動態(tài)加載水壓致裂巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域巖石力學(xué)試驗技術(shù)與設(shè)備領(lǐng)域
[0002]【背景技術(shù)】頁巖氣的開發(fā)需要對儲層實施壓裂改造，在低滲透致密巖層中實施水力壓裂形成復(fù)雜三維裂縫網(wǎng)絡(luò)，有效提高儲層巖石滲透率而達到開發(fā)資源的目的，如果將高壓水流通過高頻響伺服供液系統(tǒng)形成動態(tài)荷載作用，就可以有效提高儲層巖石的破碎程度，從而提升儲層巖石的滲透率。如何通過試驗重現(xiàn)儲層巖石在高壓水流形成的動態(tài)載荷作用下的破裂效果非常困難，另外對于如何通過試驗?zāi)M作用于大尺度巖樣的三維地應(yīng)力也較難實現(xiàn)，所以試驗系統(tǒng)需要解決以下幾個方面的難題:大尺度巖石試樣的真三軸柔性伺服加載問題；高壓水流的高頻響伺服供液問題；高地應(yīng)力模擬的反力框架問題。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)大尺度巖石樣品在高地應(yīng)力條件下被動態(tài)高壓水流致裂的巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)。其特征是采用高壓氣源、氣驅(qū)液增壓泵、全數(shù)字閉環(huán)伺服控制器、增壓器、高壓蓄能器以及柔性大面積扁千斤頂組成柔性伺服加載部分實現(xiàn)在巖石試樣三個方向獨立加壓來實現(xiàn)大尺度巖石試樣的真三軸柔性伺服加載；采用高頻響全數(shù)字閉環(huán)伺服控制器、動態(tài)電液伺服閥、增壓器、油水分離器、大流量增壓泵、高壓蓄能器組成高頻響伺服供液部分來實現(xiàn)高壓水流的高頻響伺服供液；采用桶形整體外部框架、頂?shù)撞繅毫癜濉⒍嗔⒅估瓩C構(gòu)以及楔形鎖緊鋼板組成反力框架部分為巖石試樣高地應(yīng)力模擬提供反力。
[0004]動態(tài)加載水壓致裂巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)，由巖石試樣柔性伺服加載部分，動態(tài)加載高頻響伺服供液部分，系統(tǒng)反力框架部分共三大部分構(gòu)成，所述巖石試樣柔性伺服加載部分由高壓氣源I，氣壓傳感器2，水箱3，水泵4，蓄能器5，氣驅(qū)液增壓泵6，柱塞式伺服泵7，單向閥門8，水壓傳感器9，進水閥門10，上下扁千斤頂11，前后扁千斤頂12，左右扁千斤頂13，出水閥門14和三軸壓力伺服控制系統(tǒng)15組成；所述動態(tài)加載高頻響伺服供液部分由大容量油源16，水箱17，大功率油泵18，水泵19，高壓蓄能器20，動態(tài)電液伺服閥21，增壓器22，單向閥23，油壓傳感器24，油水分離器25，進水閥門26，注入鉆孔27和伺服供液控制系統(tǒng)28組成；所述系統(tǒng)反力框架部分由上部蓋板29，桶形反力框30，底部蓋板31，桶內(nèi)墊塊32，緊固螺桿33，緊固螺母34，V形固緊鋼板35，試樣上部壓板36，試樣托底鋼板37，注液管38和巖石試樣39組成；試驗系統(tǒng)中的巖石試樣柔性伺服加載部分和動態(tài)加載高頻響伺服供液部分這兩部分的同步協(xié)調(diào)由試驗系統(tǒng)計算機控制端40來完成。
