CN107701160B - 模拟水力压裂裂缝和天然裂缝扩展影响的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟水力压裂裂缝和天然裂缝扩展影响的实验装置及方法。采用钢管模拟压裂管柱，浇铸成平面岩石试样并进行养护，然后制备带有随机斑点的岩石试样；然后将试样放置于可调节水力压裂腔内，对式样两侧施加不等的地应力，然后再通过压裂管柱注入压裂液，同时应用高速摄像机拍摄水力压裂过程中的裂缝扩展情况，利用应变仪收集水力压裂过程中的岩体变形情况，并检测泵注压力和应变变化。本发明可以直观的对水力裂缝和天然裂缝之间的相互作用力学关系进行分析，并可精确研究流量在相遇天然裂缝后的分配问题，同时对水力压裂的起裂规律、因水力裂缝扩展导致的岩体变形、不同强度天然裂缝张开、重启或者错断等复杂力学行为进行直观观测。
Description
技术领域
本发明涉及一种水力压裂增产开发领域，特别涉及一种模拟水力压裂裂缝和天然裂缝扩展影响的实验装置及方法。
背景技术
水力压裂是通过地面高压泵组，大排量向井筒内泵注具有一定黏度的压裂流体，当流体压力超过岩石本身抗拉强度时，在储层内就可以形成具有一定导流能力的水力裂缝，水力裂缝形成后将极大的改善油气渗流能力，提高油气产量。目前水力压裂技术已经成为开发低渗透和非常规油气田的核心技术手段，特别是在页岩气、致密油气等储层商业化开发当中取得了巨大成功。为此，掌握水力裂缝在地质体中的扩展延伸规律对水力压裂设计具有重要意义。在水力压裂过程中，天然裂缝发育程度被认为是评价储层优劣的核心参数之一，主要在于天然裂缝既是油气运移的通道和油气富集的场所，同时也是水力压裂过程中潜在的激活对象。所以明确水力裂缝与天然裂缝之间复杂的相关力学作用关系已经成为了目前水力压裂研究中的热点和前沿问题之一。
传统认识和分析水力裂缝在裂缝性储层中的扩展延伸规律主要采取数值模拟方法和室内试验方法。数值模拟法主要包括有限元法、边界元法和离散元法等，并在此基础上衍生出扩展有限元法、无单元法、近场动力学法等，数值模拟的方法主要优势是成本低廉，可以改变条件循环反复计算，但是有时数值模型难以反映储层的真实情况，且计算工作量大，对研究人员理论背景要求高。室内试验方法主要以真三轴水力压裂为主，但是受试样尺寸影响，试验成本高，并且目前多采用带颜色或者添有荧光粉的压裂液来分析水力压裂后的裂缝形态及范围尺寸，或者采用声发射等实验监测方法对裂缝形态进行三维定位解释，但是上述方法都难以直接掌握水力裂缝的实时起裂和扩展规律，同时对小尺度的裂缝形态解释效果有限。
数字散斑技术是一种基于数字图像分析技术的光测力学实验方法，该方法可以有效测定测试区域的变形场参量。数字散斑测试系统具有易于实现和测量的尺度和精度。传统光测方法可以做到全场、非接触、自动化和高精度的测量，数字散斑技术不仅具有以上光测方法的优点，同时该方法对测量环境的要求低，还具有测量系统易于实现，灵敏度和自动化程度高等优势，为此，数字散斑技术已经被广泛的应用于各种材料物体表明位移、变形及振动的测量，应用数字散斑技术能够有效的捕捉水力裂缝扩展的途径和区域的位移场。
鉴于传统实验方法在实时和直接观察分析水力裂缝的扩展上的不足，本发明提供了一种分析天然裂缝对水力压裂裂缝扩展影响的可视化实验装置与方法。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种模拟水力压裂裂缝和天然裂缝扩展影响的实验装置及方法。
