可视化二维水力裂缝模拟实验装置

摘要

本发明为一种可视化二维水力裂缝模拟实验装置，包括试验机、加压装置和控制部，试验机包括围压腔体，围压腔体的顶部设置上盖，上盖上设置透明窗；加压装置包括能向岩石试样施加水平压力的侧向加压板，侧向加压板上连接有侧向加压液压结构；加压装置还包括能向岩石试样施加竖直压力的纵向加压板，纵向加压板的底部连接有纵向加压液压缸，纵向加压板上设置多个注液孔和多个测压孔，各注液孔与压裂液注入泵连通设置；控制部包括数据采集单元和控制单元。该装置能够用于孔隙压力、围压等条件下多条二维水力裂缝模拟实验研究，可获得水力裂缝的缝长、缝宽、延伸速度以及裂缝周围的应力应变场和孔隙压力场等数据，其构造简单、操作方便、实用性强。

权利要求

1.一种可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，包括，

试验机，包括用于固定容纳设有预制井眼的岩石试样且能密封的围压腔体，所述围压腔体的顶部能拆卸地密封设置上盖，所述上盖上设置密封的透明窗；所述上盖中心处开设窗口透孔，所述窗口透孔的下方密封固定设置玻璃板构成所述透明窗；

加压装置，包括设置于所述围压腔体内且能向所述岩石试样施加水平压力的侧向加压板，所述侧向加压板上连接有能驱动所述侧向加压板水平移动且能施加水平压力的侧向加压液压结构；所述加压装置还包括密封设置于所述围压腔体的底部且能向所述岩石试样施加竖直压力的纵向加压板，所述纵向加压板的底部能拆卸地连接有能驱动所述纵向加压板上下移动且能施加竖直压力的纵向加压液压缸，所述纵向加压板上设置多个注液孔和多个测压孔，各所述注液孔与压裂液注入泵连通设置；

控制部，包括数据采集单元和控制单元，所述数据采集单元包括悬置于所述上盖上方的高速相机和设置于各所述测压孔内的压力探针，所述控制单元用于接收所述数据采集单元传输的影像信息和压力信息，且所述控制单元能控制所述压裂液注入泵、所述侧向加压液压结构和所述纵向加压液压缸的工作状态。

2.如权利要求1所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述围压腔体的横截面为矩形，设定所述围压腔体的一侧壁为第一侧壁，与所述第一侧壁相邻设置的另一侧壁为第二侧壁，所述侧向加压板包括与所述第一侧壁平行设置的第一侧向加压板和与所述第二侧壁平行设置的第二侧向加压板，所述侧向加压液压结构包括设置于所述第一侧壁的外壁上的第一侧向加压液压缸，所述第一侧向加压液压缸能驱动所述第一侧向加压板沿所述第二侧壁的长度方向水平移动，所述侧向加压液压结构还包括设置于所述第二侧壁的外壁上的第二侧向加压液压缸，所述第二侧向加压液压缸能驱动所述第二侧向加压板沿所述第一侧壁的长度方向水平移动，所述第一侧向加压液压缸和所述第二侧向加压液压缸均与围压泵连通设置。

3.如权利要求2所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述第一侧向加压液压缸包括能密封的第一侧向液缸筒，所述第一侧向液缸筒内密封滑动设置第一侧向活塞，所述第一侧向活塞的一端固定连接第一侧向加压杆，所述第一侧向加压杆的另一端密封穿设通过所述第一侧向液缸筒后密封穿设通过所述第一侧壁，所述第一侧向加压杆的另一端与所述第一侧向加压板固定连接；

所述第二侧向加压液压缸包括能密封的第二侧向液缸筒，所述第二侧向液缸筒内密封滑动设置第二侧向活塞，所述第二侧向活塞的一端固定连接第二侧向加压杆，所述第二侧向加压杆的另一端密封穿设通过所述第二侧向液缸筒后密封穿设通过所述第二侧壁，所述第二侧向加压杆的另一端与所述第二侧向加压板固定连接。

4.如权利要求3所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述第一侧向液缸筒的一端固定连接于第一固定板上，所述第一固定板固定连接于所述第一侧壁上，所述第一固定板上设置第一侧向加压杆透孔，所述第一侧向加压杆密封穿设通过所述第一侧向加压杆透孔；所述第一侧向液缸筒的另一端的内部密封套设第一侧向堵头，所述第一侧向液缸筒的另一端外部密封套设第一侧向端盖；所述第二侧向液缸筒的一端固定连接于第二固定板上，所述第二固定板固定连接于所述第二侧壁上，所述第二固定板上设置第二加压杆透孔，所述第二加压杆密封穿设通过所述第二加压杆透孔。

