(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210894018.5 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 华北水利水电大 学 地址 450045 河南省郑州市金 水区北环路 36号 (72)发明人 付金伟　郭梦迪　雒翔宇　李彤　 (74)专利代理 机构 郑州盈派知识产权代理事务 所(普通合伙) 41196 专利代理师 樊羿　张晓辉 (51)Int.Cl. G01N 1/28(2006.01) G01N 1/30(2006.01) G01N 1/36(2006.01) G01N 1/38(2006.01) G01N 1/44(2006.01) (54)发明名称 裂隙岩体水力压裂模拟试件及其制备与应 用 (57)摘要 本发明公开了一种裂隙岩体水力压裂模拟 试件及其制备与应用， 旨在解决现有试件难以用 于研究特定排列原生裂隙和可注水裂隙的水力 压裂机理的技术问题。 该试件包括由高脆性透明 树脂浇注成型的类岩体及埋设于类岩体内的非 注水裂隙和中空注水裂隙。 高脆性透明树脂由 CY‑39型树脂、 YS ‑T31固化剂按100： 34的质量比 组成， 在‑15～‑10℃下有良好类岩石特性； 非注 水裂隙由对应形状的两个云母片组合而成， 中空 注水裂隙包括对应形状的裂隙空腔及将该空腔 连通至类岩体外的注水通道。 兼具透明、 可内置 各类裂隙和岩石高脆性等特点， 能清晰的观测试 件在各类工况下的水压致裂的裂纹萌生、 扩展及 演化过程以及对非注水裂隙的影 响和联系， 能够 用于原生裂隙的水力压 裂机理的研究。 权利要求书2页 说明书8页 附图5页 CN 115436118 A 2022.12.06 CN 115436118 A 1.一种裂隙岩体水力 压裂模拟试件， 其特征在于， 该试件高透 明、 肉眼可清晰观察到 内 部裂纹和损伤的全程演化规律， 具体包括由高脆性透明树脂材料浇注成型的类岩 体及埋设 于类岩体内部的非注水裂隙或非注水裂隙组和/或注水裂隙或注水裂隙组； 所述模拟试件 抗压和抗拉强度之比高达6.6， 以真实试验呈现页岩地层在水压作用下油、 气开采过程的裂 缝渐进扩展过程。 2.根据权利要求1所述的裂隙岩体水力 压裂模拟试件， 其特征在于， 所述非注水裂隙由 对应形状的圆形或椭圆形透明云母片组合而成， 单个云母片厚度0.1  mm， 采用钢模具冲压 成形， 边缘整齐， 以避免毛边、 尺寸缺陷所带来的应力集中现象， 采用以下不同方案模拟三 种类型节理裂隙： 对于完全张开型的节理裂隙， 模拟方法是采用将两个相同云母片叠放， 中间涂抹润滑 油； 对于软弱节 理裂隙， 其自身具有微弱的粘结强度， 采用的是在两个云母片中间涂抹CY ‑ 39型环氧树脂； 对于充填型节理裂隙， 由于其粘结强度低、 抗拉强度小， 但摩擦性较好， 采用的是将两 个云母片用双面胶叠放粘接 。 3.根据权利要求1所述的裂隙岩体水力 压裂模拟试件， 其特征在于， 所述注水裂隙为中 空体， 包括对应形状的裂隙空腔及用于将该空腔连通至类岩体外的注水通道； 制备成型方 法为下述 三种方法的任一种： （1） 由云母片、 垫圈围设成对应形状的密闭裂隙空腔， 并设置将裂隙空腔连通至外界的 注水管； （2） 以TNSLA3908型光敏树脂为原料， 采用3D打印技术， 打印成型与所述裂隙空腔和注 水通道形状相对应的薄壁空腔体， 壁厚0.2  mm； （3） 以高温水溶性聚乙烯醇为原料， 采用3D打印技术， 打印成型与所述裂隙空腔和注水 通道形状相对应的模型体。 4.一种裂隙岩体水力压裂模拟试件的制备 方法， 其特 征在于， 包括如下 具体步骤： （1） 树脂浇注料制备： 取CY ‑39型树脂、 YS ‑T31改性胺固化剂按100： 34 的质量比混合均 匀， 在真空机中放置 30分钟以去除气泡； （2） 裂隙模 件制备， 至少包括下述 者之一： ①非注水裂隙模 件： 取市场上购买的长方形云母片冲压或剪裁成为试验所需的裂隙形状， 根据所模拟的裂 隙的不同类型， 即张开型、 软弱型、 充填型， 采用权利要求2中所述的方法进行制作； ②注水裂隙模 件： 取云母片、 垫圈围设成试验所需形状的裂隙空腔， 并设置连通该裂隙空腔的注水管； 或， 以TNSLA3908型光敏树脂为打印材料， 3D打印成型与试验所需的裂隙空腔和注水通道 形状相对应的薄壁空腔体； 或， 以高温水溶性PVA为材料， 3D打印成型与试验所需的裂隙空腔和注水通道形状相对应 的水溶性模型体； （3） 裂隙模 件布设： 在试件浇注模具中排布并固定试验所需的裂隙模 件或裂隙模 件组；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115436118 A 2（4） 试件浇注及养护成型： 向裂隙模件布设完成后的试件浇注模具中引流浇入所述树 脂浇注料， 并进行除气泡处理后， 于15～20℃下鼓风干燥40～50h， 待试件力学强度≥40   MPa时脱模， 再于70～80℃下鼓风干燥3 0～40h。 5.根据权利要求4所述的裂隙岩体模拟试件的制备方法， 其特征在于， 当注水裂隙模件 为水溶性PVA模型体时， 还 包括如下处置步骤： 在试件养护成型后， 将其置于80℃热水中半小时， 使PVA材料所打印制成的水溶性模型 体完全溶解， 从而形成对应的裂隙空腔和注水通道。 6.根据权利要求4所述的裂隙岩体模拟试件的制备方法， 其特征在于， 在步骤 （3） 中， 所 述试件浇注模具为有机高分子硅胶 模具， 不和树脂发生反应， 容易脱模且可重复使用； 同时 通过以下方式定位固定所述裂隙模件： 通过细 线牵拉、 连接对应的裂隙模件， 并将细 线两端 固定于试件浇注模具两侧壁上。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115436118 A 3