(19)中华 人民共和国 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 202111455085.9 (22)申请日 2021.12.01 (71)申请人 中南大学 地址 410000 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 曹函　李宗策　孙平贺　张绍和　 高强　 (74)专利代理 机构 长沙轩荣专利代理有限公司 43235 代理人 董崇东 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/06(2006.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同 步监测装置 (57)摘要 本发明提供了一种多场耦合低渗岩样水力 裂缝演化多尺度同步监测装置， 包括真三轴伺服 控制系统、 水力压裂系统、 多尺度监测系统以及 压裂改造评价系统， 其中真三轴伺服控制 系统对 试样进行三个主应力方向的加载， 水力压裂系统 对试样注入压裂液使试样压裂， 多尺度监测系统 同时启动对压裂过程的相关参数变化进行多尺 度实时记录， 压裂改造评价系统在试样压裂后保 持原有的应力状态下注液， 通过出液流量等对压 裂后的试样进行压裂改造评价， 可以模拟不同深 度储层的受力情况下， 对试样进行不同注液方式 的水力压裂试验， 以及多尺度的监测和后续压裂 改造评价， 为非常规能源储层压裂改造与多尺度 岩石力学的研究提供了相关 设备。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114136800 A 2022.03.04 CN 114136800 A 1.一种多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同步监测装置， 其特征在于， 包括真三 轴伺服控制系统、 水力压裂系统、 多尺度监测系统以及压裂改造评价系统， 所述真三轴伺服 控制系统对试样进行三个主应力方向的加载， 所述水力压裂系统和所述压裂改造评价系统 均通过高压输出总 管与注液管相连， 所述水力压裂系统对试样注入压裂液使试样压裂， 所 述多尺度监测系统对压裂过程的相关参数变化进 行多尺度实时记录， 采用倒计时启动方式 使所述多尺度监测系统的各个模块与所述水力压裂注液系统同时启动， 所述压裂改造评价 系统在试样压裂后保持原有的应力状态下注液， 通过压力、 流量数据对压裂后的试样进行 效果评价。 2.根据权利要求1所述的一种多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同步监测装置， 其特征在于， 所述真三轴伺服控制系统包括操作 平台、 竖轴主机框架和两个水平主机框架， 所述操作平台放置试样， 两个所述水平主机框架 正交设置， 所述竖轴主机框架竖直设置， 所 述水平主机框架和所述竖轴主机框架上分别设置有加载油缸， 三个所述加载油缸分别由三 个独立的伺服控制阀控制， 所述加载油缸通过管路与液压站相连， 以实现对试样的稳定持 续加载， 所述液压站包括比例泵和油源冷却组件。 3.根据权利要求2所述的一种多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同步监测装置， 其特征在于， 每个所述加载油缸 的端部均设置有传压杆， 所述水平主机框架连接的传压杆 水平布置且预留有通道， 所述通道用于所述注液管 的穿过， 所述操作平台上设置有与所述 传压杆一 一对应的加载板， 所述加载板上 预留有所述注液 管的注液孔。 4.根据权利要求3所述的一种多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同步监测装置， 其特征在于， 所述操作平台上形成有导流槽， 所述导流槽为逐渐缩小的漏斗状并汇集至孔 端， 以收集所述压裂改造评价系统的出液流量， 所述加载板上预留有安装声发射探头的预 留孔。 5.根据权利要求4所述的一种多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同步监测装置， 其特征在于， 所述水力压裂系统包括通过管路依次相连的储液器、 第一阀门、 双向泵、 第二 阀门、 增压器、 脉冲增压器、 不锈钢蓄能器以及伺服控制器， 所述增压器设置有间接测量液 体流量的第一位移传感器， 所述增压器与所述脉冲增压器均与所述高压输出总管连通， 并 在连通处设置有第一压力传感器。 6.根据权利要求4所述的一种多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同步监测装置， 其特征在于， 所述多尺度监测系统包括声发射监测模块、 应力 ‑位移监测模块、 应变监测模 块、 注液压力监测模块和微观内窥镜监测模块； 所述声发射监测模块包括所述加载板的预 留孔处安装的声发射探头， 所述应力 ‑位移监测模块包括安装在所述传压杆上 的应力传感 器和第二位移传感器， 所述应变监测模块包括粘贴在试样上 的应变片， 所述注液压力监测 模块包括与所述注液管连接的注液压力传感器， 所述微观内窥镜监测模块包括双层透明 管、 内窥镜头和内窥操作台， 所述双层透明管的外层为注液管， 内层用于安装内窥镜头， 所 述内窥镜 头用于监测裂缝的起裂、 扩展、 贯 通全过程。 7.根据权利要求6所述的一种多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同步监测装置， 其特征在于， 所述压裂改造评价系统包括大流量注液组件， 所述大流量注液组件包括通过 管路依次连通的高压往复泵和储液桶， 所述高压往复泵的输液管通过分流阀与所述高压输 出总管相连， 所述高压往复泵的输液管处设置有流量计和第二压力传感器， 所述压裂改造权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114136800 A 2评价系统还 包括设置在所述 导流槽孔端的电子 秤。 8.根据权利要求1所述的一种多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同步监测装置， 其特征在于， 还包括数据采集处理与控制系统500， 所述数据采集处理与控制系统500通过 软件501集成三轴加压控制、 压裂流 量、 流速控制、 监测数据储 存、 处理、 成像为 一体。 9.根据权利要求1所述的一种多场耦合低渗岩样水力裂缝演化多尺度同步监测装置， 其特征在于， 所述试样的尺寸 为100*100*100mm～500*500*500mm的立方体。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114136800 A 3