本發明涉及巖(yan)體(ti)水力(li)壓(ya)裂(lie)，具體(ti)涉及一種基(ji)于(yu)流(liu)量控制的巖(yan)石水力(li)壓(ya)裂(lie)裂(lie)縫擴(kuo)展控制方(fang)法(fa)。

背景技術：

1、近年來，深(shen)部(bu)(bu)巖(yan)(yan)(yan)體的(de)(de)(de)控制壓(ya)裂技術已成為深(shen)部(bu)(bu)資源開采的(de)(de)(de)核心攻關技術，當(dang)前深(shen)部(bu)(bu)巖(yan)(yan)(yan)體壓(ya)裂機理研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)主要(yao)手(shou)段是(shi)實驗室控制壓(ya)裂研(yan)究(jiu)，通過大噸位的(de)(de)(de)加載裝置(zhi)模擬深(shen)部(bu)(bu)巖(yan)(yan)(yan)體的(de)(de)(de)原(yuan)位環(huan)境。

2、目(mu)前，深(shen)部巖(yan)體實驗(yan)室(shi)(shi)控(kong)制壓裂研(yan)究(jiu)中多使(shi)用恒流或者(zhe)恒壓的(de)控(kong)制方式施(shi)加孔壓，并(bing)通過(guo)聲發(fa)射、壓力計、應(ying)變片等監測(ce)壓裂過(guo)程(cheng)，其(qi)缺點是(shi)：1、裂縫(feng)(feng)擴(kuo)展(zhan)(zhan)(zhan)的(de)可(ke)控(kong)性(xing)差，壓裂裂縫(feng)(feng)起裂前伴有冗余彈性(xing)勢能(neng)的(de)釋放(fang)，可(ke)能(neng)致(zhi)使(shi)新生(sheng)裂縫(feng)(feng)直(zhi)接擴(kuo)展(zhan)(zhan)(zhan)穿透至巖(yan)石(shi)試樣表面；2、難以觀測(ce)壓裂過(guo)程(cheng)，多使(shi)用小尺寸巖(yan)石(shi)試樣，裂縫(feng)(feng)起裂后迅(xun)速擴(kuo)展(zhan)(zhan)(zhan)至表面，可(ke)觀測(ce)時間短；3、深(shen)部巖(yan)體壓裂實驗(yan)室(shi)(shi)研(yan)究(jiu)所耗費的(de)人力物力時間成本高(gao)。因此壓裂過(guo)程(cheng)中裂縫(feng)(feng)擴(kuo)展(zhan)(zhan)(zhan)可(ke)控(kong)化是(shi)未來的(de)研(yan)究(jiu)趨勢。

技術實現思路

1、本發明(ming)要解決的(de)技術問題(ti)(ti)在于(yu)針對上述現(xian)有技術存在的(de)問題(ti)(ti)，提供一(yi)種基于(yu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)控制(zhi)(zhi)的(de)巖(yan)石水力壓裂(lie)(lie)裂(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)擴(kuo)(kuo)展控制(zhi)(zhi)方法(fa)，通過采用流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)控制(zhi)(zhi)的(de)壓裂(lie)(lie)液(ye)注入(ru)方法(fa)，通過降低每次流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)的(de)增加(jia)值，盡(jin)量(liang)(liang)(liang)使(shi)注入(ru)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)接(jie)近臨(lin)界起裂(lie)(lie)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)，盡(jin)可能(neng)(neng)的(de)降低裂(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)起裂(lie)(lie)時的(de)冗(rong)余彈性勢能(neng)(neng)，從而(er)(er)限制(zhi)(zhi)裂(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)起裂(lie)(lie)后的(de)初始擴(kuo)(kuo)展長度(du)，并通過裂(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)面的(de)濾失流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)與注入(ru)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)(liang)(liang)相等的(de)特征求得(de)裂(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)面的(de)面積，進(jin)而(er)(er)建(jian)立(li)使(shi)用pid控制(zhi)(zhi)壓裂(lie)(lie)裂(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)面積的(de)方法(fa)。

