本發明(ming)涉(she)及深部(bu)巖體(ti)控制水力(li)壓(ya)裂，尤其涉(she)及到實(shi)驗室控制水力(li)壓(ya)裂物理相似(si)模擬實(shi)驗中的裂縫起裂擴展控制方(fang)法(fa)。

背景技術：

1、近年來深(shen)部(bu)巖體(ti)資(zi)(zi)源的(de)(de)(de)開(kai)采正在(zai)逐(zhu)步的(de)(de)(de)從部(bu)署階段轉換至實施階段，深(shen)部(bu)巖體(ti)資(zi)(zi)源的(de)(de)(de)開(kai)采依賴于水力壓(ya)裂技(ji)術創造(zao)的(de)(de)(de)裂縫(feng)通道，但現有油氣(qi)開(kai)采中水力壓(ya)裂的(de)(de)(de)經驗和理論并不能(neng)直(zhi)接搬運使用，深(shen)部(bu)巖體(ti)水力壓(ya)裂機理尚(shang)不明確，需進行大量深(shen)部(bu)巖體(ti)水力壓(ya)裂的(de)(de)(de)物理相似模(mo)擬實驗研(yan)究，實驗的(de)(de)(de)核心難點在(zai)于裂縫(feng)起裂、擴展(zhan)的(de)(de)(de)控制。

2、目(mu)前，深部巖(yan)體(ti)水力(li)(li)壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)機(ji)理物(wu)理相似模擬實(shi)驗(yan)(yan)研究所使用的(de)試(shi)件(jian)尺寸通常在(zai)100mm至(zhi)2000mm之(zhi)間，壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)過程(cheng)中(zhong)(zhong)孔(kong)壓(ya)控(kong)制多(duo)采用恒流注(zhu)入或恒壓(ya)力(li)(li)速率注(zhu)入模式，孔(kong)壓(ya)最大(da)可(ke)達300mpa以上，流量一般大(da)于(yu)3ml/min，現(xian)有水力(li)(li)壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)實(shi)驗(yan)(yan)方(fang)法存在(zai)以下弊端：1、裂(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)和擴展不(bu)可(ke)控(kong)，由于(yu)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)前系統內部會積聚彈(dan)性勢(shi)能，當(dang)裂(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)時克服(fu)裂(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)擴展阻力(li)(li)后(hou)(hou)還存在(zai)部分(fen)冗余彈(dan)性勢(shi)能，導致裂(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)初始(shi)擴展便(bian)貫穿試(shi)件(jian)；2、難(nan)以模擬深部巖(yan)體(ti)循環壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)過程(cheng)中(zhong)(zhong)壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)循環起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)擴展的(de)發育過程(cheng)；3、深部巖(yan)體(ti)試(shi)驗(yan)(yan)需要(yao)耗費(fei)大(da)量的(de)成(cheng)本(ben)，由于(yu)現(xian)有實(shi)驗(yan)(yan)室控(kong)制水力(li)(li)壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)技術存在(zai)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)后(hou)(hou)裂(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)控(kong)制受限的(de)缺點，顯然難(nan)以滿足深部巖(yan)體(ti)壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)研究的(de)要(yao)求。