5.如权利要求4所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述第一侧壁上水平向外延伸设置多个第一连接杆，所述第一固定板上与各所述第一连接杆对应地设置第一连接透孔，各所述第一连接杆穿过各所述第一连接透孔后固定连接第一固定螺母；所述第二侧壁上水平向外延伸设置多个第二连接杆，所述第二固定板上与各所述第二连接杆对应地设置第二连接透孔，各所述第二连接杆穿过各所述第二连接透孔后固定连接第二固定螺母。

6.如权利要求1所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述纵向加压液压缸与围压泵连通设置；所述纵向加压液压缸包括纵向液缸筒，所述纵向液缸筒内密封滑动设置纵向活塞，所述纵向活塞上向上延伸设置纵向液压轴，所述纵向液压轴的另一端密封穿过所述纵向液缸筒的顶端后与所述纵向加压板能拆卸地连接。

7.如权利要求6所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述纵向液缸筒的底端能拆卸地密封设置液压缸底座，所述液压缸底座上设有注液口和排液口。

8.如权利要求1所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述试验机还包括包覆于所述岩石试样的顶部且透明的上PVC膜，所述岩石试样的底部包覆设置下PVC膜，所述下PVC膜上设置有与各所述注液孔和各所述测压孔对应的多个膜透孔。

9.如权利要求1所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述围压腔体上还开设有贯通的且能密封的排气孔，所述排气孔能与真空泵或孔隙压力泵连通。

10.如权利要求1所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述试验机还包括试验机刚架，所述围压腔体架设于所述试验机刚架上，所述试验机刚架的底部设置刚架支板，所述刚架支板上设置所述纵向加压液压缸。

11.如权利要求1所述的可视化二维水力裂缝模拟实验装置，其特征在于，所述上盖上设置有相机支架，所述相机支架上架设所述高速相机。

说明书

可视化二维水力裂缝模拟实验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及石油工程岩石力学领域，尤其涉及一种可视化二维水力裂缝模拟实验装置。

背景技术

[0002] 非常规油气在我国分布非常广泛，国土资源部预计，到2030年非常规油气将占油气总产量的1/3。绝大多数非常规油气井都存在达西渗透不明显的问题，必须实施压裂增产措施后方能见产能。水力压裂技术已经成为非常规油气资源开发的重要手段，对油气的经济开发有着直接的影响。

[0003] 水力压裂过程中，水力裂缝的缝长、缝宽、裂缝扩展速度等参数对水力压裂效果具有重要影响。同时，水力压裂过程中水力裂缝周边的应力、应变和孔隙压力分布对水力压裂机理研究具有重要意义。现有水力压裂模拟实验装置和方法一般都无法准确获得岩石试样中水力裂缝的缝长、缝宽、裂缝延伸速度、裂缝周围的应力应变分布和孔隙压力分布等数据，因此有必要进行新的水力压裂模拟装置的设计研究。

[0004] 由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种可视化二维水力裂缝模拟实验装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种可视化二维水力裂缝模拟实验装置，能够用于孔隙压力、围压等条件下多(单)条二维水力裂缝模拟实验研究，可获得水力裂缝的缝长、缝宽、延伸速度以及裂缝周围的应力应变场和孔隙压力场等数据，该装置构造简单、操作方便、实用性强。

[0006] 本发明的目的是这样实现的，一种可视化二维水力裂缝模拟实验装置，包括，[0007] 试验机，包括用于固定容纳设有预制井眼的岩石试样且能密封的围压腔体，所述围压腔体的顶部能拆卸地密封设置上盖，所述上盖上设置密封的透明窗；

[0008] 加压装置，包括设置于所述围压腔体内且能向所述岩石试样施加水平压力的侧向加压板，所述侧向加压板上连接有能驱动所述侧向加压板水平移动且能施加水平压力的侧向加压液压结构；所述加压装置还包括密封设置于所述围压腔体的底部且能向所述岩石试样施加竖直压力的纵向加压板，所述纵向加压板的底部能拆卸地连接有能驱动所述纵向加压板上下移动且能施加竖直压力的纵向加压液压缸，所述纵向加压板上设置多个注液孔和多个测压孔，各所述注液孔与压裂液注入泵连通设置；