本发明提到的一种模拟水力压裂裂缝和天然裂缝扩展影响的实验装置，其技术方案是：包括数据处理计算机终端（1）、图像监测模块（2）、数据采集模块（3）、高清高速摄像机（4）、白光光源（5）、水力压裂物理模拟实验腔（6）、伺服控制注入泵（8）、模数转换模块（9）、模拟压裂井筒（11）、围压泵（15），所述高清高速摄像机（4）安装在水力压裂物理模拟实验腔（6）的上方，并通过数据采集模块（3）和图像监测模块（2）连接到数据处理计算机终端（1）；所述水力压裂物理模拟实验腔（6）的两侧分别连接围压泵（15），所述围压泵（15）通过模数转换模块（9）连接到数据处理计算机终端（1）；在所述水力压裂物理模拟实验腔（6）内设有模拟压裂井筒（11），所述模拟压裂井筒（11）的一端通过伺服控制注入泵（8）连接到模数转换模块（9），且在所述水力压裂物理模拟实验腔（6）的一侧安设白光光源（5）。
上述水力压裂物理模拟实验腔（6）安装在滑轮道（10），可调整移动位置。
上述水力压裂物理模拟实验腔（6）与围压泵（15）之间设有压力表（7）和压力阀（12）；所述水力压裂物理模拟实验腔（6）与伺服控制注入泵（8）之间设有压力表（7）、压力阀（12）和放空阀（14）。
上述水力压裂物理模拟实验腔（6）的内部设有多个支撑铁块（20），在两个支撑铁块（20）之间安设长边胶囊（19）和宽边胶囊（18），在长边胶囊（19）方向的滑轮道（10）上设有长边齿轮固定架（21）和齿轮控制器（13）；在宽边胶囊（18）方向的滑轮道（10）上设有短边齿轮固定架（17）和齿轮控制器（13）；并用高强度螺栓（16）固定好整个试验装置，通过齿轮控制器调节（13）水力压裂物理模拟实验腔（6）在滑轮道（10）上的位置，并通过长边齿轮固定架（21）和短边齿轮固定架（17）进行水力压裂物理模拟实验腔（6）的挡板的固定。
上述水力压裂物理模拟实验腔（6）为长方体形容器，并可根据压裂试样的大小调节压裂腔室空间。
本发明提到的一种模拟水力压裂裂缝和天然裂缝扩展影响的实验装置的使用方法，包括以下步骤：
（1）选取制作压裂试样的岩石材料和天然裂缝材料，根据要求布置天然裂缝形态特征，将混合材料加工成矩形块体；养护后在压裂试样长宽表面分别喷涂白漆和黑漆，形成数字散斑模拟试件；
（2）将压裂试样放置于水力压裂物理模拟实验腔（6），架设和连接数据采集模块，使高清高速摄像机（4）正对带有散斑的压裂试样表面，并调整焦距和设置曝光时间，并且在水力压裂物理模拟实验腔（6）的两侧安装围压泵（15），在内腔安装模拟压裂井筒（11），且模拟压裂井筒（11）的外端连接伺服控制注入泵（8）；
（3）选择荧光粉作为示踪剂，制作压裂液；打开水力压裂物理模拟实验腔（6）外侧的围压泵（15），对压裂试样施加两向不等应力，打开伺服控制注入泵（8）施加孔压进行水力压裂实验；
（4）实验后获取水力裂缝形态及加载过程水力压裂试样中应力-应变场图像信息。
上述岩石材料采用石英砂、水泥和石膏为原材料，通过压制成型的方法形成混凝土预制岩样；所述天然裂缝材料为硬纸片、麦片或牛皮纸片；天然裂缝的走向、倾向、倾角，天然裂缝与原位地应力方向的空间关系可以根据要求确定。