技術實現思路

1、本發明要解決的(de)(de)(de)(de)(de)技術(shu)問(wen)題(ti)在(zai)于針對(dui)上述現有技術(shu)存在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題(ti)，提供用(yong)(yong)于巖石水力(li)壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫起(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)擴(kuo)展(zhan)控(kong)(kong)制研究的(de)(de)(de)(de)(de)實驗方(fang)法，通(tong)過采用(yong)(yong)流量和壓(ya)(ya)(ya)力(li)控(kong)(kong)制的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)液(ye)(ye)注入方(fang)法，通(tong)過具(ju)有動態(tai)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)電液(ye)(ye)伺服(fu)壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)泵(beng)，在(zai)孔壓(ya)(ya)(ya)接近裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫起(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)壓(ya)(ya)(ya)力(li)時(shi)，將孔壓(ya)(ya)(ya)加載(zai)模(mo)式(shi)調(diao)整為(wei)快速(su)增加后快速(su)泄(xie)壓(ya)(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖加載(zai)模(mo)式(shi)，不斷(duan)增加脈(mo)沖壓(ya)(ya)(ya)力(li)幅值直(zhi)至裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫起(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)，在(zai)此模(mo)式(shi)下(xia)，在(zai)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫起(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)后，在(zai)短時(shi)間內釋放壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)孔內壓(ya)(ya)(ya)力(li)，及時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)釋放起(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)時(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)冗(rong)余(yu)彈性勢能(neng)，從而限制裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫起(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)后的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)展(zhan)長度，并(bing)通(tong)過裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)濾失流量與注入流量相等的(de)(de)(de)(de)(de)特征求(qiu)得裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)面(mian)積，進而建立(li)使用(yong)(yong)pid控(kong)(kong)制壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫面(mian)積的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)法。

2、本發明(ming)為解決上述(shu)提出(chu)的(de)技術問題所采用的(de)技術方案為：

3、用于巖石(shi)水力壓裂(lie)裂(lie)縫(feng)起裂(lie)擴(kuo)展控制研究的實(shi)驗方(fang)法(fa)，控制壓裂(lie)實(shi)驗包括以(yi)下步驟：

4、s3.1、按(an)照實驗(yan)方案對巖石試樣施加三軸應(ying)力(li)，三軸應(ying)力(li)分別(bie)為(wei)，表(biao)示最(zui)大主應(ying)力(li)，表(biao)示中間主應(ying)力(li)，表(biao)示最(zui)小主應(ying)力(li)，在上(shang)位機中設置(zhi)pid控(kong)制目標參數，目標值為(wei)裂(lie)縫面積s，待三軸應(ying)力(li)穩(wen)定后開啟(qi)電液伺服壓裂(lie)泵(beng)，并(bing)開啟(qi)監測(ce)設備；

5、s3.2、設(she)置電(dian)液(ye)伺服(fu)壓裂(lie)泵的加載模(mo)式(shi)為(wei)恒(heng)流(liu)注入(ru)或恒(heng)壓力速率(lv)注入(ru)模(mo)式(shi)，當孔壓達(da)到(dao)最小主應力、巖石抗(kang)拉強度和巖石孔隙(xi)壓力之和時(shi)，調整電(dian)液(ye)伺服(fu)壓裂(lie)泵的加載模(mo)式(shi)為(wei)恒(heng)壓加載，保持孔壓為(wei)，直(zhi)至注入(ru)流(liu)量(liang)穩定(ding)為(wei)，此時(shi)計算得到(dao)的等(deng)效(xiao)(xiao)滲流(liu)厚(hou)度作為(wei)巖石等(deng)效(xiao)(xiao)滲流(liu)厚(hou)度；

6、s3.3、調整電液伺服壓裂泵的(de)加載(zai)模式為脈沖加載(zai)模式，幅(fu)值為，不斷增(zeng)加脈沖壓力幅(fu)值直至裂縫起裂，起裂時脈沖幅(fu)值為；

7、s3.4、裂縫起裂后調整電液伺服壓裂泵的加載模式(shi)為恒(heng)壓模式(shi)，保持孔壓為，持續(xu)注入直至流量穩定(ding)為，計算此時壓裂裂縫面積，如裂縫面積達到(dao)目標(biao)值或裂縫貫(guan)穿試樣實驗停止(zhi)；

8、s3.5、調整電液伺服壓(ya)裂泵(beng)加載模式為(wei)脈沖模式，脈沖幅值(zhi)為(wei)，不斷增加幅值(zhi)直至(zhi)觀察到裂縫(feng)(feng)再次擴展(zhan)，此時(shi)脈沖幅值(zhi)為(wei)，重(zhong)復s3.4操作，計算(suan)擴展(zhan)后的裂縫(feng)(feng)面積，如裂縫(feng)(feng)面積達到目標值(zhi)或裂縫(feng)(feng)貫穿試樣實驗停止；

