CN107290224B - 用于真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置及实验方法 - Google Patents

用于真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置及实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置及实验方法，本发明之的微波加热装置包括三轴加压单元、微波加热单元、压裂液注入单元、声发射监测单元、温度监测单元和控制及信号采集单元：本发明结合了微波加热设备与水力压裂设备，避免了现有的实验设备中，由于连接过程中模拟地应力的缺失，而导致的实验试块性质的变化，更好地模拟岩石热胀冷缩性质对水力压裂效果的影响；能监测在模拟地应力条件下，微波加热时实验试块受热膨胀的情况；能考察地应力条件、加热温度、试块与压裂液的温差和射孔条件等参数对裂缝起裂和延伸的影响规律。

Description

用于真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置及实验方法
技术领域
本发明涉及油气藏水力压裂以及微波加热研究领域，特别涉及一种真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置及实验方法，用以监测在模拟地应力条件下岩石热胀冷缩的性质对提高水力压裂效果的作用，并考察地应力条件、加热温度、试块与压裂液的温差和射孔条件等参数对裂缝起裂和延伸的影响规律。
背景技术
随着经济的迅猛发展，国家的能源需求量不断提升。水力压裂技术，是油气藏开采过程中常用的增产措施。利用水力压裂技术，可增大油气储集层的天然裂缝、形成人工裂缝、增强裂缝之间的连通性，提高油气储集层的渗透率。同时，利用岩石热胀冷缩的性质，可提高水力压裂的效率，有利于裂缝网络的形成。
微波加热技术与传导、对流等传统加热技术相比，具有瞬时加热、热损耗小以及操作方便等特点。微波加热过程，是一个加热介质内外部同时加热、升温的过程。因此，加热过程中并不存在温度梯度，大大提高了介质加热质量与加热效率。同时，其即加即停的特性有利于自动化控制的生产。
在过去的研究中，加热油气储集层的过程中并未考虑到地应力的作用，其实验结果往往与真实地层中的加热情况有所差距。同时，现有装置未能将油气储集层加热与水力压裂的过程衔接起来，不能有效地模拟出热胀冷缩的性质对地下油气储集层水力压裂的作用。因此，设计能将油气储集层加热和水力压裂相结合的实验装置，对模拟地下油气储集层受热膨胀以及压裂过程中岩石热胀冷缩性质的作用有重要意义。
因此，首先需要对开采区油气藏储层埋藏区的地应力条件、裂缝起裂与延伸等情况有所调查。同时，考虑到微波泄露的危害性，在实验装置使用前，必须对进行微波装置控制的所在区域进行微波泄漏检测，以“每平方厘米不超过5毫瓦”为标准。
发明内容
本发明的目的是监测在模拟地应力条件下，岩石热胀冷缩性质对提高水力压裂效果的作用，并观察不同温度、温差及射孔条件等参数对裂缝起裂及延伸的影响，为此提供了一种用于真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置及实验方法。
本发明之真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置，包括三轴加压单元、微波加热单元、压裂液注入单元、声发射监测单元、温度监测单元和控制及信号采集单元：
所述三轴加压单元包括四个固定轴、八个螺栓、压裂室主机、推进台、三个加载板、一个后挡板、X向三通阀、Y向三通阀、Z向三通阀、X向压力传感器、Y向压力传感器、Z向压力传感器、X向加压液压缸、Y向加压液压缸、Z向加压液压缸、两个X向卸料液压缸和液压站；
其中，Y向加压液压缸、Z向加压液压缸均通过沉头螺钉固定在压裂室主机上；X向加压液压缸与压裂室主机通过四个固定轴和八个螺栓进行螺纹密封连接；推进台通过胶接连接方式，一面与X向加压液压缸的底座连接，一面与压裂室主机连接，并与试样室底边重合，以便推送实验试块进入试样室；X向退料油缸通过沉头螺钉固定在压裂室主机上；X向加压液压缸、Y向加压液压缸、Z向加压液压缸的液压杆端部分别与加载板连接，连接方式为沉头螺钉连接；在X方向上，试样室内放有后挡板，且与两个X向卸料液压缸的液压杆端部通过沉头螺钉连接；