上述水力压裂物理模拟实验腔（6）的内部设有多个支撑铁块（20），在两个支撑铁块（20）之间安设长边胶囊（19）和宽边胶囊（18），在长边胶囊（19）方向的滑轮道（10）上设有长边齿轮固定架（21）和齿轮控制器（13）；在宽边胶囊（18）方向的滑轮道（10）上设有短边齿轮固定架（17）和齿轮控制器（13）；并用高强度螺栓（16）固定好整个试验装置，通过齿轮控制器调节（13）水力压裂物理模拟实验腔（6）在滑轮道（10）上的位置，并通过长边齿轮固定架（21）和短边齿轮固定架（17）进行水力压裂物理模拟实验腔（6）的挡板的固定。
优选的，在拍摄带有散斑的压裂试样表面和进行水力压裂试验前，应当首先使用圆点标靶对高清高速摄像机（4）的镜头和摄像机的内外参数进行标定；在拍摄之前使用标靶采用与背景颜色不同的圆点作为特征标记，通过重心提取来获得标记圆点的精确位置，实现标记点位置的自动提取；同时获取数字图像像素点的边长l；数字图像采集与存储根据测试精度的要求设定高清高速摄像机镜头与摄像机的拍照频率；拍摄的照片通过数据连接线传输至计算机并存储至存储硬盘中；在数字图像采集过程中，高清高速摄像机的镜头、高清高速摄像机及水力压裂模拟试件均不能移动。
优选的，水力压裂物理模拟实验腔（6）连接压力控制模块，压力控制模块包括一台伺服控制注入泵、两台围压泵、两个压力调节阀、两个压力表、两个放空阀；其中，伺服控制注入泵与模拟压裂井筒（11）相连，用于往实验试样中泵入模拟压裂液致裂实验试样；两台围压泵分别与水力压裂物理模拟实验腔（6）的两侧相连，用于对压裂试样施加最大水平应力和最小水平应力，以模拟真实地层应力状态；压力阀用于调整围压大小；压力表用于指示围压大小；放空阀用于卸载围压。
本发明的有益效果是：本发明利用该方法可以精确识别水力裂缝与天然裂缝之间的相互作用力学关系，同时对全场变形进行检测，客观的再现水力裂缝的扩展规律，客服了现有真三轴水力压裂实验成本高，精度有限等缺点；本实验可以实时动态的追踪水力裂缝的扩展情况，尤其可以分析水力裂缝与天然裂缝作用时的流量分配等问题，同时可以获取整个研究观测区的应力-应变。提出的滑轮可调节水力压裂腔可以设定更换不同约束，研究不同尺寸岩样在不等应力条件下水力裂缝扩展的尺寸效应；本发明的水力压裂模拟结构构造简单，经济成本低，同时利用该试验设备还可以分析岩石非均性，各向异性等对水力裂缝的影响情况。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是水力压裂物理模拟实验腔的结构示意图；
上图中：数据处理计算机终端（1）、图像监测模块（2）、数据采集模块（3）、高清高速摄像机（4）、白光光源（5）、水力压裂物理模拟实验腔（6）、压力表（7）、伺服控制注入泵（8）、模数转换模块（9）、滑轮道（10）、模拟压裂井筒（11）、压力阀（12）、齿轮控制器（13）、放空阀（14）、围压泵（15）、高强度螺栓（16）、短边齿轮固定架（17）、宽边胶囊（18）、长边胶囊（19）、支撑铁块（20）、长边齿轮固定架（21）。