CN113484153A - 室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置，其中室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法包括：首先对试样进行真三轴加载；然后钻造水压致裂钻孔；对试样进行注水压裂并监测压裂过程中压力变化及裂纹起裂、扩展情况；对试样重复压裂模拟水压致裂地应力测试。借此，本发明的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法，可以实现真三轴加载条件下的钻孔钻造、水压致裂地应力测试全过程的实验模拟，且试样安装便捷，操作简单，可扩展性强，为水压致裂地应力测试的室内模拟提供可靠的模拟方法与装置。

Description

室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置
技术领域
本发明是关于水压致裂地应力测试技术领域，特别是关于一种室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置。主要应用与水压致裂地应力测量领域，其功能是基于水压致裂地应力测试的原理，通过先三维应力加载再钻造钻孔，然后开展室内水压致裂的思路方法，可以实现(1)水压致裂破裂过程模拟；(2)水压致裂地应力测试过程核心特征参数的模拟研究；(3)模拟野外水压致裂地应力测试过程，为野外测试数据校正及复核提供技术方法与装置。
背景技术
水压致裂测量地应力技术是目前最广泛且最有效的地应力测量技术之一(王成虎,2014)。自1964年，Fairhurst(1964)第一个正式提出利用水压致裂技术来测量原地应力，该方法迅速发展，逐步被应用到地应力测量工程实践领域(von Schonfeldt andFairhurst,1970；Haimson and Avasthi,1973；Raleigh et al.,1976；李宏等,2005)，并被全球各行各业的科学家所认同。虽然水压致裂原地应力测量方法有众多优点，但这种方法还是有一些无法避免的局限性，例如，测试段岩体的抗拉强度确定问题，破裂压力与诱发裂缝的起裂可能并不对应，还有水压致裂诱发裂缝与最小水平主应力并不垂直等。水压致裂裂缝实际形态很难直接观测，多数情况下依赖于简单模型或者各种假设来分析裂纹形态。数值模拟可以解释部分现象，但对于裂纹扩展机理的解释有限且可能有误。室内水压致裂实验是分析水压致裂应力测量中裂纹起裂与扩展机理的一种重要方法，但室内模拟实验研究尤其是真三轴水压致裂研究并不多。因而，为更好的解释水压致裂中裂纹起裂及扩展机理，确定破裂压力及其他特征参数与地应力间的关系，需要发展室内(微型)真三轴水压致裂地应力测试实验模拟技术及研制相关设备。
室内水压致裂的实现主要有两种方法，一种是采用带中心钻孔的圆柱试样，通过围压装置施加均匀围压及轴压，模拟假三轴应力环境，通过中心钻孔内加压实现围压下岩样水压致裂破坏模拟(Zoback et al.,1977；Brenne et al.,2013)。例如1977年Zoback等(1977)通过单轴和假三轴(水平方向应力相等)水压致裂试验研究了水压致裂地应力测量方法的两个影响因素。Daneshy(1978)采用单轴压缩装置实现带孔圆柱试样水压致裂模拟。Anderson(1981)开展了立方体试样的单轴荷载下的水压致裂实验。Haimson(1981)指出通常的水压致裂设备在小试样时比较难以控制裂纹的起裂与扩展，因而他采用大尺寸试样进行水压致裂试验，试图得到类似野外地应力测量结果。然而这些设备只能提供伪三轴应力状态，无法模拟实际三维原地应力状态下的水压致裂。
另一种方法是采用立方体或长方体试样，三个方向独立加载从而模拟岩石真实受力情况(Stoeckhert et al.,2015)。世界上第一台岩石真三轴试验装置由Mogi教授开发(Mogi,1967；1971b；a)。1979年，美国科罗拉多采矿学院开发了一套大尺寸(8英寸立方体)压裂装置，可进行常温条件下的水压致裂实验，主要应用在石油和天然气工业。美国斯伦贝谢下属的TerraTek公司最早开发出大型真三轴加载框架物理模型进行侧重砂岩石油储层水力压裂方面的研究(Casas et al.,2006)，试样尺寸为3英尺的立方体，但这样的试验装置侧重宏观压裂效果视觉评估。Cheung和Haimson(1989)采用多轴加载系统和孔压加载系统实现了真三轴应力下的水压致裂模拟。Ishida等(2012)发展了可以采用水、油和超临界状态的CO2作为压裂介质的液压致裂实验设备。陈勉等(2000)采用大尺寸真三轴模拟试验系统模拟地层条件，对天然岩样和人造岩样进行水力压裂裂缝扩展机理模拟实验，并实现对裂缝扩展的实际物理过程进行监测。但目前室内水压致裂设备主要是用于模拟石油行业水压致裂问题，不适合用来模拟野外微型水压致裂地应力测量研究。
室内三维水压致裂地应力测量试验模拟方法及装备存在的主要问题有：
1、真三轴围压荷载的施加，多数设备采用假三轴情况下的水压致裂模拟，无法模拟真实原地应力状态；
2、无法模拟三维应力下的钻孔钻造到水压致裂地应力测试全过程；
3、无法有效模拟地应力测量中加压-保压-卸压的重复加载过程；
4、孔压加载及密封性问题，加载部件复杂，密封性不好等，局部出现应力集中等；
5、无法实现不同工况下真三轴水压致裂破裂过程模拟，无法实现水压致裂过程中变形与裂缝起裂和扩展的监控。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置，其可以实现真三轴加载条件下的钻孔钻造、水压致裂地应力测试全过程的实验模拟，且试样安装便捷，操作简单，为水压致裂地应力测试的室内模拟提供可靠的模拟方法与装置。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法包括：对试样进行真三轴加载；三维应力下钻造水压致裂钻孔；对试样进行注水压裂；以及对试样重复压裂。