[0009] 控制部，包括数据采集单元和控制单元，所述数据采集单元包括悬置于所述上盖上方的高速相机和设置于各所述测压孔内的压力探针，所述控制单元用于接收所述数据采集单元传输的影像信息和压力信息，且所述控制单元能控制所述压裂液注入泵、所述侧向加压液压结构和所述纵向加压液压缸的工作状态。

[0010] 在本发明的一较佳实施方式中，所述围压腔体的横截面为矩形，设定所述围压腔体的一侧壁为第一侧壁，与所述第一侧壁相邻设置的另一侧壁为第二侧壁，所述侧向加压板包括与所述第一侧壁平行设置的第一侧向加压板和与所述第二侧壁平行设置的第二侧向加压板，所述侧向加压液压结构包括设置于所述第一侧壁的外壁上的第一侧向加压液压缸，所述第一侧向加压液压缸能驱动所述第一侧向加压板沿所述第二侧壁的长度方向水平移动，所述侧向加压液压结构还包括设置于所述第二侧壁的外壁上的第二侧向加压液压缸，所述第二侧向加压液压缸能驱动所述第二侧向加压板沿所述第一侧壁的长度方向水平移动，所述第一侧向加压液压缸和所述第二侧向加压液压缸均与围压泵连通设置。

[0011] 在本发明的一较佳实施方式中，所述第一侧向加压液压缸包括能密封的第一侧向液缸筒，所述第一侧向液缸筒内密封滑动设置第一侧向活塞，所述第一侧向活塞的一端固定连接第一侧向加压杆，所述第一侧向加压杆的另一端密封穿设通过所述第一侧向液缸筒后密封穿设通过所述第一侧壁，所述第一侧向加压杆的另一端与所述第一侧向加压板固定连接；

[0012] 所述第二侧向加压液压缸包括能密封的第二侧向液缸筒，所述第二侧向液缸筒内密封滑动设置第二侧向活塞，所述第二侧向活塞的一端固定连接第二侧向加压杆，所述第二侧向加压杆的另一端密封穿设通过所述第二侧向液缸筒后密封穿设通过所述第二侧壁，所述第二侧向加压杆的另一端与所述第二侧向加压板固定连接。

[0013] 在本发明的一较佳实施方式中，所述第一侧向液缸筒的一端固定连接于第一固定板上，所述第一固定板固定连接于所述第一侧壁上，所述第一固定板上设置第一侧向加压杆透孔，所述第一侧向加压杆密封穿设通过所述第一侧向加压杆透孔；所述第一侧向液缸筒的另一端的内部密封套设第一侧向堵头，所述第一侧向液缸筒的另一端外部密封套设第一侧向端盖；所述第二侧向液缸筒的一端固定连接于第二固定板上，所述第二固定板固定连接于所述第二侧壁上，所述第二固定板上设置第二加压杆透孔，所述第二加压杆密封穿设通过所述第二加压杆透孔。

[0014] 在本发明的一较佳实施方式中，所述第一侧壁上水平向外延伸设置多个第一连接杆，所述第一固定板上与各所述第一连接杆对应地设置第一连接透孔，各所述第一连接杆穿过各所述第一连接透孔后固定连接第一固定螺母；所述第二侧壁上水平向外延伸设置多个第二连接杆，所述第二固定板上与各所述第二连接杆对应地设置第二连接透孔，各所述第二连接杆穿过各所述第二连接透孔后固定连接第二固定螺母。

[0015] 在本发明的一较佳实施方式中，所述纵向加压液压缸与围压泵连通设置；所述纵向加压液压缸包括纵向液缸筒，所述纵向液缸筒内密封滑动设置纵向活塞，所述纵向活塞上向上延伸设置纵向液压轴，所述纵向液压轴的另一端密封穿过所述纵向液缸筒的顶端后与所述纵向加压板能拆卸地连接。

[0016] 在本发明的一较佳实施方式中，所述纵向液缸筒的底端能拆卸地密封设置液压缸底座，所述液压缸底座上设有注液口和排液口。

[0017] 在本发明的一较佳实施方式中，所述试验机还包括包覆于所述岩石试样的顶部且透明的上PVC膜，所述岩石试样的底部包覆设置下PVC膜，所述下PVC膜上设置有与各所述注液孔和各所述测压孔对应的多个膜透孔。