9、s3.6、重復s3.4-s3.5，直(zhi)至裂縫面(mian)積達到目(mu)標(biao)值或者裂縫貫穿(chuan)試樣后停止實驗。

10、上述方案中，步驟s3.2中，等效滲流(liu)厚度為(wei)：

11、，

12、其中：為孔(kong)壓(ya)，等于(yu)最小主(zhu)應力(li)、巖(yan)石(shi)(shi)抗拉強度(du)(du)和(he)巖(yan)石(shi)(shi)孔(kong)隙(xi)壓(ya)力(li)之和(he)；為起裂前孔(kong)壓(ya)恒定為時的(de)注入流量(liang)，為巖(yan)石(shi)(shi)試樣(yang)的(de)滲透率，為鉆孔(kong)裸露段面積，為壓(ya)裂液(ye)粘度(du)(du)，為巖(yan)石(shi)(shi)內(nei)部的(de)孔(kong)隙(xi)壓(ya)力(li)。

13、上述方案中，步驟s3.3中，初次施加脈沖壓力時的幅值為：

14、=1.1，

15、每次施加脈(mo)沖壓力后(hou)(hou)，如試(shi)樣未起裂，間隔30s后(hou)(hou)提升的脈(mo)沖幅值的大小為。

16、上述方案(an)中，步(bu)驟(zou)s3.5中，后續(xu)施加(jia)脈沖(chong)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)時，脈沖(chong)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)大(da)(da)小為上次起裂時的(de)脈沖(chong)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)，如裂縫未擴展，間隔30s后提升的(de)脈沖(chong)幅(fu)(fu)值(zhi)(zhi)的(de)大(da)(da)小為。

17、上述方案中，步驟(zou)s3.4中，壓(ya)裂裂縫面(mian)積為：

18、，

19、其中：為孔壓，等于最小主應力、巖(yan)(yan)(yan)石(shi)抗拉強度和巖(yan)(yan)(yan)石(shi)孔隙(xi)壓力之和；為起裂后孔壓恒定為時(shi)的注入流量，為壓裂液粘度，為巖(yan)(yan)(yan)石(shi)等效滲流厚度，為巖(yan)(yan)(yan)石(shi)試(shi)樣(yang)的滲透率，為巖(yan)(yan)(yan)石(shi)內部(bu)的孔隙(xi)壓力，為鉆孔裸露(lu)段面(mian)積。

20、上(shang)述(shu)方案中(zhong)，判斷裂(lie)(lie)(lie)(lie)縫起(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)的方法為：若孔(kong)壓突降且(qie)聲發(fa)射信號強度激增，則(ze)裂(lie)(lie)(lie)(lie)縫起(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)。

21、上述(shu)方(fang)案中，判斷(duan)裂縫(feng)貫(guan)穿(chuan)試(shi)(shi)樣的方(fang)法為：觀測到壓(ya)裂液從巖石試(shi)(shi)樣中滲出，則裂縫(feng)貫(guan)穿(chuan)試(shi)(shi)樣；或(huo)者，觀測到孔壓(ya)的最大值為圍(wei)壓(ya)，此時圍(wei)壓(ya)液通(tong)過裂縫(feng)與壓(ya)裂孔聯(lian)通(tong)，則裂縫(feng)貫(guan)穿(chuan)試(shi)(shi)樣。