X向加压液压缸、Y向加压液压缸和Z向加压液压缸进油口连接处，分别与X向三通阀、Y向三通阀和Z向三通阀螺纹连接分成两路，一路分别与X向压力传感器、Y向压力传感器和Z向压力传感器通过螺纹密封连接，将压力信息传递给控制及信号采集单元；另一路分别与液压油运输管道连接，连接方式为六角接头螺纹连接；X向退料液压缸与液压油运输管道连接，连接方式为六角接头螺纹连接；
液压站包括液压阀组合、泵装置、油箱、压力控制器和囊式蓄能器，与液压油运输管道连接以提供液压源，连接方式为六角接头螺纹连接；
所述微波加热单元包括微波发生装置、波导管和微波天线；所述微波发生装置可在一定范围内，调节微波的频率及功率；所述微波天线固定在三轴加压单元装置的底座中，微波天线位于压裂试样室的下方；所述波导管与微波天线连接，波导管固定在三轴加压单元装置的底座中；
所述压裂液注入单元包括单向液压缸、压裂液泵送控制***和压裂液管线，可控制压裂液泵送的压力及速度；所述压裂液管线穿过前六角螺栓与后六角螺栓，前六角螺栓与实验试块上固定的模拟套管通过进行螺纹密封连接，后六角螺栓与压裂室主机通过螺纹密封连接，防止微波泄露；
所述声发射监测单元包括通过胶接与加载板四个顶点处连接的声发射传感器，声发射传感器传输线从加载板后的槽口中伸出，声发射传感器传输线固定在固定管道中；在Y、Z方向上，固定管道一端与压裂室主机通过螺纹连接，另一端可固定传输线；固定管道材质属于微波反射材料；
所述温度监测单元包括通过胶接与加载板中心处连接的温度传感器，温度传感器传输线从加载板后的槽口中伸出并固定在固定管道中；
所述控制及信号采集单元与压力传感器传输线连接，采集模拟地应力值并显示在显示装置上；控制及信号采集单元与液压站通过信号传输线连接，利用其三轴加压控制装置可直接控制施加的三轴应力大小；控制及信号采集单元与声发射传感器传输线连接，内置的声发射信号处理装置处理声发射信号并显示在显示装置上；控制及信号采集单元与压裂液注入单元通过信号传输线连接，采集压裂液泵送信息并显示在显示装置上；控制及信号采集单元与温度传感器传输线连接，监测实验试块加热实时信息并显示在显示装置上；
优选的，压裂室主机除微波天线正上方的试样室底部材质外，其余材质均属于微波反射材料；加载板、后挡板、后六角螺栓、固定管道、X向加压液压缸、Y向加压液压缸、Z向加压液压缸、两个X向卸料液压缸的缸体与液压杆均属于微波反射材料；声发射传感器与温度传感器耐高温，采用的耦合剂耐高温，方便灵敏测得信号。
本发明之真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置的实验方法，包括如下步骤：
步骤一、计算微波频率λ：测量采集到的油气藏储层岩样的介电常数ε’与介电损耗因子ε”，以该试块的尺寸为基准，计算微波频率λ，L为实验试块上底面与微波天线之间的距离：
Figure BDA0001371236500000041
步骤二、制作实验试块：在采集的油气藏储层岩样中心位置钻得扩孔段与裸眼压裂段，并***模拟套管，且以之为中心，浇筑混凝土制得尺寸为200*200*200mm的实验试块；
步骤三、实验试块到位：向制得的实验试块上的模拟套管中注水排净空气，将其与压裂液管线相连；在X、Y、Z方向上的声发射传感器面上涂抹耐高温耦合剂以便更好地测得声发射信号，并利用X向加压液压缸将实验试块推入压裂室主机的试样室内，同时将后六角螺栓与压裂室主机连接；
步骤四、三轴压力加载：启动控制及信号采集单元，利用三轴加压控制装置控制三轴压力加载，直至达到设定的模拟地应力值；
步骤五、微波加热：开启微波发生装置，以步骤一中计算所得的微波频率λ加热实验试块，观察声发射监测单元采集的声发射信号波形；当显示装置上的温度达到设定温度时，关闭微波发生装置；
步骤六、进行水力压裂：开启压裂液泵***，以一定排量按设定的泵送压力或泵送速度向实验试块泵送压裂液；通过声发射监测单元采集压裂过程中的声发射信号，观察声发射信号波形变化；观察显示装置上的水力压裂压力曲线与X、Y、Z三轴压力曲线；当水力压裂压力值以及三轴压力值归零时，水力压裂过程结束；
步骤七、取出实验试块：利用三轴加压控制装置控制X、Y、Z向的压力逐渐减少直至归零，X向加压液压缸的液压杆移出试样室，控制X向卸料液压缸及后挡板将实验试块推出；
本发明的有益效果：