[0018] 在本发明的一较佳实施方式中，所述上盖中心处开设窗口透孔，所述窗口透孔的下方密封固定设置玻璃板构成所述透明窗。

[0019] 在本发明的一较佳实施方式中，所述围压腔体上还开设有贯通的且能密封的排气孔，所述排气孔能与真空泵或孔隙压力泵连通。

[0020] 在本发明的一较佳实施方式中，所述试验机还包括试验机刚架，所述围压腔体架设于所述试验机刚架上，所述试验机刚架的底部设置刚架支板，所述刚架支板上设置所述纵向加压液压缸。

[0021] 在本发明的一较佳实施方式中，所述上盖上设置有相机支架，所述相机支架上架设所述高速相机。

[0022] 由上所述，本发明提供的可视化二维水力裂缝模拟实验装置具有如下有益效果：

[0023] 本发明的可视化二维水力裂缝模拟实验装置中，加压装置对岩石试样施压，模拟地层岩石受到的实际应力，高速相机能通过透明窗对岩石试样二维水力裂缝的产生和发展过程进行实时摄影，通过DIC技术和压力监测可以得到水力压裂过程中岩石试样上的应力、应变和孔隙压力等参数的分布规律；本发明的可视化二维水力裂缝模拟实验装置构造简单、操作方便、实用性强，能够对天然岩石试样和人工试样进行围压条件下的水力压裂模拟实验，可以在实验过程中得到更多参数的分布规律，可为油田及研究机构的水力压裂设计提供更多依据。

附图说明

[0024] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

[0025] 图1：为本发明的可视化二维水力裂缝模拟实验装置的整体示意图。

[0026] 图2：为本发明的试验机结构示意图。

[0027] 图3：为本发明的围压腔体内布局示意图。

[0028] 图4：为本发明的第一侧向加压液压缸处的结构示意图。

[0029] 图5：为本发明的纵向加压液压缸处的结构示意图。

[0030] 图6：为本发明的相机支架及高速相机的结构示意图。

[0031] 图7：为本发明的岩石试样的密封示意图。

[0032] 图中：

[0033] 100、可视化二维水力裂缝模拟实验装置；

[0034] 1、上盖；2、玻璃板；3、围压腔体；4、纵向加压板；5、第一侧向加压板；6、试验机刚架；7、纵向液压轴；71、凹槽结构；8、纵向液缸筒；9、液压缸底座；10、第一连接杆；11、第一固定螺母；12、第一侧向液缸筒；13、第一侧向端盖；14、第一侧向堵头；15、第一侧向活塞；16、第一固定板；17、第一侧向加压杆；18、第一压环；19、相机支架；20、高速相机；21、岩石试样；22、上PVC膜；Ⅰ、注液口；Ⅱ、排液口。

具体实施方式

[0035] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

[0036] 如图1至图7所示，本发明提供一种可视化二维水力裂缝模拟实验装置100，其包括，

[0037] 试验机，包括用于固定容纳设有预制井眼的岩石试样21且能密封的围压腔体3，围压腔体3的顶部能拆卸地密封设置上盖1，在本实施方式中，上盖1与围压腔体3的侧壁顶部之间通过螺栓连接并通过密封圈密封，上盖1上设置密封的透明窗；

[0038] 加压装置，包括设置于围压腔体3内且能向岩石试样21(可以是天然岩石试样，也可以是人工试样)施加水平压力的侧向加压板，侧向加压板上连接有能驱动侧向加压板水平移动且能施加水平压力的侧向加压液压结构；加压装置还包括密封设置于围压腔体3的底部且能向岩石试样21施加竖直压力的纵向加压板4，在本实施方式中，纵向加压板4与围压腔体3的侧壁之间通过密封圈密封，纵向加压板4构成围压腔体3的密封底板，实验时，纵向加压板4的顶面与上盖1的底面之间的距离小于岩石试样21的高度，使岩石试样21上产生的水力裂缝能够等效处理为二维水力裂缝。纵向加压板4的底部能拆卸地连接有能驱动纵向加压板上下移动且能施加竖直压力的纵向加压液压缸，纵向加压板4上设置多个注液孔和多个测压孔，多个注液孔和多个测压孔呈矩形阵列设置；各注液孔与压裂液注入泵(设置于试验机外部，现有技术，用于向围压腔体3内泵入压裂液)连通设置，压裂液注入泵通过多个注液孔同时注入压裂液，使得岩石试样21上出现多条水力裂缝，从而能够研究水力裂缝间的相互影响；