22、上(shang)述(shu)方案中，還包括(kuo)步驟s1、實(shi)驗室控制壓(ya)裂(lie)實(shi)驗準備(bei)：加工(gong)巖(yan)(yan)石試樣，在(zai)巖(yan)(yan)石試樣中預(yu)埋壓(ya)裂(lie)管，預(yu)制定向機構(gou)；并使用同一批次(ci)巖(yan)(yan)樣測(ce)量巖(yan)(yan)石試樣的基本物理參數(shu)，包括(kuo)滲(shen)透率，測(ce)量壓(ya)裂(lie)液(ye)黏度；搭建實(shi)驗室壓(ya)裂(lie)測(ce)試系(xi)統(tong)，包括(kuo)圍壓(ya)加載裝置、電(dian)液(ye)伺服壓(ya)裂(lie)泵、上(shang)位機、監(jian)測(ce)設(she)(she)備(bei)，所(suo)述(shu)監(jian)測(ce)設(she)(she)備(bei)包括(kuo)聲發射采(cai)集設(she)(she)備(bei)、應變率采(cai)集設(she)(she)備(bei)、電(dian)阻率采(cai)集設(she)(she)備(bei)。

23、上述方案中(zhong)，還包括步驟s2、加載(zai)準備(bei)：安裝巖(yan)石試樣(yang)，在巖(yan)石試樣(yang)表面安裝監(jian)測設備(bei)，連接電液(ye)伺(si)服壓裂泵與巖(yan)石試樣(yang)中(zhong)預埋的壓裂管，并使用真空泵將管線(xian)和壓裂孔中(zhong)的空氣抽(chou)出。

24、上述(shu)方案中(zhong)，還包(bao)括步(bu)驟s4、通過觀測壓裂(lie)過程中(zhong)的(de)聲(sheng)發射(she)、表面應變率和電阻率變化進一步(bu)研究(jiu)深(shen)部巖體(ti)的(de)壓裂(lie)機(ji)理。

25、本(ben)發明的有益效果(guo)在于：

26、1、本發(fa)明提(ti)(ti)出(chu)了(le)用(yong)于(yu)巖石水力(li)壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)擴展(zhan)控(kong)制(zhi)研究的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗方法(fa)，通(tong)過(guo)在(zai)孔壓(ya)(ya)(ya)接(jie)近(jin)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)壓(ya)(ya)(ya)力(li)時，將(jiang)孔壓(ya)(ya)(ya)加(jia)載(zai)模式(shi)(shi)調整為快速(su)增加(jia)后(hou)快速(su)泄壓(ya)(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)加(jia)載(zai)模式(shi)(shi)，不(bu)斷增加(jia)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)壓(ya)(ya)(ya)力(li)幅值(zhi)直至裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)，在(zai)此模式(shi)(shi)下，在(zai)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)后(hou)，在(zai)短(duan)時間內(nei)釋放壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)孔內(nei)壓(ya)(ya)(ya)力(li)，及時的(de)(de)(de)(de)釋放起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)時的(de)(de)(de)(de)冗(rong)余(yu)彈性勢能，從而(er)限(xian)制(zhi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)瞬間的(de)(de)(de)(de)擴展(zhan)長度，提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)擴展(zhan)的(de)(de)(de)(de)可(ke)控(kong)性。當裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)止裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)時，通(tong)過(guo)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)的(de)(de)(de)(de)濾(lv)失(shi)流(liu)量與注入流(liu)量相(xiang)等(deng)的(de)(de)(de)(de)特(te)征，可(ke)求得(de)每次(ci)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)擴展(zhan)后(hou)的(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)，進而(er)建立使用(yong)pid控(kong)制(zhi)壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)方法(fa)，pid控(kong)制(zhi)方法(fa)將(jiang)根據注入流(liu)量求得(de)的(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)作為控(kong)制(zhi)閉(bi)環的(de)(de)(de)(de)目(mu)標值(zhi)，當沒有(you)達(da)到(dao)目(mu)標參數(shu)時，繼續提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)幅值(zhi)，提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)幅值(zhi)后(hou)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)再次(ci)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)，裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)隨之增加(jia)，每次(ci)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)后(hou)均(jun)需保持孔壓(ya)(ya)(ya)為直至流(liu)量穩定，然后(hou)計算裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)，直至最后(hou)一次(ci)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)幅值(zhi)調整后(hou)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)等(deng)于(yu)或超過(guo)目(mu)標值(zhi)時壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)實(shi)驗結束。本發(fa)明通(tong)過(guo)使用(yong)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)孔壓(ya)(ya)(ya)加(jia)載(zai)的(de)(de)(de)(de)方式(shi)(shi)，盡量使孔壓(ya)(ya)(ya)上(shang)限(xian)接(jie)近(jin)臨界起(qi)(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)孔壓(ya)(ya)(ya)，并在(zai)達(da)到(dao)最大(da)孔壓(ya)(ya)(ya)后(hou)迅速(su)卸去孔壓(ya)(ya)(ya)，來限(xian)制(zhi)壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)的(de)(de)(de)(de)擴展(zhan)距離(li)，如此實(shi)現了(le)壓(ya)(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)過(guo)程中裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)面(mian)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)自動控(kong)制(zhi)。

