[实用新型]一种带CT实时扫描的真三轴水力压裂实验装置

说明书

本发明提出一种带CT实时扫描的真三轴水力压裂实验装置，包括真三轴压力室、支架、加载装置、泵压系统、CT扫描系统及控制/监测装置。真三轴压力室包括盖板和桶体；支架包括顶板、底板及立柱，位于CT扫描区内的装置均由碳纤维材料制成；加载装置包括轴压、侧压以及围压加载装置，提供实验所需的轴压、侧压和围压；泵压装置包括注入泵和压裂管控制着实验所需要的水压；CT扫描装置包括CT放射源和CT探测器，实时观察试件内部变化；监测/控制装置包括声发射传感器、微震传感器以及流体压力传感器。此外，本发明实现了真三轴应力下水力压裂与CT扫描的实时配合，对于研究试件的裂隙发育、形态等情况有重要意义，为工程实践提供指导。

技术领域

本发明涉及一种水力压裂物理模拟实验研究，尤其适用于一种带CT实时扫描的真三轴水力压裂实验装置。

背景技术

随着国民经济的持续快速发展，我国对能源的需求量在日益增加，国内能源资源短缺形势越来越严重。我国天然气进口的依存量逐渐增加。为了解决能源的紧张状态，国家在“十二五”能源规划中将重点发展非常规天然气和其他新能源。天然气主要以吸附和游离的状态存在于煤岩体中，吸附状态占20％～85％，由于储层具有典型的低渗透性，孔隙度一般为4％～6％，渗透率小于0.001×10^-3μm²，因此对于煤层气的开发，必须要进行压裂和增透的改造，目前国内外采用最为广泛的增透技术为水力压裂。

水力裂缝的几何状态是影响压裂结果的主要因素之一，经济有效的压裂，应当尽可能地让裂缝在储层眼神，并且防止穿透水层和低渗透层，这就要在深刻认识裂缝扩展规律基础上优选压裂作业参数，并且采取有效措施控制裂缝的扩展。同时，深部煤/岩体所处的应力环境三项不等压状态(即真三轴应力状态)。开展真三轴条件下煤岩/体水力压裂裂纹扩展效果研究，对于提高天然气开采效率，特别是煤层气产量具有重要的理论价值和工程实践意义。煤岩体的内部裂缝状态往往都是从其内部的微裂隙、微孔隙开始，最终相互贯通引起宏观破坏，所以弄清煤岩体内部损伤破坏情况极为关键。而CT扫描技术能够对煤岩体内部的结构变化进行观测，全面了解其内部的变化。但是由于设备的局限，CT扫描往往是在煤岩体从真三轴水力压裂实验台上卸取之后进行的，未能够实现进行观测。

所以将CT扫描技术与真三轴水力压裂实验系统相结合，实现真正意义上的实时扫描，对于实现全面、系统研究真三轴受理条件下，煤岩体水力压裂裂纹扩展、损伤具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能够进行实时CT扫描、可进行真三轴受力状态下煤岩体水力压裂实验的试验装置，模拟、分析煤岩体在三向应力条件下水力压裂裂纹扩展机理，可以模拟不同的应力环境、不同的水压条件。

为实现上述目的，其技术方案如下：一种带CT实时扫描的真三轴水力压裂实验装置，包括真三轴压力室，承载实验装置的支架，为煤岩体试件提供轴压、侧压、围压的加载装置，为试件提供水力环境的泵压系统，能对煤岩体试件进行实时观测的CT扫描系统，CT扫描系统包括设置于真三轴实验机前后两侧的放射源和探测器，以及控制/采监测装置；所述真三轴压力室包括开设有进油/液口、排油口和加载系统位置口的盖板、桶体；所述支架包括带有加载装置底座的顶底板和连接顶底板的立柱；所述加载装置包括上、下、左、右四个位置处的压力室及其相关配件的和围压加载液压泵；为了实现CT系统的实时扫描，以上所述位于CT扫描区域内的真三轴压力室、支架以及加载系统部分配件均为碳纤维材质。

所述支架顶、底板由于不需要进行扫描，是由矩形厚钢板组成，在顶板、底板内侧面上设置有压力室底座，所述的上、下压力室固定于底座上。

所述桶体上部敞开，底部中心位置处开设中心孔，盖板与桶体底部相对位置处亦开设有中心孔，盖板与桶体采用法兰连接，连接处设有O型圈。

所述位于上、下压力室包括液压缸、活塞压柱以及压柱前端的压头组成，上压力室和下压力室活塞压柱从盖板和桶底中心孔中伸入压力室中，并与压头相连接，最终将轴压传至煤岩体试件上，中心孔边缘设置有O型圈，保证密闭性。