在本发明的一实施方式中，对试样进行真三轴加载包括：调整所述实验工作平台，将试样安装工作平台推出至方便操作位置。安装所述试样至所述实验工作平台，通过伺服液压源为主框架的液压加载模块提供液压加载动力，并通过自动控制系统控制加载过程，利用测力模块的力和位移传感器记录力和位移量值，并反馈给控制系统实现系统实时调整与控制。预加载完成后，自动启动真三轴围压加载，按照设置加载程序开始加载，且可以同时启动其他方向加载程序，加载至指定荷载后，程序自动启动保持荷载保持。
在本发明的一实施方式中，真三轴加载条件下进行水压致裂钻孔钻造包括：采用本发明的模拟原位钻孔机构，利用小型钻机并配合特制小直径钻头等，设计特制加长柱和带孔压板，使钻杆和钻头穿过试验机与试样接触，实现真三轴应力条件下的不同直径压裂孔的钻造。
在本发明的一实施方式中，钻孔钻造结束后开展水压致裂及重复压裂包括：更换液体注入水道压盘，注水压裂，裂纹起裂及扩展监测，重复压裂，重复压裂结束后关闭加压泵并完全卸压；其中，液体注入水道压盘需接通注液软管，并连接加压泵；其中，裂纹起裂及扩展监测通过带声发射探头安装槽压板保证声发射探头与试样直接接触，扩展并引入声发射系统，监测裂缝在水压致裂不同工况下的起裂与扩展过程。
本发明另一方面提供了一种室内真三轴水压致裂地应力测试模拟装置，包括：真三轴加载机构、孔压加载机构、测量控制机构以及数据采集机构。真三轴加载机构，包括：轴向加载框架，固定于地面上；第一横向加载框架，与所述轴向加载框架采用反力装置固定，且所述轴向加载框架与所述第一横向加载框架之间具有空间；导轨，设置于所述轴向加载框架与所述第一横向加载框架之间；及第二横向加载框架，设置于所述导轨上。孔压加载机构，包括：特殊压力盒，待测试样安装于所述特殊压力盒中，且所述特殊压力盒放置于所述第二横向加载框架的中心处；及加压泵。测量控制机构与所述真三轴加载机构和所述孔压加载机构电性连接。数据采集机构与所述真三轴加载机构、所述孔压加载机构和所述测量控制机构电性连接。以及模拟原位钻孔机构，包括钻机、钻机操作台、特制钻杆和特制钻头，且所述特制钻杆和钻头穿过第一横向承力横梁、第一横向压盘和带孔压板作用于试样上。其中，所述测量控制机构用以控制所述真三轴加载机构对所述待测试样进行三轴加压，且所述测量控制机构还用以控制所述加压泵向所述待测试样中注液增压。其中，所述数据采集机构用以采集所述真三轴加载机构对所述待测试样进行测试的数据。
在本发明的一实施方式中，轴向加载框架包括：轴向下横梁及底座、轴向上横梁、轴向立柱、轴向紧固螺母、轴向自动找正球铰、轴向液压加载模块、轴向测力模块、轴向反力压盘和轴向反力承力台固定螺母。其中，所述轴向下横梁及底座与地面固定连接，所述轴向立柱的一端竖直与所述轴向下横梁及底座固定连接，且所述轴向立柱的另一端竖直与所述轴向上横梁固定连接。其中，所述轴向液压加载模块固定于所述轴向上横梁的中部，且所述轴向液压加载模块的下方与所述轴向自动找正球铰固定连接。其中，所述轴向测力模块通过所述轴向反力承力台固定螺母与所述轴向下横梁及底座的上方固定连接，且所述轴向反力压盘固定于所述轴向测力模块的上方。
在本发明的一实施方式中，第一横向加载框架包括：第一主承力横梁、第一横向承力横梁、第一横向立柱、第一横向锁紧螺母、第一横向自动找正球铰、第一横向液压加载模块、第一横向测力模块及第一横向压盘。其中，第一横向液压加载模块固定于所述第一主承力横梁的中部，且所述第一横向液压加载模块的一端与所述第一横向自动找正球铰固定连接。其中，所述第一横向测力模块与第一横向承力横梁固定连接，且所述第一横向测力模块与所述第一横向液压加载模块相对应设置。其中，所述第一横向立柱与所述轴向加载框架的所述轴向下横梁及底座固定连接。第二横向加载框架包括：第二主承力横梁、第二横向承力横梁、第二横向立柱、第二横向锁紧螺母、第二横向自动找正球铰、第二横向液压加载模块、第二横向测力模块及第二横向压盘、丝杠调节模块和手轮。其中，第二横向液压加载模块固定于所述第二主承力横梁的中部，且所述第二横向液压加载模块的一端与所述第二横向自动找正球铰固定连接。其中，所述第二横向测力模块与第二横向承力横梁固定连接，且所述第二横向测力模块与所述第二横向液压加载模块相对应设置。其中，所述第二横向立柱能够滑动地设置于所述导轨中。其中，所述手轮通过所述丝杠调节模块与所述第二横向承力横梁固定连接。
在本发明的一实施方式中，室内真三轴水压致裂地应力测试模拟装置还包括伺服液压源和伺服作动器，其中伺服液压源为主框架的轴向液压加载模块、第一横向液压加载模块和第二横向液压加载模块提供液压加载动力；伺服作动器是液压执行机构，可以把伺服液压源的液压能转换为机械能。
在本发明的一实施方式中，室内真三轴水压致裂地应力测试模拟装置还包括多个力传感器，分别与所述数据采集机构电性连接，且所述多个力传感器分别设置于所述轴向测力模块、所述第一横向测力模块和所述第二横向测力模块上。
在本发明的一实施方式中，所述室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置还包括压力传感器，与所述数据采集机构电性连接，且所述压力传感器设置于所述孔压加载机构上。
在本发明的一实施方式中，所述特殊压力盒由压板和注液压板组成，且所述压板和所述注液压板的材质均为合金钢材质。
在本发明的一实施方式中，所述模拟原位钻孔机构由钻机、钻机操作台、特制钻杆和特制钻头等组成，且所述特制钻杆和钻头穿过第一横向承力横梁、第一横向压盘和带孔压板与试样接触，用于实现真三轴加压状态下的试样压裂孔钻造。
在本发明的一实施方式中，特制钻杆和钻头穿过第一横向承力横梁、第一横向压盘和带孔压板作用于试样上。