2、本發明為解(jie)決(jue)上述提(ti)出的技術問(wen)題(ti)所采用的技術方案為：

3、一(yi)種基(ji)于(yu)流量控制的巖石水力壓(ya)裂裂縫擴展控制方法，控制壓(ya)裂實驗包括以下步驟：

4、s3.1、按照實驗(yan)方案對巖(yan)石試(shi)樣(yang)施加三軸壓(ya)力(li)，并在(zai)上(shang)位機中設置pid控制參(can)數(shu)，控制參(can)數(shu)包括目標(biao)裂縫面積s，待三軸壓(ya)力(li)穩定(ding)后(hou)開啟(qi)壓(ya)裂泵和監測設備，壓(ya)裂泵向巖(yan)石試(shi)樣(yang)注入流量(liang)初始(shi)值為(wei)；

5、s3.2、在(zai)巖(yan)石試樣(yang)未起裂(lie)的(de)情況下，每(mei)次提(ti)升流(liu)量小(xiao)(xiao)于(yu)的(de)10%，每(mei)次流(liu)量的(de)增加值(zhi)減小(xiao)(xiao)，每(mei)次提(ti)升流(liu)量后(hou)的(de)注(zhu)(zhu)入流(liu)量為(wei)，持續(xu)注(zhu)(zhu)入設定時(shi)間，待壓(ya)力穩定后(hou)計算等效滲流(liu)厚度；直至(zhi)巖(yan)石試樣(yang)起裂(lie)，以起裂(lie)前最后(hou)一次提(ti)升流(liu)量后(hou)計算得到(dao)的(de)等效滲流(liu)厚度作為(wei)巖(yan)石等效滲流(liu)厚度 d；

6、s3.3、巖(yan)石試樣初次起裂(lie)(lie)后觀察孔壓(ya)是(shi)否大(da)幅(fu)變化，如大(da)幅(fu)變化則(ze)觀察是(shi)否有壓(ya)裂(lie)(lie)液從巖(yan)石試樣中滲出，或裂(lie)(lie)縫中是(shi)否有圍壓(ya)液回(hui)流，如有則(ze)停(ting)止實驗(yan)，卸去載(zai)荷，更(geng)換巖(yan)石試樣，下調注(zhu)入流量(liang)，繼續進行壓(ya)裂(lie)(lie)實驗(yan)；如沒有則(ze)進行下一步；

7、s3.4、待(dai)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)初始擴展孔壓(ya)穩定(ding)(ding)(ding)后(hou)(hou)，計算(suan)此時(shi)壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)(ji)；若裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)(ji)未達目標(biao)值s則提升(sheng)注入流(liu)(liu)量(liang)(liang)，提升(sheng)流(liu)(liu)量(liang)(liang)后(hou)(hou)持續(xu)注入設定(ding)(ding)(ding)時(shi)間(jian)，待(dai)孔壓(ya)再(zai)次(ci)穩定(ding)(ding)(ding)后(hou)(hou)，計算(suan)此時(shi)的裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)(ji)，并計算(suan)注入流(liu)(liu)量(liang)(liang)改變后(hou)(hou)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)(ji)差值作為(wei)用于調(diao)(diao)(diao)整注入流(liu)(liu)量(liang)(liang)的反饋信號，以使得隨(sui)著調(diao)(diao)(diao)整后(hou)(hou)的裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)(ji)與目標(biao)值s接近，每(mei)次(ci)調(diao)(diao)(diao)整后(hou)(hou)流(liu)(liu)量(liang)(liang)的變化隨(sui)之(zhi)減小，直至最后(hou)(hou)一次(ci)流(liu)(liu)量(liang)(liang)調(diao)(diao)(diao)整后(hou)(hou)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)(ji)等于或超過目標(biao)值s時(shi)壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)實驗結束。

8、上述(shu)方案中，步驟s3.1中，注入流量初(chu)始值(zhi)為：

9、

10、其中：為(wei)巖石試樣邊長的一半，為(wei)鉆孔(kong)裸露(lu)段(duan)面積，為(wei)壓裂液粘(zhan)度，為(wei)巖石試樣的滲透率，為(wei)最小主應力與試樣抗拉強度之和。