[0039] 控制部，包括数据采集单元和控制单元，数据采集单元包括悬置于上盖1上方的高速相机20和设置于各测压孔内的压力探针，高速相机20能通过透明窗对岩石试样二维水力裂缝的产生和发展过程，压力探针能够测量岩石试样21上的孔隙压力，从而得到岩石试样21的孔隙压力分布规律；控制单元用于接收数据采集单元传输的影像信息和压力信息，且控制单元能控制压裂液注入泵、侧向加压液压结构和纵向加压液压缸的工作状态。

[0040] 本发明的可视化二维水力裂缝模拟实验装置中，加压装置对岩石试样施压，模拟地层岩石受到的实际应力，高速相机能通过透明窗对岩石试样二维水力裂缝的产生和发展过程进行实时摄影，通过DIC技术和压力监测可以得到水力压裂过程中岩石试样上的应力、应变和孔隙压力等参数的分布规律；本发明的可视化二维水力裂缝模拟实验装置构造简单、操作方便、实用性强，能够对天然岩石试样和人工试样进行围压条件下的水力压裂模拟实验，可以在实验过程中得到更多参数的分布规律，可为油田及研究机构的水力压裂设计提供更多依据。

[0041] 进一步，如图1、图2、图3、图4所示，围压腔体3的横截面为矩形，设定围压腔体3的一侧壁为第一侧壁，与第一侧壁相邻设置的另一侧壁为第二侧壁，侧向加压板包括与第一侧壁平行设置的第一侧向加压板5和与第二侧壁平行设置的第二侧向加压板；侧向加压液压结构包括设置于第一侧壁的外壁上的第一侧向加压液压缸，第一侧向加压液压缸能驱动第一侧向加压板5沿第二侧壁的长度方向水平移动，侧向加压液压结构还包括设置于第二侧壁的外壁上的第二侧向加压液压缸，第二侧向加压液压缸能驱动第二侧向加压板沿第一侧壁的长度方向水平移动，第一侧向加压液压缸和第二侧向加压液压缸均与围压泵连通设置。

[0042] 设定第一侧壁的长度方向为X轴方向，设定第二侧壁的长度方向为Y轴方向，设定纵向加压液压缸驱动纵向加压板4的移动方向为Z轴方向，第一侧向加压液压缸通过第一侧向加压板5向岩石试样21施加Y轴方向压力，第二侧向加压液压缸通过第二侧向加压板向岩石试样21施加X轴方向压力，纵向加压液压缸通过纵向加压板4向岩石试样21施加Z轴方向压力，加压装置对岩石试样21施加三向围压，模拟了地层岩石实际受到的三向应力。

[0043] 进一步，如图1、图4所示，第一侧向加压液压缸包括能密封的第一侧向液缸筒12，第一侧向液缸筒12内密封滑动设置第一侧向活塞15，第一侧向活塞15的一端固定连接第一侧向加压杆17，第一侧向加压杆17的另一端密封穿设通过第一侧向液缸筒12后密封穿设通过第一侧壁，第一侧向加压杆17的另一端与第一侧向加压板5固定连接；

[0044] 第二侧向加压液压缸与第一侧向加压液压缸采用相同结构，第二侧向加压液压缸包括能密封的第二侧向液缸筒，第二侧向液缸筒内密封滑动设置第二侧向活塞，第二侧向活塞的一端固定连接第二侧向加压杆，第二侧向加压杆的另一端密封穿设通过第二侧向液缸筒后密封穿设通过第二侧壁，第二侧向加压杆的另一端与第二侧向加压板固定连接。

[0045] 进一步，如图1、图4所示，第一侧向液缸筒12的一端固定连接于第一固定板16上，第一固定板16固定连接于第一侧壁上，第一固定板16上设置第一侧向加压杆透孔，第一侧向加压杆17密封穿设通过第一侧向加压杆透孔，为了保证密封性，第一侧向加压杆透孔处密封设置能密封套设于第一侧向加压杆17上的第一压环18；第一侧向液缸筒12的另一端的内部密封套设第一侧向堵头14，第一侧向液缸筒12的另一端外部密封套设第一侧向端盖13，在本实施方式中，第一侧向堵头14和第一侧向端盖13上设有液压油接口，第一侧向加压液压缸通过液压油接口与围压泵连通；第二侧向液缸筒的一端固定连接于第二固定板上，第二固定板固定连接于第二侧壁上，第二固定板上设置第二加压杆透孔，第二加压杆密封穿设通过第二加压杆透孔。