与现有技术相比，根据本发明的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置，其可以实现真三轴加载条件下的钻孔钻造、水压致裂地应力测试全过程的实验模拟，且试样安装便捷，操作简单，为水压致裂地应力测试的室内模拟提供可靠的模拟方法与装置。
附图说明
图1为本发明所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法的流程示意图。
图2为本发明所述的水压致裂地应力测试原理示意图。
图3是本发明所述室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的功能实现示意图。
图4是本发明所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的真三轴水压致裂模拟方法示意图。
图5是本发明所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的水压致裂钻孔钻造示意图。
图6是本发明所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的水压致裂加载示意图。
图7是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的一结构示意图。
图8是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的另一结构示意图。
图9是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的特殊压力盒的结构示意图。
图10是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的模拟原位钻孔机构示意图。
图11是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的模拟原位钻孔机构的另一示意图。
图12是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的一实施例的花岗岩压力-时间曲线示意图。
图13是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的另一实施例的红砂岩压力-时间曲线示意图。
主要附图标记说明：
1-轴向下横梁及底座，2-轴向上横梁，3-轴向立柱，4-轴向紧固螺母，5-轴向自动找正球铰，6-轴向液压加载模块，7-轴向测力模块，8-轴向反力压盘，9-轴向反力承力台固定螺母，10-第一主承力横梁，11-第一横向承力横梁，12-第一横向立柱，13-第一横向锁紧螺母，14-第一横向自动找正球铰，15-第一横向液压加载模块，16-第一横向测力模块，17-第一横向压盘，18-导轨，19-第二主承力横梁，20-第二横向承力横梁，21-第二横向立柱，22-第二横向锁紧螺母，23-第二横向自动找正球铰，24-第二横向液压加载模块，25-第二横向测力模块，26-第二横向压盘，27-丝杠调节模块，28-手轮，29-注液压板，30-加压板，31-钻机，32-钻机操作台，33-齿轮导轨。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
本发明的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置先进行真三轴加载再钻造水压致裂钻孔然后开展水压致裂破裂过程模拟，分析裂缝在不同工况下的起裂与扩展过程；可以开展水压致裂地应力测试过程核心参数的模拟研究；能够模拟野外水压致裂地应力测试过程，为野外测试数据校正复核提供技术方法与装置。
本发明与以往水压致裂室内模拟不同，可以实现先三维应力加载，再钻造钻孔，然后再开展水压致裂模拟，可更加真实的模拟水压致裂地应力测试全过程。其中，所述三维应力加载方面，利用本发明的真三轴加载机构可以实现不同应力比值的加载条件。其中，所述钻孔钻造采用本发明的模拟原位钻孔机构，配合特制小直径钻杆、钻头等，可实现真三轴应力条件下的不同直径压裂孔的钻造。其中，所述的水压致裂模拟通过特殊压力盒和加压泵组成的孔压加载机构实现压裂模拟，通过测试与控制系统控制水压致裂压裂过程模拟。
本发明可以通过更换带声发射探头安装槽压板，扩展并引入声发射系统，监测裂缝在水压致裂不同工况下的起裂与扩展过程；其中，所述带声发射探头安装槽压板用于声发射探头固定，保证声发射探头与试样直接接触。在水压致裂地应力测试过程中，可以通过测量与控制系统并结合高精度压力传感器，实现水压致裂地应力测试过程特征参数模拟研究。其中，所述水压致裂地应力测试过程特征参数包括水压致裂破裂压力值Pb，瞬态关闭压力Ps和重张压力Pr等。模拟野外水压致裂地应力测试，包括室内微型水压致裂地应力测试过程模拟和岩石抗拉强度测试，从而校正与复核野外水压致裂地应力测试数据，获得更为精准的地应力量值。
本发明的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置，可以实现真三轴加载条件下的钻孔钻造到水压致裂地应力测试模拟全过程模拟，并实现以下三个目的：(1)开展水压致裂破裂过程模拟，分析裂缝在不同工况下的起裂与扩展过程；(2)开展水压致裂地应力测试过程核心特征参数的模拟研究；(3)模拟野外水压致裂地应力测试过程，为野外测试数据校正及复核提供技术方法与装置。同时本发明的装置满足以下一些具体性能指标：
(1)可实现三维应力下不同尺寸盲孔、通孔试样钻孔钻造、水压致裂地应力测试试验模拟；
(2)三个加载方向最大试验力分别满足1000kN/400kN/400kN要求，允许水压压裂压力≧30MPa；