11、上述方案中(zhong)，步(bu)驟s3.2中(zhong)，等效滲流(liu)厚度為：

12、

13、其中：為(wei)(wei)起(qi)裂前 j時刻的(de)(de)注入(ru)流(liu)(liu)量，為(wei)(wei)起(qi)裂前 j時刻的(de)(de)等效(xiao)滲流(liu)(liu)厚度，為(wei)(wei)注入(ru)流(liu)(liu)量下鉆(zhan)孔壓力(li)穩(wen)定后的(de)(de)壓力(li)，為(wei)(wei)巖石試樣的(de)(de)滲透(tou)率，為(wei)(wei)鉆(zhan)孔裸(luo)露段面(mian)積(ji)，為(wei)(wei)壓裂液粘度，為(wei)(wei)巖石內部的(de)(de)孔隙壓力(li)。

14、上述(shu)方案中(zhong)，步驟s3.3中(zhong)，如(ru)孔(kong)壓(ya)(ya)大(da)幅(fu)變化，則觀(guan)察(cha)是(shi)否有壓(ya)(ya)裂(lie)液從巖石(shi)(shi)試(shi)樣中(zhong)滲出(chu)，或裂(lie)縫中(zhong)是(shi)否有圍壓(ya)(ya)液回流，如(ru)有則停止(zhi)實驗，卸(xie)去載荷，更換巖石(shi)(shi)試(shi)樣，下調注入流量，繼續進行壓(ya)(ya)裂(lie)實驗。

15、上(shang)述方案(an)中，步驟s3.4中，壓裂(lie)裂(lie)縫(feng)面積為：

16、

17、其(qi)中：為(wei)(wei)起(qi)裂(lie)(lie)后(hou)(hou)i時(shi)刻的(de)注(zhu)入流量(liang)，為(wei)(wei)起(qi)裂(lie)(lie)后(hou)(hou)i時(shi)刻試(shi)樣內壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)裂(lie)(lie)縫(feng)面(mian)積(ji)，為(wei)(wei)注(zhu)入流量(liang)下鉆孔(kong)壓(ya)(ya)力(li)穩定后(hou)(hou)的(de)壓(ya)(ya)力(li)，為(wei)(wei)壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)液粘度(du)，為(wei)(wei)巖(yan)(yan)石(shi)等效滲(shen)(shen)流厚(hou)度(du)，為(wei)(wei)巖(yan)(yan)石(shi)試(shi)樣的(de)滲(shen)(shen)透率，為(wei)(wei)巖(yan)(yan)石(shi)內部的(de)孔(kong)隙壓(ya)(ya)力(li)，為(wei)(wei)鉆孔(kong)裸露段(duan)面(mian)積(ji)。

18、上述方案中，設i=1時(shi)刻(ke)的注(zhu)(zhu)入(ru)流量為(wei)(wei)、鉆孔(kong)(kong)孔(kong)(kong)壓(ya)(ya)(ya)為(wei)(wei)、壓(ya)(ya)(ya)裂裂縫(feng)面(mian)積為(wei)(wei)；i=2時(shi)刻(ke)的注(zhu)(zhu)入(ru)流量為(wei)(wei)、鉆孔(kong)(kong)孔(kong)(kong)壓(ya)(ya)(ya)為(wei)(wei)、壓(ya)(ya)(ya)裂裂縫(feng)面(mian)積為(wei)(wei)；兩個時(shi)刻(ke)的裂縫(feng)面(mian)積差(cha)值為(wei)(wei)：

19、

20、其中(zhong)：為注入流量改變后裂縫面(mian)積差值。

21、上述(shu)方案(an)中，步驟s3.4中，每(mei)次(ci)提升(sheng)注(zhu)入流量后均(jun)需觀測裂(lie)縫是否貫穿(chuan)巖石試(shi)樣，如貫穿(chuan)則控(kong)制(zhi)壓裂(lie)實驗停(ting)止。