本发明提供的真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置及实验方法，相比现有技术，结合了微波加热设备与水力压裂设备，避免了现有的实验设备中，由于连接过程中模拟地应力的缺失，而导致的实验试块性质的变化，更好地模拟岩石热胀冷缩性质对水力压裂效果的影响；能监测在模拟地应力条件下，微波加热时实验试块受热膨胀的情况；能考察地应力条件、加热温度、试块与压裂液的温差和射孔条件等参数对裂缝起裂和延伸的影响规律。
附图说明
图1为本发明之模拟实验装置的结构示意图。
图2为本发明之三轴加压单元的立体结构示意图。
图3为本发明之三轴加压单元的结构剖视图。
图4为本发明之加载板半剖面结构示意图。
图5为本发明之声发射传感器与温度传感器传输结构示意图。
图6为本发明中实验试块结构示意图。
图中：1.微波发生装置；2.波导管；3.微波天线；4.液压站；5.油箱；6.囊式蓄能器；7.液压阀组合；8.泵装置；9.压力控制器；10.X向加压液压缸；11.Y向加压液压缸；12.Z向加压液压缸；13.X向退料液压缸；14.螺栓；15.固定轴；16.推进台；17.压裂室主机；18.试样室；9.X向压力传感器；20.Y向压力传感器；21.Z向压力传感器；22.X向三通阀；23.Y向三通阀；24.Z向三通阀；25.加载板；26.压裂液管线；27.前六角螺栓；28.后六角螺栓；29.液压油运输管道；30.压裂液泵送控制***；31.单向液压缸；32.信号传输线；33.固定管道；34.声发射传感器传输线；35.温度传感器传输线；36.压力传感器传输线；37.显示装置；38.三轴加压控制装置；39.声发射信号处理装置；301.后挡板；401.声发射传感器；402.温度传感器；403.槽口；601.实验试块；602.裸眼压裂段；603.扩孔段；604.模拟套管。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明所述的一种真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置，包括三轴加压单元、微波加热单元、压裂液注入单元、声发射监测单元、温度监测单元和控制及信号采集单元：
所述三轴加压单元包括四个固定轴15、八个螺栓14、压裂室主机17、推进台16、三个加载板25、后挡板301、X向三通阀22、Y向三通阀23、Z向三通阀24、X向压力传感器19、Y向压力传感器20、Z向压力传感器21、X向加压液压缸10、Y向加压液压缸11、Z向加压液压缸12、两个X向卸料液压缸13和液压站4；
其中，Y向加压液压缸11、Z向加压液压缸12均通过沉头螺钉固定在压裂室主机17上；X向加压液压缸10与压裂室主机17通过四个固定轴15和八个螺栓14进行螺纹密封连接；推进台16通过胶接连接方式，一面与X向加压液压缸10的底座连接，一面与压裂室主机17连接，并与试样室18底边重合，以便推送实验试块进入试样室18；X向退料油缸13通过沉头螺钉固定在压裂室主机17上；X向加压液压缸10、Y向加压液压缸11、Z向加压液压缸12的液压杆端部分别与加载板25连接，连接方式为沉头螺钉连接；在X方向上，试样室内放有后挡板301，且与两个X向卸料液压缸13的液压杆端部通过沉头螺钉连接；
X向加压液压缸10、Y向加压液压缸11和Z向加压液压缸12进油口连接处，分别与X向三通阀22、Y向三通阀23和Z向三通阀24螺纹连接分成两路，一路分别与X向压力传感器19、Y向压力传感器20和Z向压力传感器21通过螺纹密封连接，将压力信息传递给控制及信号采集单元；另一路分别与液压油运输管道29连接，连接方式为六角接头螺纹连接；X向退料液压缸13与液压油运输管道29连接，连接方式为六角接头螺纹连接；
液压站4包括液压阀组合7、泵装置8、油箱5、压力控制器9和囊式蓄能器6，与液压油运输管道29连接以提供液压源，连接方式为六角接头螺纹连接；
所述微波加热单元包括微波发生装置1、波导管2和微波天线3；所述微波发生装置1可在一定范围内，调节微波的频率及功率；所述微波天线3固定在三轴加压单元的底座中，微波天线3位于压裂试样室的下方；所述波导管2与微波天线3连接，波导管2固定在三轴加压单元的底座中；