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，参照附图1和2，本发明提到的一种模拟水力压裂裂缝和天然裂缝扩展影响的实验装置，其技术方案是：包括数据处理计算机终端（1）、图像监测模块（2）、数据采集模块（3）、高清高速摄像机（4）、白光光源（5）、水力压裂物理模拟实验腔（6）、伺服控制注入泵（8）、模数转换模块（9）、模拟压裂井筒（11）、围压泵（15），所述高清高速摄像机（4）安装在水力压裂物理模拟实验腔（6）的上方，并通过数据采集模块（3）和图像监测模块（2）连接到数据处理计算机终端（1）；所述水力压裂物理模拟实验腔（6）的两侧分别连接围压泵（15），所述围压泵（15）通过模数转换模块（9）连接到数据处理计算机终端（1）；在所述水力压裂物理模拟实验腔（6）内设有模拟压裂井筒（11），所述模拟压裂井筒（11）的一端通过伺服控制注入泵（8）连接到模数转换模块（9），且在所述水力压裂物理模拟实验腔（6）的一侧安设白光光源（5）。
其中，水力压裂物理模拟实验腔（6）安装在滑轮道（10），可调整移动位置。
水力压裂物理模拟实验腔（6）与围压泵（15）之间设有压力表（7）和压力阀（12）；所述水力压裂物理模拟实验腔（6）与伺服控制注入泵（8）之间设有压力表（7）、压力阀（12）和放空阀（14）。
另外，水力压裂物理模拟实验腔（6）的内部设有多个支撑铁块（20），在两个支撑铁块（20）之间安设长边胶囊（19）和宽边胶囊（18），在长边胶囊（19）方向的滑轮道（10）上设有长边齿轮固定架（21）和齿轮控制器（13）；在宽边胶囊（18）方向的滑轮道（10）上设有短边齿轮固定架（17）和齿轮控制器（13）；并用高强度螺栓（16）固定好整个试验装置，通过齿轮控制器调节（13）水力压裂物理模拟实验腔（6）在滑轮道（10）上的位置，并通过长边齿轮固定架（21）和短边齿轮固定架（17）进行水力压裂物理模拟实验腔（6）的挡板的固定。
上述水力压裂物理模拟实验腔（6）为长方体形容器，并可根据压裂试样的大小调节压裂腔室空间。
本发明提到的一种模拟水力压裂裂缝和天然裂缝扩展影响的实验装置的使用方法，包括以下步骤：
（1）选取制作压裂试样的岩石材料和天然裂缝材料，根据要求布置天然裂缝形态特征，将混合材料加工成矩形块体；养护后在压裂试样长宽表面分别喷涂白漆和黑漆，形成数字散斑模拟试件；
（2）将压裂试样放置于水力压裂物理模拟实验腔（6），架设和连接数据采集模块，使高清高速摄像机（4）正对带有散斑的压裂试样表面，并调整焦距和设置曝光时间，并且在水力压裂物理模拟实验腔（6）的两侧安装围压泵（15），在内腔安装模拟压裂井筒（11），且模拟压裂井筒（11）的外端连接伺服控制注入泵（8）；
（3）选择荧光粉作为示踪剂，制作压裂液；打开水力压裂物理模拟实验腔（6）外侧的围压泵（15），对压裂试样施加两向不等应力，打开伺服控制注入泵（8）施加孔压进行水力压裂实验；
（4）实验后获取水力裂缝形态及加载过程水力压裂试样中应力-应变场图像信息。
上述岩石材料采用石英砂、水泥和石膏为原材料，通过压制成型的方法形成混凝土预制岩样；所述天然裂缝材料为硬纸片、麦片或牛皮纸片；天然裂缝的走向、倾向、倾角，天然裂缝与原位地应力方向的空间关系可以根据要求确定。
在拍摄带有散斑的压裂试样表面和进行水力压裂试验前，应当首先使用圆点标靶对高清高速摄像机（4）的镜头和摄像机的内外参数进行标定；在拍摄之前使用标靶采用与背景颜色不同的圆点作为特征标记，通过重心提取来获得标记圆点的精确位置，实现标记点位置的自动提取；同时获取数字图像像素点的边长l；数字图像采集与存储根据测试精度的要求设定高清高速摄像机镜头与摄像机的拍照频率；拍摄的照片通过数据连接线传输至计算机并存储至存储硬盘中；在数字图像采集过程中，高清高速摄像机的镜头、高清高速摄像机及水力压裂模拟试件均不能移动。