22、上述(shu)方案中，基(ji)(ji)于流量(liang)控制(zhi)的巖(yan)(yan)石水(shui)力壓(ya)(ya)裂(lie)裂(lie)縫擴展控制(zhi)方法還包(bao)括(kuo)步(bu)驟(zou)s1、實驗(yan)室(shi)控制(zhi)壓(ya)(ya)裂(lie)實驗(yan)準備(bei)(bei)(bei)：加工巖(yan)(yan)石試(shi)(shi)樣(yang)，在巖(yan)(yan)石試(shi)(shi)樣(yang)中預埋壓(ya)(ya)裂(lie)管(guan)，預制(zhi)定(ding)向機構；并使用同一批次巖(yan)(yan)樣(yang)測(ce)量(liang)巖(yan)(yan)石試(shi)(shi)樣(yang)的基(ji)(ji)本物(wu)理參數(shu)，包(bao)括(kuo)滲透率，測(ce)量(liang)壓(ya)(ya)裂(lie)液(ye)的黏度(du)；搭(da)建實驗(yan)室(shi)壓(ya)(ya)裂(lie)測(ce)試(shi)(shi)系統，包(bao)括(kuo)圍壓(ya)(ya)加載裝置、壓(ya)(ya)裂(lie)泵、上位機、監測(ce)設(she)備(bei)(bei)(bei)，所述(shu)監測(ce)設(she)備(bei)(bei)(bei)包(bao)括(kuo)聲(sheng)發射采集(ji)設(she)備(bei)(bei)(bei)、應(ying)變率采集(ji)設(she)備(bei)(bei)(bei)、電阻率采集(ji)設(she)備(bei)(bei)(bei)。

23、上述(shu)方案中(zhong)，基于(yu)流量控(kong)制的巖(yan)石(shi)水(shui)力壓裂裂縫擴展控(kong)制方法還包括(kuo)步驟s2、加載準備：安裝巖(yan)石(shi)試樣，在巖(yan)石(shi)試樣表面安裝監測設備，連接壓裂泵與巖(yan)石(shi)試樣中(zhong)預埋的壓裂管(guan)(guan)，并使(shi)用真空泵將管(guan)(guan)線和(he)壓裂孔中(zhong)的空氣抽出(chu)。

24、上述方案(an)中，基于流量控(kong)制的巖(yan)石水力壓(ya)裂(lie)(lie)裂(lie)(lie)縫擴展控(kong)制方法(fa)還包括步(bu)驟s4、通過(guo)觀測壓(ya)裂(lie)(lie)過(guo)程中的聲發射、表面應變率和(he)電阻(zu)率變化進一步(bu)研究深部巖(yan)體的壓(ya)裂(lie)(lie)機理。

25、本發明的有益效果在于：

26、1、本(ben)發明提出了一(yi)種(zhong)基于(yu)(yu)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)控(kong)(kong)制的(de)(de)巖(yan)石水(shui)力壓(ya)(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)(zhan)控(kong)(kong)制方法(fa)，流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)控(kong)(kong)制可(ke)減少(shao)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)對起裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力的(de)(de)影(ying)響(xiang)，降低起裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力，減小(xiao)起裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)時刻釋(shi)放的(de)(de)冗(rong)余彈(dan)性勢(shi)能，減少(shao)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)起裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)瞬間的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)(zhan)距離，提升裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)(zhan)的(de)(de)可(ke)控(kong)(kong)性。當(dang)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)止裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)時，壓(ya)(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)及孔(kong)壁(bi)所產生的(de)(de)濾失正好等于(yu)(yu)壓(ya)(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)液的(de)(de)注入(ru)(ru)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)，當(dang)注入(ru)(ru)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)升高時裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)將再次(ci)(ci)擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)(zhan)，通過建立控(kong)(kong)制壓(ya)(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)過程(cheng)中壓(ya)(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)與(yu)(yu)注入(ru)(ru)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)的(de)(de)關系(xi)，可(ke)求得某一(yi)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)對應的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)，進而建立使用pid控(kong)(kong)制壓(ya)(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)的(de)(de)方法(fa)，pid控(kong)(kong)制方法(fa)將根據注入(ru)(ru)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)求得的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)作為控(kong)(kong)制閉環的(de)(de)目(mu)(mu)標參數(shu)，裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)控(kong)(kong)制的(de)(de)下一(yi)級控(kong)(kong)制閉環是流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)控(kong)(kong)制，當(dang)沒有達到目(mu)(mu)標參數(shu)時，進行流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)調(diao)(diao)(diao)整(zheng)(zheng)，每(mei)次(ci)(ci)調(diao)(diao)(diao)整(zheng)(zheng)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)后(hou)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)隨之(zhi)改變(bian)(bian)(bian)(bian)，每(mei)次(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)變(bian)(bian)(bian)(bian)化后(hou)均需持續注入(ru)(ru)設定時間至孔(kong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)穩定，然后(hou)計算(suan)調(diao)(diao)(diao)整(zheng)(zheng)后(hou)的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)，并計算(suan)注入(ru)(ru)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)改變(bian)(bian)(bian)(bian)后(hou)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)差值(zhi)(zhi)作為用于(yu)(yu)調(diao)(diao)(diao)整(zheng)(zheng)注入(ru)(ru)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)的(de)(de)反(fan)饋信號，以使得隨著調(diao)(diao)(diao)整(zheng)(zheng)后(hou)的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)與(yu)(yu)目(mu)(mu)標值(zhi)(zhi)接(jie)近，每(mei)次(ci)(ci)調(diao)(diao)(diao)整(zheng)(zheng)后(hou)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)化隨之(zhi)減小(xiao)，直至最后(hou)一(yi)次(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)調(diao)(diao)(diao)整(zheng)(zheng)后(hou)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)等于(yu)(yu)或超過目(mu)(mu)標值(zhi)(zhi)時壓(ya)(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)實(shi)驗(yan)結束。本(ben)發明通過降低每(mei)次(ci)(ci)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)的(de)(de)增加值(zhi)(zhi)，盡量(liang)使注入(ru)(ru)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)接(jie)近臨界起裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)流(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)量(liang)，來限制壓(ya)(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)(zhan)距離，如此實(shi)現了壓(ya)(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)過程(cheng)中裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)(mian)積(ji)(ji)的(de)(de)自動(dong)控(kong)(kong)制。

