[发明专利]用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置，包括水力压裂试验机、注液组件、内窥镜组件和双层透明管，水力压裂试验机对柱体岩样固定，施加轴向载荷和围压载荷，双层透明管插入柱体岩样内部，外层与柱体岩样内部连通，注液组件与双层透明管外层接通，向双层透明管外层高压注液，内窥镜组件的高精度摄像头插入双层透明管的内层，实现对水力压裂裂缝起裂演化过程的成像观察和描述。本发明采用双层透明管代替传统的单层导流管，通过设置在内层的高精度摄像头实现了对水力压裂裂缝起裂的动态监测和成像描述，其透明视窗可承受预制孔内的高压环境，确保高精度摄像机的观测。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，特别涉及一种用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置及方法。

背景技术

随着页岩气的大规模开采，水力压裂技术作为一种重要的提高低渗储层渗透率的有效手段越来越受到重视。水力裂缝的形成主要分为三个阶段：起裂、扩展和闭合，每个阶段都对裂缝的最终形成形态具有重要的影响，因此观察裂缝的发展演化过程至关重要。但由于水力裂缝的形成过程具有隐蔽性和随机性，在加载条件下如何对水力裂缝起裂中的形态进行监测和描述，仍然是水力压裂室内模拟实验和现场施工中需要解决的问题。目前对水力裂缝起裂和扩展过程的监测和描述主要是通过声发射，X-射线和CT断面扫描等手段来实现的，声发射可以实现裂缝扩展过程的动态监测，但精度较低，不能准确描述裂缝的形态；X-射线和CT断面扫描定位精确，但是成像能力较差，且成本高昂，受到岩样尺寸、岩质均匀性的限制，且对水力压裂过程中导流孔周边的裂缝起裂演化，水力裂缝的分布形态，以及后期裂缝的闭合过程的监测能力有限。此外，由于水力裂缝起裂时间较短，监测精度要求高。目前有关水力裂缝起裂过程监测的研究较少，而更多关注裂缝的扩展程度，不能满足对裂缝起裂演化过程的监测需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种可观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验方案，以解决水力压裂试验中不能对裂缝起裂直观观察和描述的难题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于观察岩石水力压裂裂缝起裂演化的试验装置，包括水力压裂试验机、注液组件、内窥镜组件和双层透明管，所述水力压裂试验机对柱体岩样固定，施加轴向载荷和围压载荷，所述双层透明管插入所述柱体岩样内部，所述双层透明管的外层与柱体岩样内部连通，所述注液组件与所述双层透明管的外层接通，向所述双层透明管的外层高压注液，所述内窥镜组件的高精度摄像头插入所述双层透明管的内层，实现对水力压裂裂缝起裂演化过程的成像观察和描述。

进一步地，所述水力压裂试验机包括底座、设置在所述底座上的支撑立柱、以及设置在所述支撑立柱顶端的顶板，所述底座与所述顶板之间设置有一不锈钢腔室，所述柱体岩样固定于所述不锈钢腔室内，顶端设置有预制孔，所述底座上设置有一加载油缸和一围压增压泵，所述加载油缸的轴向加载活塞对所述柱体岩样的底端施加轴向载荷，所述围压增压泵向所述柱体岩样的侧壁施加围压载荷。

进一步地，所述注液组件包括注液泵，所述注液泵通过一注液管与所述双层透明管的外层连通，连接处设置有一转接头。

进一步地，所述双层透明管插入所述预制孔内，内层和外层相互隔离，所述双层透明管外层的顶端设置有一注液口，所述注液口与所述注液管通过所述转接头连接，所述双层透明管外层的底端设置有多个出液口。

进一步地，所述双层透明管内层的顶端设置有一内窥镜入口，底端凸出于所述外层设置有一透明视窗。

进一步地，所述透明视窗采用特种蓝宝石玻璃材质，所述蓝宝石玻璃的直径为15mm，包括4.1mm的环边，用于压边至所述双层透明管的底面，所述透明视窗的厚度为8mm，曲率半径为40，可承载60MPa的压力。

进一步地，所述内窥镜组件还包括一手柄和一连接软线，所述手柄与所述高精度摄像头通过所述连接软线连接，所述手柄能控制所述高精度摄像头的镜头自由旋转以及拍照录像。