水力压裂物理模拟实验腔（6）连接压力控制模块，压力控制模块包括一台伺服控制注入泵、两台围压泵、两个压力调节阀、两个压力表、两个放空阀；其中，伺服控制注入泵与模拟压裂井筒（11）相连，用于往实验试样中泵入模拟压裂液致裂实验试样；两台围压泵分别与水力压裂物理模拟实验腔（6）的两侧相连，用于对压裂试样施加最大水平应力和最小水平应力，以模拟真实地层应力状态；压力阀用于调整围压大小；压力表用于指示围压大小；放空阀用于卸载围压。
实施例2，本发明中更为具体的使用方法，包括以下步骤：
(1) 根据实验要求，选择不同组分的水泥、石英砂、粘土、水等材料向其加入碎A4打印纸、麦片或者碎牛皮纸片等混合倒入模具当中，试件在模具内放置72小时后拆模，然后并放入恒温恒湿箱内养护14天；
(2) 压裂试样达到预定强度后，利用钻孔机钻入，插入耐高压金属管模拟压裂井筒，并利用密封圈和密封胶进行密封处理，同时一端封闭，一端为开口，开口用以连接水力压裂压裂液注入管汇，侧面为模拟射孔；
(3) 首先采用白色自喷漆在切割好的压裂试样表面喷涂成白色，待白色漆面干透后再喷涂随机性的黑色斑点，制作带有散斑的水力压裂模拟试件。在混凝土材料待测试件表面均匀涂上石膏或油漆涂层，然后在涂层上制作散斑；散斑的颜色应与涂层的颜色具有显著区别，且散斑的外形与尺寸大小具有随机性以保证每个散斑都能相互区分；每个散斑的直径大小与测量区域边长的比例关系在 1/1000~1/10之间；
(4) 将压裂试样放入水力压裂物理模拟实验腔（6）内，水力压裂物理模拟实验腔（6）内还有支撑铁块20，宽边胶囊18和长边胶囊19，并用高强度螺栓16固定好整个试验装置，通过齿轮控制器调节水力压裂物理模拟实验腔（6）在滑轮道上的位置，并通过长边固定架21和短边固定架22进行水力压裂物理模拟实验腔（6）挡板的固定；
(5) 打开和调节白光光源5，将高清高频摄像机4正对于带有数字散斑的水力压裂模拟试样表面；准备数据采集系统，然后启动高清高频摄像机，根据测试精度的要求设定镜头，进行焦距选取，选择拍照频率，设定曝光时间；拍摄的照片通过数据连接线传输至计算机并存储至存储硬盘；
(6)考虑到清水或一般性水基压裂液对数字散斑效果的影响，水力压裂实验中所采用的压裂液应以甘油等类似油基压裂液为主；
(7) 利用高压管线分别连接两个围压泵，同时在管线上安装压力表、压力调节阀及放空阀；利用高压管线连接模拟压裂井筒（11）与伺服控制注入泵，同时连接伺服控制注入泵与压力数据记录仪；
(8) 施加围压：关闭放空阀14，启动围压泵15，调节压力调节阀12，分别将最大水平应力和最小水平应力，调节至实验所需值；
(9) 施加孔眼压力，开始水力压裂。启动伺服控制注入泵8，以恒定速率往预置井眼中泵入模拟压裂液，逐渐压裂实验试样，同时利用压力阀和压力表记录孔眼压力大小及变化规律，利用高清高频摄像机记录散斑表明水力裂缝的起裂及扩展动态，在裂缝扩展到试样端部后，关闭伺服控制注入泵8；
(10) 关闭围压泵15，打开放空阀、卸载围压；关闭高清高频摄像机、压力数据记录仪.；
(11) 通过能够通过数字图像匹配方法对采集及存储的数字图像进行处理分析，通过对比分析水力压裂试样变形前后图像的灰度，计算数字图像的相关系数；然后通过相关系数，判断水力压裂试样的变形与位移，获得水力压裂试样广义主应变场分布；对变形前后两幅图像计算区域内的所有点进行相关匹配后，就能获得这些点在变形前后空间几何位置的变化，即获得测量区域的位移场分布，并采用最小二乘法对位移场求导获得广义主应变场；