27、2、通過觀測(ce)壓裂(lie)過程中的(de)聲發(fa)射(she)、表面應(ying)變(bian)率和電阻率變(bian)化可(ke)進一步研究深部(bu)巖體(ti)的(de)壓裂(lie)機(ji)理。

技術特征：

1.一種(zhong)基于流(liu)量控(kong)(kong)制的巖石水力壓裂裂縫擴展控(kong)(kong)制方法(fa)，其特征在于，控(kong)(kong)制壓裂實驗包(bao)括以下步驟：

2.根據(ju)權利要求(qiu)1所述的(de)基于流量(liang)控制(zhi)的(de)巖石(shi)水力壓(ya)裂裂縫擴(kuo)展(zhan)控制(zhi)方(fang)法，其特征在于，步驟s3.1中(zhong)，注入流量(liang)初始值為：

3.根據權利要求1所述的基于(yu)流量(liang)控(kong)制的巖(yan)石(shi)(shi)水(shui)力壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)縫擴展控(kong)制方法(fa)，其(qi)特(te)征在于(yu)，步驟(zou)s3.3中(zhong)，如(ru)(ru)孔壓(ya)(ya)大幅變化，則觀察是否(fou)有(you)壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)液從巖(yan)石(shi)(shi)試(shi)樣中(zhong)滲(shen)出，或裂(lie)(lie)(lie)縫中(zhong)是否(fou)有(you)圍壓(ya)(ya)液回流，如(ru)(ru)有(you)則停止實驗，卸去載荷，更換巖(yan)石(shi)(shi)試(shi)樣，下調(diao)注入(ru)流量(liang)，繼續進行(xing)壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)實驗。

4.根據權利要(yao)求1所述(shu)的(de)基于(yu)流(liu)量控(kong)制的(de)巖石(shi)水(shui)力壓裂(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)擴展控(kong)制方法，其特征在于(yu)，設i=1時(shi)刻的(de)注入流(liu)量為(wei)(wei)、鉆孔(kong)(kong)孔(kong)(kong)壓為(wei)(wei)、壓裂(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)面積(ji)(ji)為(wei)(wei)；i=2時(shi)刻的(de)注入流(liu)量為(wei)(wei)、鉆孔(kong)(kong)孔(kong)(kong)壓為(wei)(wei)、壓裂(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)面積(ji)(ji)為(wei)(wei)；兩個(ge)時(shi)刻的(de)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)面積(ji)(ji)差值為(wei)(wei)：

5.根據權利(li)要求1所述的基于流量控制(zhi)的巖石水力壓裂(lie)(lie)裂(lie)(lie)縫(feng)擴展控制(zhi)方法，其特征在于，步驟s3.4中，每(mei)次提升注入流量后(hou)均需(xu)觀測(ce)裂(lie)(lie)縫(feng)是否(fou)貫(guan)穿巖石試樣(yang)，如貫(guan)穿則控制(zhi)壓裂(lie)(lie)實(shi)驗(yan)停止(zhi)。

