一种监测页岩水力压裂破裂过程的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种页岩水力压裂技术，具体涉及一种监测页岩水力压裂破裂过程的装置和方法。
【背景技术】
[0002]页岩储层的渗透率较低，力学各向异性明显，因此一般采用水力压裂进行开采。在实施水力压裂之前，需要进行水力压裂相关研究。目前，通常采用大型真三轴装置进行水力压裂试验，该装置采用千斤顶在x、Y、z三个方向独立施加压力，所加载荷大，可模拟高应力条件下的真实受力状态，然而采用千斤顶直接加压存在压力均匀性偏差较大等问题。为了克服该问题，作为一种改进方式，在加压过程中，通过将x、Y、z三个方向与连接板、传力板以及定向机构等装置连接，从而将轴向加载系统的力均匀地传到试样的各个受力面上。尽管该改进方式克服了上述压力均匀性偏差较大的问题，然而装置体积庞大、不便于携带，无法适应复杂的现场情况。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种监测页岩水力压裂破裂过程的装置和方法，用于解决现有技术中的装置体积庞大、不便于携带，无法适应复杂的现场情况等技术缺陷。
[0004]本发明提供一种监测页岩水力压裂破裂过程的装置，包括:
[0005]支架，其底部设有底座；
[0006]固定支撑部，包括底板和两个侧板，底板设置在底座上，两个侧板分别设置在底板的两个相邻侧边上，在侧板上开设有开孔；
[0007]垂向加载部，包括垂向加载板和垂向加载杆，垂向加载板水平设置在底板上方，垂向加载杆的下端固定在垂向加载板上，垂向加载杆的上端从支架顶部穿出，垂向加载杆的中部与支架顶部螺纹连接；
[0008]两个侧向加载部，分别与两个侧板相对设置，侧向加载部包括侧向加载板和侧向加载杆，侧向加载杆的一端固定在侧向加载板上，侧向加载杆的另一端从支架侧部穿出，侧向加载杆的中部与支架侧部螺纹连接。
[0009]进一步地，在底板、两个侧板、垂向加载板和两个侧向加载板的内表面分别开设有至少一个用于安装声发射探头的凹槽。
[0010]进一步地，在底板、两个侧板、垂向加载板和两个侧向加载板的内表面分别相对开设有两个所述凹槽。
[0011 ]进一步地，在所述凹槽安装有声发射探头。
[0012]本发明的装置还包括伺服电机，所述伺服电机与所述侧向加载杆连接以驱动所述侧向加载杆旋转。
[0013]进一步地，在所述垂向加载杆的上端设有手动加载柄。
[0014]进一步地，在所述垂向加载杆和两个侧向加载杆上均设有应力传感器。
[0015]在一实施方式中，所述支架的顶部和底部均呈十字形，所述支架的侧部包括四个立柱，各立柱设置在所述顶部与底部的各端部之间。
[0016]进一步地，所述支架的长度、宽度和高度均小于50cm。
[0017]本发明还提供一种监测页岩水力压裂破裂过程的方法，利用上述任一所述的装置进行，并且所述方法包括:
[0018]取页岩并将其裁切为长方体，在长方体上钻孔，随后干燥，制得试样；
[0019]在所述装置的底板、两个侧板、垂向加载板和两个侧向加载板的内表面分别安装至少一个声发射探头，将试样置于所述装置中，分别旋转所述垂向加载杆和两个侧向加载杆，对试样加压至达到预设压力；
[0020]向试样的孔中栗入液体，并利用声发射探头监测试样压裂破裂过程。
[0021]本发明提供的监测页岩水力压裂破裂过程的装置结构简单，体积小，具有很好的便携性，安装和使用方便，特别适合用于施工现场，现场可操作性强。本发明提供的监测页岩水力压裂破裂过程的方法采用上述装置进行，该方法操作简单，可控性强，适用范围广泛;特别是，该方法能够在接近真实地层状态下进行测试，并且能够得到试样在水力压裂时的破裂形态、破裂方式、破裂位置等信息，从而有利于深入了解岩石水力压裂的过程。
【附图说明】
[0022]图1为本发明一实施例提供的监测页岩水力压裂破裂过程的装置的结构示意图。
[0023]附图标记说明:
[0024]1:支架;2:底座;3:底板;4:侧板;5:垂向加载板;6:垂向加载杆;7:侧向加载板;8:侧向加载杆;9:凹槽;10:手动加载柄;11:顶部;12:底部;13:侧部;14:螺纹孔。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]实施例1
[0027]如图1所示，本发明的监测页岩水力压裂破裂过程的装置，包括:支架1，其底部12设有底座2 ；固定支撑部，包括底板3和两个侧板4，底板3设置在底座2上，两个侧板4分别设置在底板2的两个相邻侧边上，在侧板4上开设有开孔;垂向加载部，包括垂向加载板5和垂向加载杆6，垂向加载板5水平设置在底板3上方，垂向加载杆6的下端固定在垂向加载板5上，垂向加载杆6的上端从支架1顶部11穿出，垂向加载杆6的中部与支架1顶部11螺纹连接；两个侧向加载部，分别与两个侧板4相对设置，侧向加载部包括侧向加载板7和侧向加载杆8，侧向加载杆8的一端固定在侧向加载板7上，侧向加载杆8的另一端从支架1侧部13穿出，侧向加载杆8的中部与支架1侧部13螺纹连接。
[0028]在本发明的装置中，支架1为整个装置提供支撑，并通过螺纹连接为垂向加载板5和两个侧向加载板7提供限制位和加载力;底座2为整个装置提供稳定的试验平台；底板3和两个侧板4为试样提供固定放置位置，侧板4上的开孔用于使实施水力压裂的液体进入;垂向加载部和两个侧向加载部分别为试样提供加载力;底板3、两个侧板4、垂向加载板5和两个侧向加载板7这六块板共同围成用于放置试样的加载空间，在对试样加载时，六块板与柱状试样的六个表面形成接触;垂向加载杆6和各侧向加载杆8分别与支架1之间螺纹连接，在旋转垂向加载杆6和各侧向加载杆8时，随着垂向加载杆6和各侧向加载杆8的推进，其与支架1之间的作用力分别成为垂向加载板5和各侧向加载板7对试样的加载力。上述装置结构简单，体积小，具有很好的便携性，安装和使用方便，特别适合用于施工现场，现场可操作性强。
[0029]在本发明中，对支架1的具体结构不作严格限制；并且，可以理解的是，支架1应当具有顶部11、底部12和侧部13，顶部11与底部12相对设置。在一实施方式中，支架1的顶部11和底部12均呈十字形，支架1的侧部13包括四个立柱，立柱设置在顶部11与底部12的端部之间;此外，在顶部11和立柱上分别设置有螺纹孔14，以与垂向加载杆6和各侧向加载杆8形成螺纹连接。
[0030]进一步地，支架1的长度、宽度和高度均可设置为小于50cm，也就是说，本发明装置的体积小于50cm X 50cm X 50cm。此时，该装置的体积较小，方便携带。
[0031]在本发明中，可以在底板3、两个侧板4、垂向加载板5和两个侧向加载板7的内表面分别开设至少一个用于安装声发射探头的凹槽9。在本发明中，将朝向上述加载空间的表面设为内表面。凹槽9用于安装声发射探头，在上述各板的内表面分别开设凹槽9，有利于在进行水力压裂试验时安装声发