27、2、通過觀測(ce)壓裂過程中的聲發射、表(biao)面應變率(lv)和電阻率(lv)變化可進一步研究深部巖體的壓裂機(ji)理。

技術特征：

1.用于巖石水力壓(ya)裂(lie)(lie)裂(lie)(lie)縫起裂(lie)(lie)擴(kuo)展控制研究的實(shi)驗方(fang)法，其特征(zheng)在于，控制壓(ya)裂(lie)(lie)實(shi)驗包括以下步驟：

2.根據權(quan)利要求1所述(shu)的(de)用于巖石水(shui)力壓裂(lie)裂(lie)縫起裂(lie)擴展(zhan)控制研究的(de)實驗方法，其特征在于，步驟s3.2中(zhong)，等效滲(shen)流厚度(du)為：

3.根據權利要求1所述(shu)的(de)用于巖石(shi)水(shui)力(li)壓(ya)裂裂縫起裂擴展控制研究的(de)實驗方法，其特征在于，步(bu)驟s3.3中，初(chu)次施(shi)加(jia)脈沖壓(ya)力(li)時的(de)幅值為：

4.根(gen)據權(quan)利(li)要求1所述(shu)的(de)用于巖石水力(li)壓裂裂縫起裂擴展(zhan)控制研究的(de)實驗方法，其特征在于，步(bu)驟(zou)s3.5中，后續施加脈(mo)沖幅(fu)值時(shi)，脈(mo)沖幅(fu)值大小為上次起裂時(shi)的(de)脈(mo)沖幅(fu)值，如裂縫未擴展(zhan)，間隔30s后提升的(de)脈(mo)沖幅(fu)值的(de)大小為。

5.根據權利要(yao)求(qiu)1所述的(de)用(yong)于巖石水(shui)力壓裂(lie)裂(lie)縫起裂(lie)擴展控制研究的(de)實驗方法，其(qi)特征在于，步驟s3.4中(zhong)，壓裂(lie)裂(lie)縫面(mian)積為(wei)：

6.根據(ju)權利要求1所述的用于(yu)巖石水力壓(ya)裂(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)起(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)擴展控制研究的實驗方法(fa)，其特征在于(yu)，判斷裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)起(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)的方法(fa)為：若(ruo)孔壓(ya)突降且(qie)聲發射信號強度激(ji)增，則裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)起(qi)(qi)裂(lie)(lie)(lie)。

7.根據(ju)權(quan)利要(yao)求(qiu)1所述的用于巖(yan)石水(shui)力壓裂(lie)(lie)裂(lie)(lie)縫(feng)起裂(lie)(lie)擴展(zhan)控制研究(jiu)的實驗方法(fa)，其特征在(zai)于，判斷(duan)裂(lie)(lie)縫(feng)貫(guan)穿(chuan)試樣的方法(fa)為(wei)：觀(guan)測到壓裂(lie)(lie)液從巖(yan)石試樣中滲出，則裂(lie)(lie)縫(feng)貫(guan)穿(chuan)試樣；或(huo)者，觀(guan)測到孔壓的最大值為(wei)圍壓，此時圍壓液通過裂(lie)(lie)縫(feng)與壓裂(lie)(lie)孔聯通，則裂(lie)(lie)縫(feng)貫(guan)穿(chuan)試樣。

