[发明专利]真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置与实验方法

权利要求书

1.一种真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置，其特征在于：包括真三轴加载系统、水力压裂系统、变形测试系统和声发射监测系统；所述真三轴加载系统用于模拟页岩试件的真三轴受力状态；所述水力压裂系统用于对页岩试件施加不同的静水压力；所述变形测试系统用于测试页岩试件在压裂过程中的横向、轴向的变形；所述声发射监测系统用于监测真三轴受力条件下页岩试件在水力压裂时裂纹扩展的声发射特征、平面与三维损伤定位、以及裂纹的演化过程。

2.根据权利要求1所述的真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置，其特征在于：所述真三轴加载系统包括对页岩试件进行垂直方向加载的岩石力学测试系统、对页岩试件两水平方向进行水平加载的小型作动器和承压板。

3.根据权利要求2所述的真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置，其特征在于：所述岩石力学测试系统为MTS815岩石力学测试系统。

4.根据权利要求3所述的真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置，其特征在于：所述水力压裂系统包括高精度柱塞泵和压裂管。

5.根据权利要求4所述的真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置，其特征在于：所述变形测试系统包括设置在页岩试件三个受力方向上的高精度位移传感器。

6.根据权利要求5所述的真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置，其特征在于：所述声发射监测系统包括声发射仪、用于分析压裂数据与声发射数据的电脑主机和设置在页岩试件正面与背面的三维损伤定位传感器。

7.根据权利要求6所述的真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置，其特征在于：所述三维损伤定位传感器在页岩试件正面与背面各设置4个，且对称设置。

8.利用权利要求7所述的真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置进行试验的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）试件加工：将现场取回的页岩块在岩样加工室制作为立方体，然后在试件中心钻水压裂孔；

（2）将压裂管放入试件的水压裂孔中，然后向孔中注入固化剂和环氧树脂，让压裂管与试件管壁粘贴牢固，达到密封效果；

（3）将试件放入真三轴加载系统中，压裂管路与注塞泵连接，在承压板上粘贴好声发射传感器，并与声发射仪连接好，然后向试件施加一定的水平应力和轴向应力；

（4）开启声发射仪，设置好声发射参数、所需采集的数据和图形，比如门槛、波速、采样率、传感器的三维空间位置；

（5）启动注塞泵，向试件加水压，水压慢慢升高，监测注塞泵注入水的流量和流速，在加水压的同时，监测试件压裂过程中的声发射特征、平面损伤定位、三维损伤定位等；

（6）实验压裂结束后，观察压裂孔的破坏特征与方向，并拍照；

（7）分析压裂数据与声发射数据。

9.利用权利要求8所述的试验方法，其特征在于：所述步骤（1）中的立方体尺寸为100mm×100mm×200mm，所述步骤（1）中的水压裂孔直径为φ30mm×120mm、φ20mm×120mm两种规格的圆柱孔。