[0005]基本原理與技術(shù):針對柔性伺服加載模擬真實地應(yīng)力狀態(tài)的需求，采用激光焊接大面積柔性鋼板形成扁千斤頂對立方體巖石試樣在三軸方向上的六個面進行加載，在每個方向上均采用氣驅(qū)液增壓技術(shù)配合伺服電機驅(qū)動柱塞泵技術(shù)對扁千斤頂進行高精度伺服加載，實現(xiàn)巖石在三軸方向的獨立加載來模擬真實地應(yīng)力狀態(tài)；針對高壓水流伺服供液實現(xiàn)高頻響動態(tài)加載作用的需求，采用高頻響全數(shù)字閉環(huán)伺服控制器與動態(tài)電液伺服閥完成油壓伺服控制，采用油水分離器驅(qū)動水流，最終實現(xiàn)高壓水流以動態(tài)載荷作用于鉆孔內(nèi)部并壓裂巖石試樣；針對大尺度巖石試樣地應(yīng)力狀態(tài)的模擬需求，采用桶形整體澆鑄外部反力框架，桶形框架內(nèi)布置墊塊將扁千斤頂產(chǎn)生的水平荷載傳遞給反力框架，通過緊固螺栓配合上部蓋板和底部蓋板來為扁千斤頂產(chǎn)生的豎向荷載提供反力。
[0006]動態(tài)加載水壓致裂巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)，由巖石試樣柔性伺服加載部分，動態(tài)加載高頻響伺服供液部分，系統(tǒng)反力框架部分構(gòu)成。
[0007]石試樣柔性伺服加載部分由高壓氣源I，氣壓傳感器2，水箱3，水泵4，蓄能器5，氣驅(qū)液增壓泵6，柱塞式伺服泵7，單向閥門8，水壓傳感器9，進水閥門10，上下扁千斤頂11，前后扁千斤頂12，左右扁千斤頂13，出水閥門14和三軸壓力伺服控制系統(tǒng)15組成。高壓氣源I的供氣壓力可調(diào)節(jié)且必須滿足氣驅(qū)液增壓泵6的進氣端壓力要求，蓄能器5能夠配合水泵4為氣驅(qū)液增壓泵6提供一定壓力的穩(wěn)定水流，氣驅(qū)液增壓泵6可以使用高壓氣體驅(qū)動水流并實現(xiàn)高效增壓，最終水壓可滿足上下扁千斤頂11，前后扁千斤頂12，左右扁千斤頂13壓力所需要的壓力，柱塞式伺服泵7可以配合氣驅(qū)液增壓泵6可以實現(xiàn)水壓力的精準(zhǔn)伺服，所有的扁千斤頂均采用激光焊接技術(shù)成形以避免千斤頂在壓力的情況下發(fā)生側(cè)漏。
[0008]動態(tài)加載高頻響伺服供液部分由大容量油源16，水箱17，大功率油泵18，水泵19，高壓蓄能器20，動態(tài)電液伺服閥21，增壓器22，單向閥23，油壓傳感器24，油水分離器25，進水閥門26，注入鉆孔27和伺服供液控制系統(tǒng)28組成。動態(tài)加載水壓致裂巖石的動態(tài)荷載可以通過動態(tài)電液伺服閥21控制液壓油的壓力和流量，通過增壓器22增壓后驅(qū)動油水分離器25來實現(xiàn)大流量高壓水的伺服供液，高壓蓄能器20可以保證大功率油泵18進行動態(tài)加載時液壓的穩(wěn)定性，大功率油泵18需滿足動態(tài)加載的壓力要求。
[0009]系統(tǒng)反力框架部分由上部蓋板36，桶形反力框30，底部蓋板31，桶內(nèi)墊塊32，緊固螺桿33，緊固螺母34，V形固緊鋼板35，試樣上部壓板36，試樣托底鋼板37，注液管38和巖石試樣39組成。桶形反力框30的整體剛度大于10GN/m，上部蓋板36與底部蓋板31為硬化處理鋼，上部蓋板36與底部蓋板31的反力由緊固螺桿33和緊固螺母34來提供，通過V形固緊鋼板35便于在巖石試樣39的側(cè)面實現(xiàn)預(yù)緊固，注液管38的直徑可根據(jù)高壓水的流速要求進行調(diào)整。
【附圖說明】
[0010]圖1是動態(tài)加載水壓致裂巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)促成圖；圖2是動態(tài)加載水壓致裂巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)反力框架部分A-A剖面圖。
[0011]1:高壓氣源；2:氣壓傳感器；3:水箱；4:水泵；5:高壓蓄能器；6:氣驅(qū)液增壓泵；7:柱塞式伺服泵；8:單向閥門；9:水壓傳感器；10:進水閥門；11:上下扁千斤頂；12:前后扁