本發(fā)明涉及壓裂試驗裝置，具體地說是一種輪式多巖性真三軸水力壓裂試驗裝置及其使用方法。

背景技術：

1、真三軸水力壓裂物理模擬試驗是研究水力壓裂過程中裂縫擴展規(guī)律及機理的重要手段，能夠比較真實得還原井下巖石裂縫的擴展過程，是科學研究的重要依據(jù)。隨著科技的進步，單一巖性層狀巖石水力壓裂的研究已不能滿足科研工作的需求，因此開展多巖性組合層狀巖石水力壓裂過程中裂縫擴展規(guī)律的研究具有重要意義。

2、試驗研究過程中，單一的水平地應力加載方式不能很好地反映真實巖層中巖體的受力狀態(tài)，在研究水力壓裂過程中裂縫的擴展情況具有一定的局限性，一種輪式多巖性真三軸水力壓裂試驗裝置，可以在不同巖性巖層上施加不同大小的水平地應力，既能模擬真實地層中巖石的受力情況，又能靈活地改變試驗條件，研究影響多巖性層狀儲層中裂縫的擴展規(guī)律及穿層特性。

3、水力壓裂物理模擬試驗所需巖樣尺寸大，夾具厚重導致裝夾過程復雜，并且具有一定的安全隱患，在進行完一次壓裂試驗后要不斷重復繁瑣的拆卸裝夾過程，嚴重影響了試驗效率。

4、因此，研究出一種既可以分層加載水平地應力，又可以提高試驗效率的水力壓裂試驗裝置具有重要意義。

5、公開(公告)號：cn111366472b，公開了用于可變巖心尺寸的真三軸水力壓裂物理模擬設備，包括液壓穩(wěn)壓源、真三軸模擬試驗架和壓裂液綜合注入控制裝置，真三軸模擬試驗架與液壓穩(wěn)壓源連接為壓裂實驗提供液壓，真三軸模擬試驗架與壓裂液綜合注入控制裝置連接，控制實驗過程中壓裂液的注入，真三軸模擬實驗架在x、y、z方向上分別設有分層施壓且高度可調(diào)的圍壓施加裝置，以適用于緊密貼合作用樣品表面模擬不同應力施壓的情況。該現(xiàn)有技術的有益效果是：可用于針對現(xiàn)場取心的井下巖心開展真三軸水力壓裂實驗，研究真實井下地層的裂縫的起裂和擴展規(guī)律。

6、該現(xiàn)有技術存在更換巖樣流程繁瑣、效率低的問題。

7、公開(公告)號：cn116735367a，公開了一種真三軸巖土體試驗裝置及其試驗方法，涉及采礦工程試驗裝置技術領域，該試驗裝置包括三軸加載模塊，三軸加載模塊包括三軸伺服加載系統(tǒng)和三軸承載系統(tǒng)，三軸伺服加載系統(tǒng)用于對三軸承載系統(tǒng)施加x向、y向和z向的壓力；注漿模塊，注漿模塊通過管路與三軸承載系統(tǒng)中的注漿壓裂管連接；水力致裂模塊，水力致裂模塊通過管路與三軸承載系統(tǒng)中的注漿壓裂管連接；數(shù)據(jù)采集分析模塊，數(shù)據(jù)分析采集模塊通過線路與三軸承載系統(tǒng)中的超聲波發(fā)射傳感器、接收傳感器相連接。該現(xiàn)有技術采用上述試驗裝置進行的試驗方法，能夠進行三軸注漿和三軸水力致裂試驗，既可進行完整巖體的真三軸水力致裂與注漿試驗，也能進行松散體真三軸試驗的注漿試驗。

8、該現(xiàn)有技術存在更換巖樣流程繁瑣、效率低的問題。

9、公開(公告)號：cn116519488b，公開了一種多功能巖石三軸可視化試驗系統(tǒng)，旨在解決試驗系統(tǒng)整體剛度不夠、ct掃描系統(tǒng)分辨率低、試驗系統(tǒng)高壓管路、電路以及信號線路會產(chǎn)生纏繞、控制系統(tǒng)復雜、整體體積大等問題。本發(fā)明包括：軸向加載系統(tǒng)、高能加速器ct掃描系統(tǒng)、轉臺系統(tǒng)、三軸壓力室、流體壓裂泵、溫度泵、圍壓加載泵、動力油源、綜合控制臺；通過轉臺系統(tǒng)帶動高能加速器ct掃描系統(tǒng)轉動，對巖石樣品進行掃描內(nèi)部成像，通過三軸壓力室、流體壓裂泵對巖石樣品進行壓縮和壓裂實驗。該現(xiàn)有技術克服了當前已有設備射線能量低、分辨率低、加載反力框架剛度低、試驗過程中管線纏繞等問題。