6.根據權利要(yao)求1所述的(de)基于流(liu)量控(kong)制(zhi)的(de)巖(yan)(yan)(yan)石水(shui)力(li)壓(ya)(ya)裂裂縫擴(kuo)展控(kong)制(zhi)方法，其特(te)征(zheng)在(zai)于，還包括(kuo)步(bu)驟(zou)s1、實驗室(shi)控(kong)制(zhi)壓(ya)(ya)裂實驗準(zhun)備(bei)(bei)：加工巖(yan)(yan)(yan)石試(shi)樣(yang)(yang)，在(zai)巖(yan)(yan)(yan)石試(shi)樣(yang)(yang)中預(yu)(yu)埋壓(ya)(ya)裂管(guan)，預(yu)(yu)制(zhi)定向機構；并(bing)使用同一批次(ci)巖(yan)(yan)(yan)樣(yang)(yang)測量巖(yan)(yan)(yan)石試(shi)樣(yang)(yang)的(de)基本物理參(can)數(shu)，包括(kuo)滲透率(lv)，測量壓(ya)(ya)裂液的(de)黏度；搭建實驗室(shi)壓(ya)(ya)裂測試(shi)系統(tong)，包括(kuo)圍壓(ya)(ya)加載裝置(zhi)、壓(ya)(ya)裂泵、上位(wei)機、監(jian)(jian)測設備(bei)(bei)，所述監(jian)(jian)測設備(bei)(bei)包括(kuo)聲發射采集(ji)(ji)設備(bei)(bei)、應變率(lv)采集(ji)(ji)設備(bei)(bei)、電阻率(lv)采集(ji)(ji)設備(bei)(bei)。

7.根據(ju)權利要求(qiu)6所(suo)述的(de)基(ji)于(yu)流(liu)量(liang)控制(zhi)的(de)巖石(shi)(shi)(shi)水(shui)力壓(ya)裂裂縫擴(kuo)展(zhan)控制(zhi)方法，其特(te)征在于(yu)，還包括步驟s2、加載準備(bei)：安(an)裝(zhuang)巖石(shi)(shi)(shi)試(shi)樣(yang)，在巖石(shi)(shi)(shi)試(shi)樣(yang)表面(mian)安(an)裝(zhuang)監(jian)測設備(bei)，連接(jie)壓(ya)裂泵(beng)與巖石(shi)(shi)(shi)試(shi)樣(yang)中預埋的(de)壓(ya)裂管，并使用真空泵(beng)將管線和壓(ya)裂孔中的(de)空氣抽(chou)出。

8.根據權利要求1所(suo)述的(de)基于流量控制(zhi)的(de)巖石(shi)水力壓(ya)裂(lie)裂(lie)縫擴展控制(zhi)方法(fa)，其特征(zheng)在于，還包括步驟(zou)s4、通過(guo)觀測壓(ya)裂(lie)過(guo)程中的(de)聲發射(she)、表面應變率和電阻率變化進一(yi)步研究深部巖體的(de)壓(ya)裂(lie)機理。

技術總結
本發明涉及一種基于流量控制的巖石水力壓裂裂縫擴展控制方法，對試樣施壓，設置PID控制參數目標裂縫面積S，向試樣注入流量；以起裂前最后一次提升流量后的等效滲流厚度作為巖石等效滲流厚度D；試樣初次起裂后觀察孔壓是否大幅變化，如否則待孔壓穩定后計算此時裂縫面積，若未達S則提升注入流量，待孔壓穩定后計算此時裂縫面積，以裂縫面積差值作為調整注入流量的反饋信號，使得隨著調整后的裂縫面積與S接近，每次調整后流量的變化隨之減小，直至最后一次流量調整后裂縫面積等于或超過目標值時實驗結束。本發明通過降低每次流量的增加值，盡量使注入流量接近臨界起裂流量，以限制裂縫起裂后的初始擴展長度，并建立了使用PID控制裂縫面積的方法。

技術研發人員：薛強,江權,毛瑞彪,譚永勝
受保護的技術使用者：中國科學院武漢巖土力學研究所
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19