[0046] 进一步，如图1所示，第一侧壁上水平向外延伸设置多个第一连接杆10，第一固定板16上与各第一连接杆10对应地设置第一连接透孔，各第一连接杆10穿过各第一连接透孔后固定连接第一固定螺母11；

[0047] 第二侧壁上水平向外延伸设置多个第二连接杆，第二固定板上与各第二连接杆对应地设置第二连接透孔，各第二连接杆穿过各第二连接透孔后固定连接第二固定螺母。

[0048] 进一步，如图1、图5所示，纵向加压液压缸与围压泵连通设置；纵向加压液压缸包括纵向液缸筒8，纵向液缸筒8内密封滑动设置纵向活塞，纵向活塞的上方构成上气腔，纵向活塞的下方构成下液腔，纵向液缸筒8的顶部设置通气孔，纵向液缸筒8的底部设置注液口和排液口；下液腔进油，纵向活塞上移，上气腔排气；下液腔进油，纵向活塞上移，上气腔进气。纵向活塞上向上延伸设置纵向液压轴7，纵向液压轴7的另一端密封穿过纵向液缸筒8的顶端后与纵向加压板能拆卸地连接，在本实施方式中，纵向液缸筒8的顶端设置密封圈，实现纵向液压轴7与纵向液缸筒8之间的密封。在本实施方式中，纵向液压轴7的另一端设有凹槽结构71，凹槽结构71为注液孔的连接管线和测压孔内的压力探针预留空间。纵向液压轴7在液压作用下驱动纵向加压板上升、下降，当纵向加压板下降至围压腔体3限制最低位置时，纵向液压轴7与纵向加压板脱离。

[0049] 在本实施方式中，纵向液缸筒8的底端能拆卸地密封设置液压缸底座9，液压缸底座上设有注液口Ⅰ和排液口Ⅱ。纵向加压液压缸通过注液口Ⅰ和排液口Ⅱ与围压泵连通。在本实施方式中，液压缸底座9通过密封圈与纵向液缸筒8的底端之间实现密封。

[0050] 进一步，如图7所示，试验机还包括包覆于岩石试样21的顶部且透明的上PVC膜22，岩石试样21的底部包覆设置下PVC膜，下PVC膜上设置有与各注液孔和各测压孔对应的多个膜透孔。在纵向加压板4和上盖1相对的压紧作用下上PVC膜22和下PVC膜密封岩石试样21的上表面和下表面，防止液体沿岩石试样21的上表面和下表面渗漏。在本实施方式中，上PVC膜22和下PVC膜的形状尺寸分别于岩石试样21的上表面、下表面的形状尺寸一致；多个膜透孔与各注液孔、各测压孔对应设置，从而实现对岩石试样21的注液压裂和孔隙压力测量。

[0051] 进一步，如图1所示，上盖1中心处开设窗口透孔，窗口透孔的下方密封固定设置玻璃板2构成前述的透明窗，玻璃板2为高强度玻璃板。在本实施方式中，玻璃板2通过螺栓连接于上盖1的底部并通过密封圈密封。

[0052] 进一步，围压腔体3上还开设有贯通的且能密封的排气孔，排气孔能与真空泵或孔隙压力泵连通；在本实施方式中，排气孔处设置阀门开关，阀门开关的出口可以开放设置，阀门开关的出口还可以密封连接真空泵或孔隙压力泵。排气孔开放设置时，用于围压腔体向外排气；排气孔与真空泵连通时，真空泵对围压腔体3抽真空；排气孔与孔隙压力泵连通时，孔隙压力泵向围压腔体3内注入液体，使岩石试样21充分饱和并达到设定的孔隙压力，使岩石试样21在孔隙压力条件下进行水力压裂。

[0053] 进一步，如图1、图2所示，试验机还包括试验机刚架6，围压腔体3架设于试验机刚架6上，在本实施方式中，围压腔体3通过螺栓固定连接于试验机刚架6上；试验机刚架的底部设置刚架支板，刚架支板上设置纵向加压液压缸，在本实施方式中，纵向加压液压缸通过液压缸底座9与刚架支板固定连接。