8.根據(ju)權利要求1所述的(de)用(yong)(yong)于巖石(shi)水力壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)裂(lie)(lie)(lie)(lie)縫起裂(lie)(lie)(lie)(lie)擴展控(kong)制研究的(de)實驗(yan)方法(fa)，其特征在于，還包(bao)括步(bu)驟s1、實驗(yan)室(shi)控(kong)制壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)實驗(yan)準備(bei)：加(jia)工巖石(shi)試樣(yang)，在巖石(shi)試樣(yang)中預(yu)埋壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)管，預(yu)制定向(xiang)機構；并使用(yong)(yong)同一(yi)批(pi)次巖樣(yang)測量巖石(shi)試樣(yang)的(de)基本物理參數(shu)，包(bao)括滲透率(lv)，測量壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)液(ye)黏度；搭建實驗(yan)室(shi)壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)測試系統，包(bao)括圍壓(ya)(ya)加(jia)載裝置、電(dian)液(ye)伺服壓(ya)(ya)裂(lie)(lie)(lie)(lie)泵、上(shang)位機、監測設(she)(she)(she)備(bei)，所述監測設(she)(she)(she)備(bei)包(bao)括聲(sheng)發(fa)射(she)采集(ji)設(she)(she)(she)備(bei)、應變率(lv)采集(ji)設(she)(she)(she)備(bei)、電(dian)阻率(lv)采集(ji)設(she)(she)(she)備(bei)。

9.根(gen)據權利要(yao)求1所(suo)述的用于(yu)巖(yan)石(shi)水力壓裂裂縫(feng)起裂擴(kuo)展控制研(yan)究(jiu)的實驗方法，其特(te)征在于(yu)，還包(bao)括步驟s2、加(jia)載準備：安裝巖(yan)石(shi)試樣(yang)(yang)，在巖(yan)石(shi)試樣(yang)(yang)表(biao)面(mian)安裝監測設備，連接電液伺服壓裂泵(beng)(beng)與(yu)巖(yan)石(shi)試樣(yang)(yang)中預埋的壓裂管，并使用真空泵(beng)(beng)將管線和壓裂孔中的空氣抽出。

10.根(gen)據權(quan)利(li)要求1所述(shu)的(de)用于(yu)巖(yan)石水力壓(ya)裂裂縫起裂擴(kuo)展控制研究(jiu)(jiu)的(de)實(shi)驗方法，其特征在于(yu)，還包括步驟s4、通過觀測壓(ya)裂過程(cheng)中的(de)聲發射(she)、表(biao)面應(ying)變率(lv)和電阻率(lv)變化(hua)進一步研究(jiu)(jiu)深部巖(yan)體的(de)壓(ya)裂機(ji)理。

技術總結
本發明涉及用于巖石水力壓裂裂縫起裂擴展控制研究的實驗方法，對試樣施壓，向試樣注入流量；在孔壓接近裂縫起裂壓力時，調整為脈沖加載模式，不斷增加脈沖壓力幅值直至裂縫起裂，求得裂縫面的面積，PID控制方法根據裂縫面積作為控制閉環的目標值，當沒有達到目標參數時，繼續提升脈沖幅值，提升幅值后裂縫再次起裂，裂縫面積隨之增加，每次裂縫起裂后均需保持孔壓為直至流量穩定，然后計算裂縫面積，直至最后一次脈沖幅值調整后裂縫面積等于或超過目標值時壓裂實驗結束。本發明通過使用脈沖孔壓加載的方式，盡量使孔壓上限接近臨界起裂孔壓，并在達到最大孔壓后迅速卸去孔壓，來限制壓裂裂縫的擴展距離，實現了壓裂過程中裂縫面積的自動控制。

技術研發人員：薛強,毛瑞彪,江權,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