10、該現(xiàn)有技術存在更換巖樣流程繁瑣、效率低的問題。

11、總之，以上公開技術的技術方案以及所要解決的技術問題和產(chǎn)生的有益效果均與本發(fā)明不相同，針對本發(fā)明更多的技術特征和所要解決的技術問題以及有益效果，以上公開技術文件均不存在技術啟示。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種輪式多巖性真三軸水力壓裂試驗裝置及其使用方法，既可以在不同巖性巖層上施加不同的水平地應力，又可以對試驗所需巖樣進行預裝載，既提高了裝置的功能性，又能夠減少試驗過程中巖樣裝載拆卸過程中所占用的時間，大大提高了工作效率。

2、為了達成上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

3、一種輪式多巖性真三軸水力壓裂試驗裝置及其使用方法，包括應力加載系統(tǒng)、泵注系統(tǒng)，還包括輪式裝夾系統(tǒng)，所述輪式裝夾系統(tǒng)中設置有承載輪盤；所述承載輪盤上設置有至少兩個、周向均勻布置的裝夾區(qū)，所述承載輪盤上還設置有試驗區(qū)；

4、所述裝夾區(qū)能裝夾多巖性巖樣；所述試驗區(qū)位于應力加載系統(tǒng)加載中心，不跟隨承載輪盤轉動，所述泵注系統(tǒng)用于向多巖性巖樣泵注壓裂液。

5、所述多巖性巖樣的不同巖性巖石之間用水泥漿體進行黏結，模擬層理，所述多巖性巖樣上端設置有注液口。

6、所述輪式裝夾系統(tǒng)包括轉動軸、承載輪盤、底座、軸承支護裝置；

7、所述軸承支護裝置設置在底座上，所述軸承支護裝置上端設置有軸承，所述承載輪盤設置在軸承上，所述轉動軸安裝在承載輪盤上端面中心，能相對承載輪盤轉動，所述轉動軸側壁設置有最小水平地應力反力裝置，所述承載輪盤下方設置有垂向應力反力裝置。

8、所述應力加載系統(tǒng)包括垂向應力加載裝置、最大水平地應力反力裝置、最大水平地應力施加裝置、最小水平主應力施加裝置；

9、所述垂向應力加載裝置設置在試驗區(qū)上方，所述最大水平地應力反力裝置設置在試驗區(qū)左方，所述最大水平地應力施加裝置設置在試驗區(qū)右方，所述最小水平主應力施加裝置設置在試驗區(qū)后方。

10、所述泵注系統(tǒng)包括液氮泵注裝置、超臨界co2泵注裝置、常規(guī)壓裂液泵注裝置；

11、使用泵注管路將液氮泵注裝置、超臨界co2泵注裝置、常規(guī)壓裂液泵注裝置出口并聯(lián)起來，所述泵注管路的總路與分路上均設置有流體閥；

12、試驗時，泵注管路出口與注液口連接。

13、還設置有計算機控制系統(tǒng)；

14、所述計算機控制系統(tǒng)包括顯示裝置和與顯示裝置連接的輪式裝夾控制裝置、應力加載控制裝置、泵注控制裝置、數(shù)據(jù)采集及整理裝置；

15、所述輪式裝夾控制裝置與裝夾區(qū)連接；

16、所述應力加載控制裝置與所述垂向應力加載裝置、最大水平地應力施加裝置、最小水平主應力施加裝置連接；

17、所述數(shù)據(jù)采集及整理裝置與最大水平地應力反力裝置、垂向應力反力裝置、最小水平地應力反力裝置連接；

18、所述泵注控制裝置與泵注系統(tǒng)連接。

19、所述輪式裝夾控制裝置控制裝夾區(qū)的裝夾動作；

20、所述泵注控制裝置控制液氮泵注裝置、超臨界co2泵注裝置、常規(guī)壓裂液泵注裝置的啟停，控制流體閥的通斷；

21、所述顯示裝置顯示裝夾區(qū)工作狀態(tài)、三軸的應力加載狀態(tài)、三軸的應力反力數(shù)據(jù)、泵注系統(tǒng)工作狀態(tài)。