(3)试验力加载速度范围：0.1～20kN/s；位移控制速度：0.06～50mm/min；行程：500mm；
(4)室内真三轴水压致裂实验机位移测量精度≤±0.5％，力测量精度≤±1％，压力传感器的精度≤±0.1％；
(5)加载压力泵应能满足各种不同尺寸和岩性岩样的水压致裂测定要求，最大输出压力不小于30MPa；
(6)实验仪器配备测试控制系统，同时可以实现数据采集的实时传输和记录，与计算机采用网线接口或者USB接口传输。
为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：
1、力学模型与原理
水压致裂地应力测量理论和方法是建立在弹性力学平面应变理论的基础之上的，其原理如图2所示，即在近场应力作用下钻孔经受内部流体压力作用而产生破裂，然后通过对钻孔内压力变化的分析来计算近场应力。基于无限均质各向同性连续介质中受压圆孔的线弹性解(Kirsch’s解)，Hubbert等(1957)和Haimson等(1967)提出了水压致裂地应力计算方法。即假定①岩石是均质、各向同性的弹性介质，遵循各向同性破裂准则；②岩石为多孔介质时，流体在孔隙内的流动符合达西定律；③地应力有一个主应力方向与钻孔轴向平行。在上述理论和假设前提下，水压致裂的力学模型可简化为一个平面应力问题，在具有地应力场的岩体中建造一个钻孔，向钻孔注液，钻孔岩壁的应力状态为地应力产生的二次应力场与液压产生的附加应力的叠加，即：
Sθ＝(SH+Sh)-2(SH-Sh)cos2(θ-α)-P (1)
式中SH是最大水平主应力，Sh是最小水平主应力，Sθ是切向应力。当θ＝α或θ＝π-α时，孔壁切向应力最小，为
Sθmin＝3Sh-SH-P (2)
随着液压P逐渐增大，孔壁切向应力逐渐变为张应力，根据最大张应力强度破坏准则，当孔中液体压力超过最小切应力和岩石拉伸强度T0时，孔壁出现破裂，此时的液压P即为破裂压力Pb：
Pb＝3Sh-SH+T0 (3)
由于液体压力对裂纹面的作用，裂纹将沿着阻力最小的路径扩展(也就是说，裂纹将在垂直于最小主应力方向的平面内扩展)。对于中等长度的裂纹，保持裂纹张开但不扩展的压力为垂直于裂纹面的远场应力。因而，关闭压力Ps近似等于最小水平主应力Sh。根据弹性理论，当岩石达到临界拉伸强度时产生破坏，垂直钻孔下的三个主应力可以由以下各式计算得到：
Sv＝γH (4)
Sh＝Ps (5)
SH＝T0+3Ps-Pb-P0 (6)
其中：Sv是上覆岩体导致的总的垂直主应力，γ是岩石容重，H是测试段深度，P0是岩体孔隙压力(当进行深部水压致裂时，需考虑原岩内孔隙压力)。上述(5)、(6)式仅在压裂液体不会渗透到地层介质时成立，并且(4)-(6)式在垂直应力小于最小水平主应力时不适用。
重复进行水压致裂试验时，由于围岩已经破裂，抗拉强度T0可以忽略，此时重张压力Pr可以表示为
Pr＝3Sh-SH-P0 (7)
由此，最大主应力也可以近似表示为
SH＝3Ps-Pr-P0 (8)
除了上述基于岩体抗拉强度理论的分析，也可以基于断裂力学准则分析破裂压力与地应力之间的关系(Rummel and Winter,1983)，在此就不赘述。
野外水压致裂地应力测试系统的基本原理一般是利用封隔器封闭出一段试验段，然后向其中注液，用高压流体将试验段岩体压裂，当岩壁承压达到最大值即破裂压力值Pb时，岩壁沿着最小阻力方向破裂，压力骤降至保持裂隙张开的恒定值上。停止注液后，压力迅速下降，裂缝逐渐闭合，压力下降速度变缓，当裂隙处于临界闭合状态时，此时的压力值即为瞬态关闭压力Ps。解除压力后，重新注液使裂隙张开，即可得到重张压力Pr。测试中记录压力-时间曲线，通过曲线来判断液体压力和原地应力的平衡点，进而得到原地应力状态。通过在室内模拟水压致裂地应力测试过程，控制注液与压裂过程，重复加压-保压-卸载过程，可以获得与野外测试类似的、较为标准的压力-时间曲线，模拟水压致裂地应力测试的核心特征参数。
目前国内通常使用钻杆式水压致裂测量系统(王成虎，2012)，但Ito(1999)指出水压致裂测试系统柔性对现场原地应力测量中的重张压力Pr有很大影响，进而对最大水平主应力SH也会产生很大的影响(Ito，2006)。王成虎等(2012)通过分析发现，在经典水压致裂理论中的最大水平主应力SH的计算公式(8)可知，之所以利用水压致裂原地应力测量曲线确定重张压力Pr，主要目的是为了求得岩石的抗拉强度T0，因而为了消除系统柔性对地应力测量结果的影响，建议如果能利用其他方法，如室内试验、微型水压致裂试验、抗压强度估算法等方法测出抗拉强度，然后将其代入水压致裂计算公式来计算最大水平主应力SH，这样即可以省略了重张压力Pr的测量过程，不用考虑系统柔性对Pr的影响，可以获得更为精准的地应力量值。
2、室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法
基于上述理论分析，本发明的方法包括三个方面，可实现图3所示的三种功能：(1)开展水压致裂破裂过程模拟，分析裂缝在不同工况下的起裂与扩展过程；(2)开展水压致裂地应力测试过程核心特征参数的模拟研究；(3)模拟野外水压致裂地应力测试过程，为野外测试数据校正及复核提供技术方法与装置。
本发明的真三轴水压致裂破裂过程模拟方法，不同于以往石油等其他行业的水压致裂模拟，该方法是先进行真三轴三维加载，再钻造水压致裂钻孔，然后再开展水压致裂及重复压裂模拟，可更加真实的模拟水压致裂地应力测量全过程(图4)。
本发明的真三轴水压致裂破裂过程模拟包括三维应力加载、注液钻孔钻造、水压致裂和裂缝起裂、扩展过程监测等。所述三维应力加载，通过设计真三轴加载机构可以实现不同应力比值的加载条件，从而实现不同应力条件下的水压致裂过程模拟。依据地壳应力分布的基本规律和实测资料，垂直应力SV基本等于上覆岩层的重量，绝大多数(几乎所有)地区均有两个主应力位于水平或接近水平的平面内，其与水平面的夹角一般不大于30°。最大水平主应力SH普遍大于垂直应力，SH与SV之比值，一般为0.5-5.5，且多数情况大于2。最大水平主应力SH和最小水平主应力Sh之值一般相差较大，其比值Sh:SH范围一般在0.5～0.75。参考上述地壳应力分布规律，利用本发明的真三轴加载机构可实现不同初始应力加载。