所述压裂液注入单元包括单向液压缸31、压裂液泵送控制***30和压裂液管线26，可控制压裂液泵送的压力及速度；所述压裂液管线26穿过前六角螺栓27与后六角螺栓28，前六角螺栓27与实验试块601上固定的模拟套管604通过进行螺纹密封连接，后六角螺栓28与压裂室主机17通过螺纹密封连接，防止微波泄露；
所述声发射监测单元包括通过胶接与加载板四个顶点处连接的声发射传感器401，声发射传感器传输线34从加载板25后的槽口403中伸出，声发射传感器传输线34固定在固定管道33中；在Y、Z方向上，固定管道33一端与压裂室主机17通过螺纹连接，固定管道33另一端能固定传输线；固定管道33材质属于微波反射材料；
所述温度监测单元包括通过胶接与加载板中心处连接的温度传感器402，温度传感器传输线35从加载板25后的槽口403中伸出并固定在固定管道33中；
所述控制及信号采集单元与压力传感器传输线36连接，采集模拟地应力值并显示在显示装置37上；控制及信号采集单元与液压站4通过信号传输线32连接，利用其三轴加压控制装置38可直接控制施加的三轴应力大小；控制及信号采集单元与声发射传感器传输线34连接，内置的声发射信号处理装置39处理声发射信号并显示在显示装置37上；控制及信号采集单元与压裂液注入单元通过信号传输线32连接，采集压裂液泵送信息并显示在显示装置37上；控制及信号采集单元与温度传感器传输线35连接，监测实验试块加热实时信息并显示在显示装置37上；
优选的，压裂室主机17除微波天线3正上方的试样室18底部材质外，其余材质均属于微波反射材料；加载板25、后挡板301、后六角螺栓28、固定管道33、X向加压液压缸10、Y向加压液压缸11、Z向加压液压缸12、两个X向卸料液压缸13的缸体与液压杆均属于微波反射材料；声发射传感器401与温度传感器402耐高温，采用的耦合剂耐高温，方便灵敏测得信号。
本发明之真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置的实验方法，包括如下步骤：
步骤一、计算微波频率λ：测量采集到的油气藏储层岩样的介电常数ε’与介电损耗因子ε”，以该试块的尺寸为基准，计算微波频率λ，L为实验试块上底面与微波天线之间的距离：
Figure BDA0001371236500000091
步骤二、制作实验试块：在采集的油气藏储层岩样中心位置钻得扩孔段602与裸眼压裂段603，并***模拟套管604，且以之为中心，浇筑混凝土制得尺寸为200*200*200mm的实验试块601；
步骤三、实验试块到位：向制得的实验试块601上的模拟套管604中注水排净空气，将其与压裂液管线26相连；在X、Y、Z方向上的声发射传感器401面上涂抹耐高温耦合剂以便更好地测得声发射信号，并利用X向加压液压缸10将实验试块推入试样室18内，同时将后六角螺栓28与压裂室主机17连接；
步骤四、三轴压力加载：启动控制及信号采集单元，利用三轴加压控制装置38控制三轴压力加载，直至达到设定的模拟地应力值；
步骤五、微波加热：开启微波发生装置1，以步骤一中计算所得的微波频率λ加热实验试块，观察声发射监测单元采集的声发射信号波形；当显示装置37上的温度达到设定温度时，关闭微波发生装置1；
步骤六、进行水力压裂：开启压裂液泵***30，以一定排量按设定的泵送压力或泵送速度向实验试块泵送压裂液；通过声发射监测单元采集压裂过程中的声发射信号，观察声发射信号波形变化；观察显示装置37上的水力压裂压力曲线与X、Y、Z三轴压力曲线；当水力压裂压力值以及三轴压力值归零时，水力压裂过程结束；
步骤七、取出实验试块：利用三轴加压控制装置38控制X、Y、Z向的压力逐渐减少直至归零，X向加压液压缸10的液压杆移出试样室18，控制X向卸料液压缸13及后挡板301将实验试块601推出。

Claims (3)

1.一种真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置，其特征在于：包括三轴加压单元、微波加热单元、压裂液注入单元、声发射监测单元、温度监测单元和控制及信号采集单元：
所述三轴加压单元包括四个固定轴(15)、八个螺栓(14)、压裂室主机(17)、推进台(16)、三个加载板(25)、后挡板(301)、X向三通阀(22)、Y向三通阀(23)、Z向三通阀(24)、X向压力传感器(19)、Y向压力传感器(20)、Z向压力传感器(21)、X向加压液压缸(10)、Y向加压液压缸(11)、Z向加压液压缸(12)、两个X向卸料液压缸(13)和液压站(4)；