22、一種輪式多巖性真三軸水力壓裂試驗裝置的使用方法，包括以下步驟，

23、s1、試驗準備：制備至少兩個多巖性巖樣，將制備好的多巖性巖樣放置在承載輪盤裝夾區(qū)，并進行預裝夾；

24、s2：應力加載準備：通過轉動承載輪盤，使一塊多巖性巖樣位于試驗區(qū)，控制應力加載系統(tǒng)完成x、y、z軸的應力加載準備；

25、應力加載準備時，試驗區(qū)多巖性巖樣頂面正對垂向應力加載裝置，并挪動垂向應力反力裝置確保垂向應力加載裝置施加的力能夠完全被垂向應力反力裝置接收；通過控制應力加載系統(tǒng)控制垂向應力加載裝置，使應力加載面與多巖性巖樣上表面緊貼并固定，完成z軸準備；

26、轉動最小水平地應力反力裝置，使其緊貼巖樣側面；通過控制應力加載系統(tǒng)控制最小水平地應力加載裝置，使應力加載面與巖樣側面緊貼，與最小水平地應力反力裝置一同固定多巖性巖樣，完成y軸準備；

27、通過控制應力加載系統(tǒng)控制最大水平地應力加載裝置，使應力加載面與巖樣側面緊貼，同時控制最大水平地應力反力裝置，使應力加載面與多巖性巖樣側面緊貼，與最大水平地應力加載裝置一同固定多巖性巖樣，完成x軸準備；

28、至此多巖性巖樣六個面被充分固定。

29、s3、應力加載：繼續(xù)控制應力加載系統(tǒng)，為多巖性巖樣施加試驗所需的各向應力，并使多巖性巖樣在受力狀態(tài)下穩(wěn)定一段時間；

30、s4：壓裂試驗：通過控制泵注系統(tǒng)向多巖性巖樣中注入常規(guī)壓裂液，通過對壓力階梯提升，達到試驗所需壓力；

31、然后向多巖性巖樣中繼續(xù)注常規(guī)壓裂液，開始常規(guī)壓裂液壓裂試驗；

32、多巖性巖樣破壞后停止試驗，解除應力加載，對試驗數(shù)據(jù)進行采集及整理；

33、s5：更換試驗樣品，轉動輪盤切換其他多巖性巖樣重復進行試驗。

34、在本發(fā)明的一個實施例中，對使用步驟做出調(diào)整，

35、s4：壓裂試驗：通過控制泵注系統(tǒng)向多巖性巖樣中注入co2，通過對壓力階梯提升，達到試驗所需壓力；

36、然后向多巖性巖樣中繼續(xù)注co2，開始co2壓裂試驗；

37、多巖性巖樣破壞后停止試驗，解除應力加載，對試驗數(shù)據(jù)進行采集及整理；

38、在本發(fā)明的一個實施例中，對使用步驟做出調(diào)整，

39、s4：壓裂試驗：通過控制泵注系統(tǒng)向多巖性巖樣中注入液氮，通過對壓力階梯提升，達到試驗所需壓力；

40、然后向多巖性巖樣中繼續(xù)注液氮，開始液氮壓裂試驗；

41、多巖性巖樣破壞后停止試驗，解除應力加載，對試驗數(shù)據(jù)進行采集及整理；

42、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果：

43、1、本發(fā)明將巖樣在承載輪盤上進行預加載，可以實現(xiàn)不同巖樣的切換，大大提高了試驗效率；

44、2、本發(fā)明在水力壓裂多層巖石上分別施加不同大小的地應力，比較真實地模擬了巖石真實的受力狀態(tài)；

45、3、本發(fā)明可以按照試驗需求切換試驗所需注入液體類型，包含液氮、常規(guī)壓裂液及超臨界co2，實現(xiàn)多元化操作。