[发明专利]注超临界二氧化碳煤岩力学特性测试及压裂实验装置

说明书

本发明涉及多物理场耦合环境下岩石力学特性测试技术领域，提供了一种注超临界二氧化碳煤岩力学特性测试及压裂实验装置，包括围压系统、轴压系统、孔隙压系统、温度控制系统、信息采集处理系统；围压系统、轴压系统和孔隙压系统能同时为实验样品分别提供围压、轴压和孔隙压；温度控制系统为实验样品提供温度控制；信息采集处理系统对围压系统、轴压系统、孔隙压系统的实时数据进行采集和处理。本发明现了热流固耦合环境下，轴压系统、围压系统、孔隙压系统和温度控制系统的有机组合，从而实现了实验过程各种加载量的同步实施，监测量的实时同步监测；结构合理，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及多物理场耦合环境下岩石力学特性测试技术领域，特别涉及一种注超临界二氧化碳煤岩力学特性测试及压裂实验装置。

背景技术

在煤层气、页岩气、致密气和石油储层压裂增产开发过程以及二氧化碳地质封存工程中均涉及温度场、流体渗流场以及应力场耦合作用下煤岩力学响应问题。近年来，国际上很多国家的研究机构和学者开始将超临界二氧化碳作为压裂介质进行石油、天然气和非常规天然气的压裂增产作业。深入研究热流固耦合环境下煤岩与超临界二氧化碳之间的相互作用，研究注超临界二氧化碳过程煤岩全应力-应变-渗透率-声发射响应曲线，对进一步理解煤岩与超临界二氧化碳作用机理和推动我国在超临界二氧化碳压裂煤岩领域的技术进步具有重要的科学意义。然而，现有三轴实验机只能满足流固条件下的渗透率测试或热流固耦合条件下的应力—应变测试，尚未将温度控制系统、围压系统、轴压系统以及孔隙压系统有机地组合在一起，难以满足实验室热流固耦合环境下全应力-应变-渗透率-声发射过程曲线研究的需要。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种注超临界二氧化碳煤岩力学特性测试及压裂实验装置，通过控制温度控制系统、围压系统、轴压系统以及孔隙压系统，使煤岩(实验样本)处于设定的热流固耦合环境中；然后，利用瞬态法渗透率测试中上下游两个气泵压力设定实现基于瞬态法的渗透率测试；并通过位移传感器(LVDT)和声发射采集装置实时同步监测实验过程中煤岩的变形与声发射事件；从而深入研究和理解热流固耦合作用下注超临界二氧化碳煤岩的多场耦合效应及相互作用机理。

本发明采用如下技术方案：

一种注超临界二氧化碳煤岩力学特性测试及压裂实验装置，包括围压系统、轴压系统、孔隙压系统、温度控制系统、信息采集处理系统；

所述围压系统、轴压系统和孔隙压系统能同时为实验样品分别提供围压、轴压和孔隙压；所述温度控制系统为实验样品提供温度控制；所述信息采集处理系统对围压系统、轴压系统、孔隙压系统的实时数据进行采集和处理。

进一步的，所述围压系统包括外管、内柔性管、围压控制压力泵和围压控制阀门；

所述内柔性管固定设置在外管腔体内，所述外管腔体充满第一液体；所述围压控制压力泵通过所述围压控制阀门与所述外管的腔体连接；实验样品放置于所述内柔性管内部；所述围压控制压力泵控制所述外管腔体内第一液体的压力，所述第一液体的压力通过所述内柔性管传递给实验样品，形成实验样品的围压。

进一步的，所述外管和内柔性管的固定方式为：所述外管的两端均设置反力底座，所述反力底座螺纹连接于所述外管的端部，夹持器螺纹连接于所述反力底座，所述内柔性管的2端分别套接于2个所述夹持器。

进一步的，所述轴压系统包括第一密封压板、第二密封压板、轴向压力控制泵、轴向压力控制阀门；

所述第一密封压板、第二密封压板均设置于所述内柔性管内，所述第一密封压板、第二密封压板和内柔性管共同形成的密闭空间用于放置实验样品；所述第一密封压板与夹持器固定连接，所述第二密封压板能在所述内柔性管内滑动；