Y向加压液压缸(11)、Z向加压液压缸(12)均通过沉头螺钉固定在压裂室主机(17)上；X向加压液压缸(10)与压裂室主机(17)通过四个固定轴(15)和八个螺栓(14)进行螺纹密封连接；推进台(16)通过胶接连接方式，一面与X向加压液压缸(10)的底座连接，一面与压裂室主机(17)连接，并与试样室(18)底边重合，以便推送实验试块进入试样室(18)；X向卸料液压缸(13)通过沉头螺钉固定在压裂室主机(17)上；X向加压液压缸(10)、Y向加压液压缸(11)、Z向加压液压缸(12)的液压杆端部分别与加载板(25)连接，连接方式为沉头螺钉连接；在X方向上，试样室内放有后挡板(301)，且与两个X向卸料液压缸(13)的液压杆端部通过沉头螺钉连接；
X向加压液压缸(10)、Y向加压液压缸(11)和Z向加压液压缸(12)进油口连接处，分别与X向三通阀(22)、Y向三通阀(23)和Z向三通阀(24)螺纹连接分成两路，一路分别与X向压力传感器(19)、Y向压力传感器(20)和Z向压力传感器(21)通过螺纹密封连接，将压力信息传递给控制及信号采集单元；另一路分别与液压油运输管道(29)连接，连接方式为六角接头螺纹连接；X向卸料液压缸(13)与液压油运输管道(29)连接，连接方式为六角接头螺纹连接；
液压站(4)包括液压阀组合(7)、泵装置(8)、油箱(5)、压力控制器(9)和囊式蓄能器(6)，与液压油运输管道(29)连接以提供液压源，连接方式为六角接头螺纹连接；
所述微波加热单元包括微波发生装置(1)、波导管(2)和微波天线(3)；微波天线(3)固定在三轴加压单元的底座中，微波天线(3)位于压裂试样室的下方；波导管(2)与微波天线(3)连接，波导管(2)固定在三轴加压单元的底座中；
所述压裂液注入单元包括单向液压缸(31)、压裂液泵送控制***(30)和压裂液管线(26)，可控制压裂液泵送的压力及速度；所述压裂液管线(26)穿过前六角螺栓(27)与后六角螺栓(28)，前六角螺栓(27)与实验试块(601)上固定的模拟套管(604)通过进行螺纹密封连接，后六角螺栓(28)与压裂室主机(17)通过螺纹密封连接；
所述声发射监测单元包括通过胶接与加载板四个顶点处连接的声发射传感器(401)，声发射传感器传输线(34)从加载板(25)后的槽口(403)中伸出，声发射传感器传输线(34)固定在固定管道(33)中；在Y、Z方向上，固定管道(33)一端与压裂室主机(17)通过螺纹连接，固定管道(33)另一端能固定传输线；
所述温度监测单元包括通过胶接与加载板中心处连接的温度传感器(402)，温度传感器传输线(35)从加载板(25)后的槽口(403)中伸出并固定在固定管道(33)中；
所述控制及信号采集单元与压力传感器传输线(36)连接，采集模拟地应力值并显示在显示装置(37)上；控制及信号采集单元与液压站(4)通过信号传输线(32)连接，利用其三轴加压控制装置(38)可直接控制施加的三轴应力大小；控制及信号采集单元与声发射传感器传输线(34)连接，内置的声发射信号处理装置(39)处理声发射信号并显示在显示装置(37)上；控制及信号采集单元与压裂液注入单元通过信号传输线(32)连接，采集压裂液泵送信息并显示在显示装置(37)上；控制及信号采集单元与温度传感器传输线(35)连接，监测实验试块加热实时信息并显示在显示装置(37)上。
2.根据权利要求1所述的一种真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置，其特征在于：所述的加载板(25)、后挡板(301)、后六角螺栓(28)、固定管道(33)、X向加压液压缸(10)、Y向加压液压缸(11)、Z向加压液压缸(12)、两个X向卸料液压缸(13)的缸体与液压杆均为微波反射材料。
3.一种权利要求1所述真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置的实验方法，包括如下步骤：
步骤一、计算微波频率λ：测量采集到的油气藏储层岩样的介电常数ε’与介电损耗因子ε”，以该试块的尺寸为基准，计算微波频率λ，L为实验试块上底面与微波天线之间的距离：
Figure FDA0004100037670000031
步骤二、制作实验试块：在采集的油气藏储层岩样中心位置钻得扩孔段(602)与裸眼压裂段(603)，并***模拟套管(604)，且以之为中心，浇筑混凝土制得尺寸为200*200*200mm的实验试块(601)；