[0054] 进一步，如图6所示，上盖1上设置有相机支架19，相机支架19上架设前述的高速相机20，高速相机20的镜头正对上盖1上的透明窗的中央位置，通过透明窗，高速相机20可以直观地监测二维水力裂缝启裂和扩展的全过程，并将岩石试样21上表面的裂缝图像传输给控制部，通过DIC方法(光学方法)获得水力裂缝的缝长、缝宽、延伸速度，以及裂缝周围的应力应变场和孔隙压力场等数据。

[0055] 使用本发明的可视化二维水力裂缝模拟实验装置100进行实验时，操作步骤如下：

[0056] 首先，将加工好的岩石试样21上下表面分别贴上符合要求的透明PVC软膜(上PVC膜22和下PVC膜)，防止液体沿岩石试样21的上表面和下表面渗漏。随后将密封好的岩石试样21安放在纵向加压板4上，岩石试样21下表面的下PVC膜上的膜透孔需与纵向加压板4上的各注液孔、各测压孔一一对齐，以便进行注液和压力测量。再将上盖1安放在围压腔体3上，用螺栓将上盖1固定在围压腔体3上，将相机支架19和高速相机20安放在上盖1上，使相机镜头正对上盖1的透明窗中央位置，然后在纵向加压板4的注液孔和测压孔分别连接注液管线和压力探针，并将高速相机20和压力探针的数据传输线连接至控制部(数据采集计算机)。

[0057] 试验时，打开围压腔体3的排气孔处阀门开关，启动围压泵分别向第一侧向加压液压缸、第二侧向加压液压缸和纵向加压液压缸内注油，纵向液压轴7推动纵向加压板4向上移动推动岩石试样21移向上盖1，第一侧向加压杆17推动第一侧向加压板5内移压向岩石试样21，第二侧向加压杆推动第二侧向加压板内移压向岩石试样21，当纵向加压板4、上盖1底部的玻璃板2、第一侧向加压板5和第二侧向加压板压紧岩石试样21时，关闭围压泵。

[0058] 随后，将围压腔体3的排气孔处阀门开关与真空泵连通，启动真空泵对围压腔体3内岩石试样21进行抽真空处理；再次启动围压泵给岩石试样21进行围压加载，当达到设定围压后，停止注液，维持三向围压不变；

[0059] 将围压腔体3的排气孔处阀门开关与孔隙压力泵连通，启动孔隙压力泵向围压腔体3内注入液体，当岩石试样21充分饱和并达到设定的孔隙压力时，维持设定的孔隙压力。

[0060] 最后，开启高速相机，打开压裂液注入泵，按照设定的注液速度通过纵向加压板4的注液孔向岩石试样21上的预制井眼内注入压裂液，记录实验数据，直至岩石试样21完全破裂。

[0061] 岩石试样21完全破裂后，停止数据采集(压裂影像和孔隙压力采集)，关闭压裂液注入泵，使注入压力降为0。启动孔隙压力泵，撤除施加在岩石试样21上的孔隙压力。第一侧向加压液压缸、第二侧向加压液压缸和纵向加压液压缸排油，纵向加压板4下移，第一侧向加压板5和第二侧向加压板外移，上盖1底部的玻璃板2、第一侧向加压板5和第二侧向加压板脱离岩石试样21，随后将高速相机20和相机支架19从上盖1上移除，拆卸连接上盖1和围压腔体3的螺栓，用起重设备将上盖1吊离，最后将岩石试样21从围压腔体3内拆卸下来，完成整个实验流程。

[0062] 由上所述，本发明提供的可视化二维水力裂缝模拟实验装置具有如下有益效果：

[0063] 本发明的可视化二维水力裂缝模拟实验装置中，加压装置对岩石试样施压，模拟地层岩石受到的实际应力，高速相机能通过透明窗对岩石试样二维水力裂缝的产生和发展过程进行实时摄影，通过DIC技术和压力监测可以得到水力压裂过程中岩石试样上的应力、应变和孔隙压力等参数的分布规律；本发明的可视化二维水力裂缝模拟实验装置构造简单、操作方便、实用性强，能够对天然岩石试样和人工试样进行围压条件下的水力压裂模拟实验，可以在实验过程中得到更多参数的分布规律，可为油田及研究机构的水力压裂设计提供更多依据。

[0064] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。