所述注液钻孔钻造，如图5所示，在真三轴加载条件下，采用本发明的模拟原位钻孔机构，利用小型钻机并配合特制小直径钻头等，设计特制加长柱和压板，使钻杆和钻头穿过试验机与试样接触，从而可实现真三轴应力条件下的不同直径压裂孔的钻造。
水压致裂，如图6所示，在真三轴加载条件下，可通过电动油泵或手动油泵向注液孔注入液体将试样压裂，并通过智能控制系统控制注液速率、注液过程等，实现水压致裂过程模拟。所述注液速率可通过电动油泵或手动油泵实现注液加载率控制，其中电动油泵的加载率可以控制到0.005MPa/s；手动油泵的加载率与操作频率密切相关，可以根据数显压力监视器的变化控制操作频率以满足实验要求。借此，可实现不同注液速率(0.005MPa/s～10MPa/s)工况下的水压致裂破裂模拟，分析裂缝在不同工况下的起裂与扩展过程。
真三轴水压致裂破裂的裂缝起裂与扩展过程监测，一方面可以通过本发明的压力、力和位移传感器监控水压致裂破裂过程中物理量变化；另一方面，可以通过在本发明的压板上布置声发射探头，通过声发射系统，监测裂缝在不同工况下水压致裂过程中的起裂与扩展过程。
本发明所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法的水压致裂地应力测试过程特征参数模拟研究，包括水压致裂破裂压力值Pb，瞬态关闭压力Ps和重张压力Pr等的试验模拟。所述破裂压力值Pb一般为初始压裂过程中第一循环周期内压力随时间记录的峰值压力，这一个压力确定方法非常简单。所述闭合是高压泵关闭后水压致裂裂缝停止扩展且处于临界闭合状态时的平衡压力，通过控制加压泵的开启与关闭，并结合水压致裂数据解释方法寻找初始压力快速下降压力-时间曲线的急剧转折点确定。所述重张压力Pr是指在随后的加压循环(第二或第三个循环)中，压力-时间曲线上升部分的斜率与第一个裂缝压裂循环中压力-时间曲线的斜率不同点的压力。通过控制油泵的开启、关闭等，实现液体注入增压、保压及卸压等，实现水压致裂及重复压裂过程控制，可以获得较为理想的压力-时间曲线。通过不同应力比和注液速率下的真三轴水压致裂地应力测试试验模拟，记录水压致裂过程中压力随时间变化曲线，结合水压致裂地应力测试的不同数据解释方法，可以获得水压致裂的特征参数，从而可以开展水压致裂地应力测试过程特征参数模拟研究，优化水压致裂地应力测量数据解释方法，提高水压致裂地应力测试数据解释准确度。
本发明所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法的野外水压致裂地应力测试过程模拟，包括室内微型水压致裂地应力测试过程模拟和岩石抗拉强度测试。室内微型水压致裂地应力测试过程模拟如上所述，通过施加与野外测试相同的应力条件和注液条件，可以在室内模拟野外水压致裂地应力测试的全过程，包括水压致裂裂纹起裂、扩展过程等，对比获得的压力时间特征曲线以及裂纹扩展方位等，从而可以复核野外水压致裂地应力测试数据。所述抗压强度测试可以通过对野外钻孔获得的岩芯，利用本发明的所述设备开展室内微型水压致裂试验或者巴西劈裂试验、双圆环拉伸试验等，获得岩石的抗拉强度，并用其来计算公式来计算最大水平主应力SH，从而校正与复核野外水压致裂地应力测试数据，获得更为精准的地应力量值。
3、试验装置设计与实现
图2是本发明所述的水压致裂地应力测试原理示意图，即在应力作用下钻孔由于内部流体压力作用而产生破裂，然后通过对钻孔内压力变化的测试与分析来计算近场应力的方法。图3是本发明所述室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的功能实现示意图。基于水压致裂地应力测试的原理，通过先三维应力加载再钻造钻孔，然后开展水压致裂的思路方法，可以实现(1)水压致裂破裂过程模拟，分析裂缝在不同工况下的起裂与扩展过程；(2)水压致裂地应力测试过程核心特征参数的模拟研究；(3)模拟野外水压致裂地应力测试过程，为野外测试数据校正及复核提供技术方法与装置。
图4是本发明所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的真三轴水压致裂模拟方法示意图。通过本发明的真三轴加载结构，可以实现不同应力比和应力量值条件的三维应力加载；然后利用本发明的模拟原位钻孔机构开展三维应力加载下的不同尺寸的水压致裂液体注入钻孔钻造；最后利用本发明的孔压加载机构，进行不同注液速率的水压致裂，开展水压致裂破裂模拟，模拟不同应力条件、注液速率等工况下裂纹的起裂与扩展过程。通过测量控制结构以及数据采集结构控制水压致裂测试过程以及数据采集，通过声发射系统检测水压致裂过程中裂缝的起裂与扩展。图5是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的水压致裂钻孔钻造示意图。图6是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的水压致裂加载示意图。
图7是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的一结构示意图。图8是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的另一结构示意图。图9是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的特殊压力盒的结构示意图。图10是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的模拟原位钻孔机构示意图。图11是根据本发明一实施方式的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的模拟原位钻孔机构的另一示意图。