(12) 取出压裂试样，观察拍照记录裂缝最终形态，并对压后岩样钻取标准岩芯，并切割薄片，通过扫描电镜对裂缝表面进行微观分析。
本发明应用的数字图像处理方法主要基于数字散斑基本思想。具体原理为：通过相关计算，在变形后的散斑场中识别出对应于变形前的散斑场中某一散斑区域的散斑子区，把变形测量问题转化为一个数字计算过程。计算散斑场应变式的关键问题是搜索相匹配的两个子域，方法是采用相似系数比较2个图像的形似程度，本发明中的相似系数定义为：
式中，
和
为子区域中各点的灰度值，
和
为子区域的平均灰度，
为序号，
为散斑点数。
在通过数字图像方法对采集及存储的数字图像内所有点进行匹配处理分析之后，可以获取压裂岩石表面这些点变形前后空间几何位置，获得测量区域的位移场分布，在对位移场进行求导后可以得到广义主应变场，基本公式为：
式中：
为
方向上横向广义应变，
为
方向上纵向广义应变，
为广义剪应变。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。
Claims (2)
1.一种模拟水力压裂裂缝和天然裂缝扩展影响的实验装置的使用方法，
所述实验装置包括数据处理计算机终端（1）、图像监测模块（2）、数据采集模块（3）、高清高频摄像机（4）、白光光源（5）、水力压裂物理模拟实验腔（6）、伺服控制注入泵（8）、模数转换模块（9）、模拟压裂井筒（11）、围压泵（15），所述高清高速摄像机（4）安装在水力压裂物理模拟实验腔（6）的上方，并通过数据采集模块（3）和图像监测模块（2）连接到数据处理计算机终端（1）；所述水力压裂物理模拟实验腔（6）的两侧分别连接围压泵（15），所述围压泵（15）通过模数转换模块（9）连接到数据处理计算机终端（1）；在所述水力压裂物理模拟实验腔（6）内设有模拟压裂井筒（11），所述模拟压裂井筒（11）的一端通过伺服控制注入泵（8）连接到模数转换模块（9），且在所述水力压裂物理模拟实验腔（6）的一侧安设白光光源（5）；所述水力压裂物理模拟实验腔（6）安装在滑轮道（10），可调整移动位置；所述水力压裂物理模拟实验腔（6）与围压泵（15）之间设有压力表（7）和压力调节阀（12）；所述水力压裂物理模拟实验腔（6）与伺服控制注入泵（8）之间设有压力表（7）、压力阀和放空阀（14）；所述水力压裂物理模拟实验腔（6）的内部设有多个支撑铁块（20），在两个支撑铁块（20）之间安设长边胶囊（19）和宽边胶囊（18），在长边胶囊（19）方向的滑轮道（10）上设有长边齿轮固定架（21）和齿轮控制器（13）；在宽边胶囊（18）方向的滑轮道（10）上设有短边齿轮固定架（17）和齿轮控制器（13）；并用高强度螺栓（16）固定好整个试验装置，通过齿轮控制器调节（13）水力压裂物理模拟实验腔（6）在滑轮道（10）上的位置，并通过长边齿轮固定架（21）和短边齿轮固定架（17）进行水力压裂物理模拟实验腔（6）的挡板的固定；
其特征是，所述方法包括以下步骤：
(1) 根据实验要求，选择不同组分的水泥、石英砂、粘土和水，向其加入碎A4打印纸、麦片或者碎牛皮纸片混合倒入模具当中，试件在模具内放置72小时后拆模，然后放入恒温恒湿箱内养护14天；
