[发明专利]水力压裂断裂传播机制与压裂后效试验系统及方法

权利要求书

1.水力压裂断裂传播机制与压裂后效试验系统，其特征在于：包括泵压系统和水平设置的底板，底板上垂直设有四根在一个正方形四个顶点位置布置的立柱，立柱上端水平设有顶板，底板上在四根立柱之间设有安装框架，安装框架底部设有滚轮，安装框架内设置有水平设置的板式试件组件，安装框架前侧和左侧分别设有第一水平加压装置和第二水平加压装置，顶板上设有垂直加压装置和高速摄像装置，板式试件组件中部上侧设有进液口，进液口通过高压管与泵压系统连接；

安装框架成回字形结构，第一水平加压装置、第二水平加压装置和垂直加压装置均为液压千斤顶，第一水平加压装置和第二水平加压装置均设置在安装框架内部，安装框架的前侧设有用于固定第一水平加压装置的第一U型卡扣，第一U型卡扣的两端分别与第一水平加压装置的底部上侧和下侧连接，安装框架的左侧设有用于固定第二水平加压装置的第二U型卡扣，第二U型卡扣的两端分别与第二水平加压装置的底部上侧和下侧连接；

板式试件组件包括平板试件、支撑垫板、透明有机玻璃、上透明硅胶垫、下硅胶垫和压裂管，平板试件的俯视形状为正方形，平板试件的中心处开设有上下通透的压裂孔，支撑垫板、下硅胶垫、平板试件、上透明硅胶垫和透明有机玻璃在底板上表面自下而上依次铺设，压裂管下端设有封堵头，支撑垫板中心处开设有用于容纳封堵头的下容纳孔，支撑垫板的厚度小于等于滚轮的高度，压裂管自上而上依次穿过下硅胶垫、压裂孔、上透明硅胶垫和透明有机玻璃，压裂管外圆在压裂孔内的部分开设有若干个透液孔，压裂管上部螺纹连接有压紧螺母，透明有机玻璃中心处开设有上容纳孔，压裂管上套设有位于压紧螺母下端面和上透明硅胶垫上表面之间的上铜垫和位于封堵头上端面和下硅胶垫上表面的下铜垫，压紧螺母下端通过上铜垫、上透明硅胶垫与平板试件压接，所述的进液口为压裂管的上端口；

平板试件的前侧与第一水平加压装置右端顶压配合，平板试件的后侧与安装框架内壁后侧压接，平板试件的左侧与第二水平加压装置右端顶压配合，平板试件的右侧与安装框架内壁右侧压接；

顶板中心部开设有设置有安装孔，高速摄像装置设置在安装孔内并对透明有机玻璃表面拍摄，垂直加压装置设置有若干个，若干个垂直加压装置沿安装孔的圆周方向均匀布置，垂直加压装置的下端与透明有机玻璃表面压接；

底板右侧边处设有用于通过滚轮的斜坡，底板上表面左侧部和后侧部分别设有左定位挡板和后定位挡板，当安装框架的左侧和后侧分别与左定位挡板和后定位挡板接触时，安装孔与穿孔上下对应。

2.根据权利要求1所述的水力压裂断裂传播机制与压裂后效试验系统的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）组装板式试件组件，将泵压系统通过高压管与压裂管上端口连接，泵入少量压裂液，以检查压裂孔的密封性；

（2）将安装框架推到底板上，将支撑垫板放置到安装框架中心方孔的下方，并使安装框架的左侧和后侧分别与左定位挡板和后定位挡板接触；

（3）将板式试件组件安装到安装框架内，在上透明硅胶垫上表面铺设透明有机玻璃；

（4）控制第一水平加压装置和第二水平加压装置缓慢对平板试件的侧面施加围压，然后再控制垂直加压装置缓慢向下对透明有机玻璃施加围压；

（5）三维空间的围压施加完毕之后，在顶板上的上安装孔处高速摄像装置，打开高速摄像装置，开启泵压系统，压裂液由高压管注入到压裂管，再由压裂管上的透液孔注入到平板试件内部，高速摄像装置透过透明有机玻璃和上透明硅胶垫对平板试件表面进行监控，并记录水力压裂全过程；

（6）实验结束后关闭泵压系统和高速摄像装置，接着缓慢撤回垂直加压装置，再缓慢撤回第一水平加压装置和第二水平加压装置，防止平板试件二次破坏，导致无法还原试件压裂破坏原样；

（7）最后将平板试件从安装框架内取出，将安装框架从底板上拉出并将底板表面及其周围打扫干净。

3.根据权利要求2所述的水力压裂断裂传播机制与压裂后效试验系统的试验方法，其特征在于：步骤（1）中组装板式试件组件的具体过程为：在制作好的平板试件的中心处钻孔作为压裂孔，将下硅胶垫、平板试件、上透明硅胶垫和透明有机玻璃自下而上依次设置，在下硅胶垫上表面涂抹胶水粘附到平板试件上以防止下硅胶垫下垂，然后将套有下铜垫的压裂管自上而上依次穿过下硅胶垫、平板试件的压裂孔、上透明硅胶垫、上铜垫和透明有机玻璃，拧上压紧螺母。