如图7至图11所示，根据本发明优选实施方式的一种室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置，包括：真三轴加载机构、孔压加载机构、模拟原位钻孔机构、测量控制机构以及数据采集机构。真三轴加载机构，包括：轴向加载框架、第一横向加载框架、导轨18及第二横向加载框架。轴向加载框架固定于地面上。第一横向加载框架与轴向加载框架采用反力装置固定，且轴向加载框架与第一横向加载框架之间具有空间，即试验机轴向和第一横向工作空间。导轨18设置于轴向加载框架与第一横向加载框架之间。第二横向加载框架设置于导轨18上。孔压加载机构，包括：特殊压力盒及加压泵。待测试样安装于特殊压力盒中，且特殊压力盒放置于第二横向加载框架的中心处。模拟原位钻孔机构包括：钻机31、钻机操作台32、特制钻杆和特制钻头。特制钻杆连接钻机31与特制钻头，并穿过第一横向加载框架与试样接触。测量控制机构与真三轴加载机构和孔压加载机构电性连接。数据采集机构与真三轴加载机构、孔压加载机构和测量控制机构电性连接。其中，测量控制机构用以控制真三轴加载机构对待测试样进行真三轴加压测试，且测量控制机构还用以控制加压泵向待测试样的注液孔中注液增压。其中，数据采集机构用以采集真三轴加载机构对待测试样进行测试的数据。
在本发明的一实施方式中，轴向加载框架包括：轴向下横梁及底座1、轴向上横梁2、轴向立柱3、轴向紧固螺母4、轴向自动找正球铰5、轴向液压加载模块6、轴向测力模块7、轴向反力压盘8和轴向反力承力台固定螺母9。其中，所述轴向下横梁及底座1与地面固定连接，所述轴向立柱3的一端竖直与所述轴向下横梁及底座1固定连接，且所述轴向立柱3的另一端竖直与所述轴向上横梁2固定连接。其中，所述轴向液压加载模块6固定于所述轴向上横梁2的中部，且所述轴向液压加载模块6的下方与所述轴向自动找正球铰5固定连接。其中，所述轴向测力模块7通过所述轴向反力承力台固定螺母9与所述轴向下横梁及底座1的上方固定连接，且所述轴向反力压盘8固定于所述轴向测力模块7的上方。
在本发明的一实施方式中，第一横向加载框架包括：第一主承力横梁10、第一横向承力横梁11、第一横向立柱12、第一横向锁紧螺母13、第一横向自动找正球铰14、第一横向液压加载模块15、第一横向测力模块16及第一横向压盘17。其中，第一横向液压加载模块15固定于所述第一主承力横梁10的中部，且所述第一横向液压加载模块15的一端与所述第一横向自动找正球铰14固定连接。其中，所述第一横向测力模块16与第一横向承力横梁11固定连接，且所述第一横向测力模块16与所述第一横向液压加载模块15相对应设置。其中，所述第一横向立柱12与所述轴向加载框架的所述轴向下横梁及底座1固定连接。
在本发明的一实施方式中，第二横向加载框架包括：第二主承力横梁19、第二横向承力横梁20、第二横向立柱21、第二横向锁紧螺母22、第二横向自动找正球铰23、第二横向液压加载模块24、第二横向测力模块25及第二横向压盘26、丝杠调节模块27和手轮28。其中，第二横向液压加载模块24固定于所述第二主承力横梁19的中部，且所述第二横向液压加载模块24的一端与所述第二横向自动找正球铰23固定连接。其中，所述第二横向测力模块25与第二横向向承力横梁固定连接，且所述第二横向向测力模块与所述第二横向液压加载模块24相对应设置。其中，所述第二横向立柱21能够滑动地设置于所述导轨18中。其中，所述手轮28通过所述丝杠调节模块27与所述第二横向向承力横梁固定连接。在实际应用中实验试样在第二横向加载框架通过导轨18拉出后摆放在第二横向加载框架反力框架内的承力板上，测试时将第二横向加载框架推入轴向加载框架和第一横向加载框架组成的居中空间内开始测试。真三轴加载机构主机采用四柱式高强度结构，整机刚度≥1GN/m，加载能力F1/F2/F3(轴向加载框架、第一横向加载框架、第二横向加载框架)分别满足1000kN/400kN/400kN要求。真三轴加载机构液压加载动力由伺服液压源和作动器提供。
在本发明的一实施方式中，室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置的真三轴加载机构还包括伺服液压源和作动器，伺服液压源为主框架的轴向液压加载模块6、第一横向液压加载模块15和第二横向液压加载模块24提供液压加载动力。连接方式主要是通过齿轮泵将液压油从油箱内吸入进行加压，通过油路连接伺服控制阀组，伺服控制阀组通过自动控制电路根据需求调整加载速度将液压油通过管路输送到液压加载系统的油缸中推动活塞运动，活塞推动测力部分对试样进行加载，再通过力传感器将力值大小通过电信号传送回自动控制系统。伺服液压源由高压进口齿轮泵组、溢流阀、精密滤油器、温度传感器等组成的伺服油路系统及防止油路堵塞报警系统等部分组合而成。所述伺服作动器是液压执行机构，可以把伺服液压源的液压能转换为机械能，也可通过位移传感器或行程开关进行伺服控制。所述伺服作动器主要由伺服阀、作动筒和传感器组成，通过对负载施加可控的推、拉等作用力，实现对负载的速度、位移、力等的伺服控制。所述作动器采用三路同时加载，既能相互保持同步还可以独立完成，具有编程灵活控制的功能。
在本发明的一实施方式中，模拟原位钻孔机构包括：钻机31、钻机操作台32、钻机操作台32、特制钻杆和特制钻头。其中小型钻机31固定于钻机操作台32上，并通过齿轮导轨33控制钻机31与试样距离，钻机操作台32固定于地面。特制钻杆连接钻机31与特制钻头，并穿过第一横向承力横梁11、第一横向压盘17和带孔压板与试样接触，用于实现真三轴加压状态下的试样压裂孔钻造。特制钻杆和钻头尺寸依据实验要求以及试样尺寸限制定制。