步骤三、实验试块到位：向制得的实验试块(601)上的模拟套管(604)中注水排净空气，将其与压裂液管线(26)相连；在X、Y、Z方向上的声发射传感器(401)面上涂抹耐高温耦合剂以便更好地测得声发射信号，并利用X向加压液压缸(10)将实验试块推入试样室(18)内，同时将后六角螺栓(28)与压裂室主机(17)连接；
步骤四、三轴压力加载：启动控制及信号采集单元，利用三轴加压控制装置(38)控制三轴压力加载，直至达到设定的模拟地应力值；
步骤五、微波加热：开启微波发生装置(1)，以步骤一中计算所得的微波频率λ加热实验试块，观察声发射监测单元采集的声发射信号波形；当显示装置(37)上的温度达到设定温度时，关闭微波发生装置(1)；
步骤六、进行水力压裂：压裂液泵送控制***(30)，以一定排量按设定的泵送压力或泵送速度向实验试块泵送压裂液；通过声发射监测单元采集压裂过程中的声发射信号，观察声发射信号波形变化；观察显示装置(37)上的水力压裂压力曲线与X、Y、Z三轴压力曲线；当水力压裂压力值以及三轴压力值归零时，水力压裂过程结束；
步骤七、取出实验试块：利用三轴加压控制装置(38)控制X、Y、Z向的压力逐渐减少直至归零，X向加压液压缸(10)的液压杆移出试样室(18)，控制X向卸料液压缸(13)及后挡板(301)将实验试块(601)推出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111594040B (zh) * 2019-02-19 2021-10-01 中国石油化工股份有限公司 微波破岩试验装置
CN111198136A (zh) * 2020-02-17 2020-05-26 北京科技大学 一种岩体含冰裂缝网络冻胀扩展过程监测试验***及方法
CN111894550B (zh) * 2020-06-23 2022-05-17 中国矿业大学 一种用于上向钻孔低温流体压裂的模拟试验***及方法
CN112268818B (zh) * 2020-11-11 2021-04-13 中国科学院地质与地球物理研究所 岩石真三轴可控冲击波压裂试验***及方法
US11965860B2 (en) * 2020-12-04 2024-04-23 Northeastern University Test system for hard rock breaking by microwave intelligent loading based on true triaxial stress
CN113917110A (zh) * 2021-09-30 2022-01-11 中国矿业大学(北京) 一种多功能三维相似模拟试验平台与试验方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4152941A (en) * 1978-05-08 1979-05-08 Terra Tek, Inc. Process for measuring the fracture toughness of rock under simulated down-hole stress conditions
CN104330310B (zh) * 2014-10-29 2016-08-31 吉林大学 一种油页岩水力压裂模拟实验***及实验样品的制作方法
CN104655495B (zh) * 2015-02-13 2017-05-10 太原理工大学 一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置与试验方法
CN105114049A (zh) * 2015-09-17 2015-12-02 中国石油大学(北京) 一种模拟sagd过程中水力压裂作用机理的实验装置
CN105510142B (zh) * 2016-01-15 2018-02-16 太原理工大学 一种煤岩多相不同流体三轴压裂试验装置与试验方法
CN207197948U (zh) * 2017-08-06 2018-04-06 吉林大学 用于真三轴水力压裂模拟实验的微波加热装置

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