一卡接部，下部周向设有与第二卡槽对应配合的第二卡接部，所述第二压板在第二卡槽的周边设有多个条形通孔。进一步，所述第一压板和第二压板之间设有多个支撑柱，所述支撑柱的上、下端分别与第一压板底面和第二压板顶面可拆卸连接。进一步，所述密封胶套呈长方体形，其设有分流组件一侧的外部一体成型有第三压板，所述第三压板上设有与进液压裂管配合的中心孔，所述密封胶套与第三压板相对的一侧为敞口部，该敞口部设有与其对应配合的堵头。进一步，所述第三压板上设有进液压裂管密封组件，该进液压裂管密封组件包括第一密封接头，第一密封接头轴向中部设有与进液压裂管间隙配合的通孔，第一密封接头一端可拆卸地装配于第三压板上，另一端设有第一沉台，所述第一沉台内设有第一密封环，内侧壁上设有与第一压紧螺母配合的螺纹，第一压紧螺母沿第一沉台内侧壁旋入挤压第一密封环，第一密封环受挤压力变形与进液压裂管紧贴，实现密封；所述第一密封接头外周环设有密封槽，密封槽内设有密封圈，通过该密封圈实现第一密封接头和第三压板的中心孔之间的密封。进一步，所述加载压板错位布置于密封胶套周围，加载压板之间形成加载腔，所述加载腔用于放置密封胶套，所述加载杆的端部穿过压力室，通过自适应滑块与加载压板远离试样的一侧相接触。进一步，所述加载杆上设有载荷传感器，所述加载压板靠近试样的一侧设有声波探头。进一步，所述加载压板与密封胶套之间设有带润滑剂的薄膜。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：1、本专利技术通过在密封胶套内设置分流组件，该分流组件第一通道的出液口和第二通道两端的出液口能够连接不同的压裂孔，进而满足了在试样上布置不同位置、不同距离、不同数量、不同大小的压裂孔的压裂液注入需求，利于导向压裂不同研究问题的物理模拟实验。2、本专利技术的分流板的上、下部通过卡接的方式分别与第一压板底面和第二压板顶面连接，装卸操作简单，经围压和轴压加载后，连接更加紧密，避免因连接问题出现试样加载面不平，导致加载不均匀的问题。3、本专利技术的第一通道的出液口和第二通道两端的出液口设有开闭阀，根据不同的研究目的，通过控制系统控制压裂液或压裂气体的流量、开闭时间。4、本专利技术的加载压板采用错位布置方式，通过与自适应滑块配合，实现了对试样的刚性加载和柔性同步压缩；当试样在压力作用下收缩时，四周的加载压板紧凑的和试样压紧，实现无缝压缩，有效减少了由于试样收缩带来的摩擦力误差计算，使得应力加载更加准确，能够更加真实的模拟地层的三轴应力状态。5、本专利技术通过设置进液压裂管密封组件，实现了进液压裂管的高压密封，并且密封组件安装便捷，密封效果稳定。附图说明图1是本专利技术的的密封胶套的结构示意图；图2是本专利技术的分流组件的结构示意图；图3是本专利技术的分流板的结构示意图；图4是本专利技术的分流板的俯视图；图5是本专利技术的第一压板的结构示意图；图6是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真三轴多孔导向压裂实验装置，包括加载杆（11）、加载压板（10）和套设于试样（9）外部的密封胶套（1），其特征在于：在试样（9）设有压裂孔的一侧与密封胶套（1）之间设有分流组件，所述分流组件包括第一压板（2）、第二压板（3）和分流板（4），所述第一压板顶面与密封胶套贴合，第二压板底面与试样贴合，分流板设于第一压板和第二压板之间，所述分流板上设有相互垂直连通的第一通道（41）和第二通道（42），所述第一通道的进液口与进液压裂管（6）连接，第二通道两端均为出液口，根据实际工作需要将第一通道的出液口或第二通道两端的出液口与试样上的压裂孔连通。

【技术特征摘要】
1.一种真三轴多孔导向压裂实验装置，包括加载杆（11）、加载压板（10）和套设于试样（9）外部的密封胶套（1），其特征在于：在试样（9）设有压裂孔的一侧与密封胶套（1）之间设有分流组件，所述分流组件包括第一压板（2）、第二压板（3）和分流板（4），所述第一压板顶面与密封胶套贴合，第二压板底面与试样贴合，分流板设于第一压板和第二压板之间，所述分流板上设有相互垂直连通的第一通道（41）和第二通道（42），所述第一通道的进液口与进液压裂管（6）连接，第二通道两端均为出液口，根据实际工作需要将第一通道的出液口或第二通道两端的出液口与试样上的压裂孔连通。2.根据权利要求1所述的真三轴多孔导向压裂实验装置，其特征在于：所述第一通道（41）的出液口和第二通道（42）两端的出液口上均设有开闭阀（15），所述开闭阀与控制系统连接。3.根据权利要求1或2所述的真三轴多孔导向压裂实验装置，其特征在于：4）呈柱形，顶端与第一压板（2）中心连接，底端与第二压板（3）中心连接；所述第一通道（41）沿分流板轴向中心设置，所述第二通道（42）沿分流板径向设置。4.根据权利要求3所述的真三轴多孔导向压裂实验装置，其特征在于：所述第一压板（2）底面设有第一卡槽（21），所述第二压板（3）顶面设有第二卡槽（31），所述分流板（4）上部周向设有与第一卡槽对应配合的第一卡接部（43），下部周向设有与第二卡槽对应配合的第二卡接部（44），所述第二压板（3）在第二卡槽（31）的周边设有多个条形通孔（34）。5.根据权利要求1或2所述的真三轴多孔导向压裂实验装置，其特征在于：所述第一压板（2）和第二压板（3）之间设有多个支撑柱（5），所述支撑柱的上、下端分别与第一压板底面和第二压板顶面可拆卸连接。6.根据权利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢义玉，吕有厂，葛兆龙，张建国，张晋京，周哲，张亮，杨萌萌，陈召繁，符辉，
申请(专利权)人：重庆大学，中国平煤神马能源化工集团有限责任公司，平顶山天安煤业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50