在本发明的一实施方式中，孔压加载机构由特殊压力盒和加压油泵等组成。特殊压力盒由高强度普通加压板30和注液压板29(图9)组成，测试时将试样安装在特殊压力盒内，再将压力盒整体放入第二横向加载框架的承力板中心，将第二横向加载框架推入由轴向加载框架和第一横向加载框架构成的空间中心内，用全自动控制程序控制三个方向的加压液压缸对试样进行测试加压。其中普通加压板30和注液压板29可根据需要选择安装数量和位置，典型安装方式可选择第一横向加载框架方向一侧为注液方向，放置一块注液压板29，其他方向均为普通加压板30，组成如图9所示的特殊压力盒。所有压板均采用特殊工艺制作和高强度合金结构钢制成，各压板及传压活塞杆采用轴承钢经过热处理及精密加工而成，能够耐高温、耐压等。其主要特点是实现无边界效应，采用的压板与试件尺寸基本一样(相差1～2mm)，有效消除边界效应影响。本发明的孔压加载加压油泵可配备电动油泵和手动油泵两套系统，电动油泵的最高输出压力为30MPa，加载率可以控制到0.005MPa/s，可满足不同注液速率加载要求；手动油泵的最高输出压力为60MPa，脉冲式输出压力，加载率与操作频率密切相关，手动操作时，完全可以根据数显压力监视器的变化控制操作频率以满足实验要求。
在本发明的一实施方式中，室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置还包括多个力和位移传感器，分别与所述数据采集机构电性连接，且所述多个力和位移传感器分别设置于所述轴向测力模块7、所述第一横向测力模块16和所述第二横向测力模块25上。
在本发明的一实施方式中，室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置还包括孔压力传感器，与所述数据采集机构电性连接，且所述孔压力传感器设置于所述孔压加载机构上。特殊压力盒由压板和注液压板29组成，且所述压板和所述注液压板29的材质均为合金钢材质。
在本发明的一实施方式中，测量控制机构及数据采集机构安装在控制单元内，通过电路对液压加载系统的伺服控制阀组进行指令控制，具体指令来源参数包括力、位移和压力传感器及数据采集系统监控压力表、全数字式测控器和笔记本电脑数据采集子系统。该系统自主开发，扩展功能强大，采集通道多，主要由采集轴向加载框架的力传感器、第一横向加载框架和第二横向加载框架的力传感器、轴向加载框架的位移传感器、第一横向加载框架和第二横向加载框架的位移传感器、孔压力传感器、全数字式测控器、伺服阀等部分组成。测力和位移传感器安装在轴向测力模块7、第一横向测力模块16和第二横向测力模块25处，压力传感器安装在加压泵压力输出端，伺服阀油路连接伺服控制液压源并对其进行控制；全数字式测控器可以控制各传感器和伺服系统，通过自动控制电路根据需求调整伺服加载速度并推动液压加载系统油缸中的活塞运动，活塞推动测力部分对试样进行加载，再通过测力和位移传感器将力和位移值大小通过电信号传送回自动测量控制系统。笔记本电脑数据采集子系统通过网线与测量控制机构及数据采集机构连接，通过自主研发的“三轴试验MultiCtrl多通道多闭环控制系统2.1”软件，设置测量控制参数以及数据采集参数等，实现测量控制及数据采集系统的智能化控制。
应用例1
在实际应用中，实验设备成功研发后，选用花岗岩和红砂岩样品进行了试验。其中花岗岩试样采自江西星子县，密度为2.65g/cm3，弹性模量约为50GPa，泊松比0.18，单轴饱和抗压强度约100MPa，抗拉强度10MPa左右；红砂岩试样采自云南，密度为2.5g/cm3，弹性模量约为28.8GPa，泊松比0.18，抗压强度约为55～65MPa。实验岩样的尺寸均为100mm×100mm×100mm。初始应力条件见表1，其中Sv为钻孔方向应力对应F2第一横向加载方向，SH和Sh分别模拟水平最大和最小主应力，分别对应F1轴向和F3第二横向加载方向。
应用上述室内真三轴水压致裂地应力测试模拟装置进行水压致裂地应力测试模拟的方法，包括如下步骤：
1、调整实验工作平台：同时调节第二横向加载框架方向的四个第二横向锁紧螺母22，使试样安装工作平台与底部平台分离；将第二横向加载框架及试样安装工作平台沿着导轨18推出至方便操作位置。
2、安装试样：将准备好的完整试样放入工作台，摆放在第二横向加载框架内的承力板上并调整试样对中；放置加压板30和带孔压板；调整加载加长柱、垫高定位V型支撑，使试样、加压板30、加长柱、V型支撑等保证对中；调整完毕后将工作台推回试验机加载中心位置，拧紧第二横向锁紧螺母22。
3、启动测量控制机构，打开380V电源控制开关；打开控制系统总电源开关；按“EDC”按钮，启动测量控制及数据采集系统；打开笔记本电脑，并运行“三轴试验MultiCtrl多通道多闭环控制系统2.1”软件。
4、设置实验参数：依据实验要求，设置编辑加载控制方式：力控制加载或位移控制加载；依据实验要求，设置预加载和加载步骤的控制对象、控制方案、控制参数及跳转参数等。一般情况下预加载速度为正常加载速度的10～30％，可设置多个便于检查全部试验装置和测试仪器一般是否正常，并使试样各部分接触良好，进入正常工作状态。设置加载路径和控制步骤，根据实验要求，可以设置加载荷载、加载速度、荷载保持时间及跳转条件等参数。各加载步加、卸载速度和保持时间可随时调整；点击实验数据，新建实验。
5、预加载：按动F1、F2和F3三个方向伺服控制系统的启动按钮，分别启动轴向加载框架、第一横向加载框架和第二横向加载框架的伺服系统电机；利用控制系统软件界面的快速调整功能，调整加载压盘与压板和试样间的距离，使之接近，便于后续加载并节省加载时间；启动预加载程序，通过伺服液压源为主框架的轴向液压加载模块6、第一横向液压加载模块15和第一液压加载模块提供液压加载动力，并通过自动控制系统控制加载过程，轴向测力模块77、第一横向测力模块16和第二横向测力模块25的力和位移传感器记录力和位移量值，并反馈给控制系统实现系统实时调整与控制；预加载结束，并保持荷载至指定时间。