(2) 压裂试样达到预定强度后，利用钻孔机钻入，插入耐高压金属管模拟压裂井筒，并利用密封圈和密封胶进行密封处理，同时一端封闭，一端为开口，开口用以连接水力压裂压裂液注入管汇，侧面为模拟射孔；
(3) 首先采用白色自喷漆在切割好的压裂试样表面喷涂成白色，待白色漆面干透后再喷涂随机性的黑色斑点，制作带有散斑的水力压裂模拟试件；在水力压裂模拟试件表面均匀涂上石膏或油漆涂层，然后在涂层上制作散斑；散斑的颜色应与涂层的颜色具有显著区别，且散斑的外形与尺寸大小具有随机性以保证每个散斑都能相互区分；每个散斑的直径大小与测量区域边长的比例关系在 1/1000~1/10之间；
(4) 将水力压裂模拟试件放入水力压裂物理模拟实验腔（6）内；
(5) 打开和调节白光光源（5），将高清高频摄像机（4）正对于带有数字散斑的水力压裂模拟试样表面；启动高清高频摄像机，根据测试精度的要求设定镜头，进行焦距选取，选择拍照频率，设定曝光时间；拍摄的照片通过数据连接线传输至数据处理计算机终端并存储至存储硬盘；
(6)采用的模拟压裂液以甘油为主，并选择荧光粉作为示踪剂；
(7) 利用高压管线分别连接两个围压泵，同时在管线上安装压力表、压力调节阀及放空阀；利用高压管线连接模拟压裂井筒（11）与伺服控制注入泵，同时连接伺服控制注入泵与压力数据记录仪；
(8) 施加围压：关闭放空阀（14），启动围压泵（15），调节压力调节阀（12），分别将最大水平应力和最小水平应力调节至实验所需值；
(9) 施加孔眼压力，开始水力压裂；启动伺服控制注入泵（8），以恒定速率往预置井眼中泵入模拟压裂液，逐渐压裂水力压裂模拟试样，记录孔眼压力大小及变化规律，利用高清高频摄像机记录散斑表明水力裂缝的起裂及扩展动态，在裂缝扩展到试样端部后，关闭伺服控制注入泵（8）；
(10) 关闭围压泵（15），打开放空阀、卸载围压；关闭高清高频摄像机、压力数据记录仪；
(11)通过数字图像匹配方法对采集及存储的数字图像进行处理分析，通过对比分析水力压裂试样变形前后图像的灰度，计算数字图像的相关系数；然后通过相关系数，判断水力压裂模拟试样的变形与位移，获得水力压裂模拟试样广义主应变场分布；对变形前后两幅图像计算区域内的所有点进行相关匹配后，获得这些点在变形前后空间几何位置的变化，即获得测量区域的位移场分布，并采用最小二乘法对位移场求导获得广义主应变场；
(12) 取出水力压裂模拟试样，观察拍照记录裂缝最终形态，并对水力压裂模拟试样钻取标准岩芯，并切割薄片，通过扫描电镜对裂缝表面进行微观分析。
2.根据权利要求1所述的使用方法，其特征是：应用的数字图像处理方法主要基于数字散斑基本思想，具体原理为：通过相关计算，在变形后的散斑场中识别出对应于变形前的散斑场中某一散斑区域的散斑子区，把变形测量问题转化为一个数字计算过程；计算散斑场应变式的关键问题是搜索相匹配的两个子域，方法是采用相似系数比较2个图像的形似程度，相似系数定义为：
式中，
和
为子区域中各点的灰度值，
和
为子区域的平均灰度，
为序号，
为散斑点数；
在通过数字图像方法对采集及存储的数字图像内所有点进行匹配处理分析之后，可以获取压裂岩石表面这些点变形前后空间几何位置，获得测量区域的位移场分布，在对位移场进行求导后可以得到广义主应变场，基本公式为：
式中：
，
，
，
为
方向上横向广义应变，
为
方向上纵向广义应变，
为广义剪应变。
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