6、三轴加载：预加载保持时间结束并满足跳转条件后，自动启动真三轴围压加载，按照设置加载程序开始加载；点击下一步可以同时启动其他方向加载程序；加载至指定荷载后，程序自动启动保持荷载保持。
7、水压致裂流体注入孔钻造：移动钻机31位置，将特制钻杆和钻头穿过第一横向承力横梁11、第一横向压盘17和带孔压板与试样接触，打开钻机31电源，在保持三维应力加载条件下，开始钻造水压致裂流体注入小孔；钻造至指定深度后停止钻孔，将钻杆及钻头取出。
8、更换注液压板29：卸载第一横向F2方向荷载，将钻孔用的带孔压板更换为特制注液压板29，其中液体注入压板需接通注液软管，并连接加压泵；调整加载加长柱、垫高定位V型支撑，使试样、注液压板29、加长柱、V型支撑等保证对中。
9、第一横向F2方向加载：按照原预定加载条件，对F2方向进行预加载和加载，加载至指定荷载后保持。
10、注水压裂：通过手动或电动高压泵，向注入孔内注液增压，高压泵压力通过高压软管连接注液压板29，进而注入到试样注液孔内，实现水压致裂加载；关泵保压：岩石开裂后关闭高压泵，停止注压。在关泵的瞬间压力将急剧下降；之后，随着液体向周围岩石的渗入，压力将缓慢下降；卸压：当压裂段内的压力趋于平稳或不再有明显下降时，即可卸压，连通大气，促使已张开的裂缝闭合。
11、重复压裂：重新注水压裂，通常都要进行3～5个回次，以便取得合理的应力参量以及准确判断岩石的破裂和裂缝的延伸状态；重复压裂结束后关闭加压泵并完全卸压。
12、围压卸载并结束实验：通过设置卸载程序或者点击卸载F1、F2和F3(轴向加载框架、第一横向加载框架和第二横向加载框架)，将围压同步卸载到零；点击停止，停止实验；点击实验数据-分析，观测实验结果，分析并保存实验数据；通过测试控制与数据采集系统的快速调整选项，调整加载压盘位置，使之与压板和试样分离，便于试样取出；调整第二横向加载框架工作台固定的锁紧螺母，沿着导轨18拉出第二横向加载框架及工作台，取出试样，然后将第二横向加载框架推入由轴向加载框架和第一横向加载框架构成的空间中心内，结束实验。
测试压力-时间曲线结果见图12和图13。测试曲线显示各个试验段内的破裂压力、重张压力以及闭合压力在各个循环清晰可见，重复性较好。按照水压致裂地应力测试的理论可以计算求得破裂压力值(Pb)、重张压力值(Pr)和闭合压力值(Ps)，并可计算出应力量值。
表1初始应力条件
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总之，本发明的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法及装置，具有如下有效果：
1、可实现真三轴加载条件下的水压致裂地应力测试模拟实验，模拟真三轴条件下的钻孔钻造及水压致裂地应力测试的整个过程，其中最大加载力为1000kN\400kN\400kN，液压压力最大可达30MPa。
2、可以模拟不同的荷载条件、应力路径和注液速率下的真三轴水压致裂地应力测试过程，从而可实现：(1)水压致裂破裂过程模拟，分析裂缝在不同工况下的起裂与扩展过程；(2)开展水压致裂地应力测试过程核心参数的模拟研究；(3)模拟野外水压致裂地应力测试过程，为野外测试数据校正及复核提供技术方法与装置。
3、试样密封简单，采用压板直接密封，压板加工简单，强度较大。
4、多通道测量控制，可以进行水压致裂过程中压力、力、位移及三维变形监控，自主研发，可扩展性好。
5、本设备配置轨道，试样安装便捷，操作简单。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法，其特征在于，包括：
对所述试样进行真三轴加载；
三维应力下钻造水压致裂钻孔；
对所述试样进行注水压裂；
对所述试样重复压裂。
2.如权利要求1所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法，其特征在于，对试样进行真三轴加载包括：调整所述实验工作平台，安装所述试样至所述实验工作平台，启动预加载程序，通过伺服液压源为主框架的液压加载模块提供液压加载动力，并通过自动控制系统控制加载过程，利用测力模块的力和位移传感器记录力和位移量值，并反馈给控制系统实现系统实时调整与控制。加载保持时间结束并满足跳转条件后，自动启动真三轴围压加载，按照设置加载程序开始加载，且可以同时启动其他方向加载程序，加载至指定荷载后，程序自动启动保持荷载保持。
3.如权利要求1所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法，其特征在于，真三轴加载条件下钻造水压致裂钻孔包括：采用本发明的模拟原位钻孔机构，利用小型钻机并配合特制小直径钻杆、钻头等，配合特制加长柱和带孔压板，使钻杆和钻头穿过试验机与试样接触，实现真三轴应力条件下的不同直径压裂孔的钻造。
4.如权利要求1所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟方法，其特征在于，钻孔钻造结束后开展水压致裂及重复压裂包括：更换液体注入水道压盘，注水压裂，裂纹起裂及扩展监测，重复压裂，压裂结束后关闭加压泵并完全卸压；
其中，液体注入水道压盘需接通注液软管，并连接加压泵；
其中，裂纹起裂及扩展监测通过带声发射探头安装槽压板保证声发射探头与试样直接接触，扩展并引入声发射系统，监测裂缝在水压致裂不同工况下的起裂与扩展过程。
5.一种室内真三轴水压致裂地应力测试模拟装置，其特征在于，包括：
真三轴加载机构，包括：
轴向加载框架，固定于地面上；
第一横向加载框架，与所述轴向加载框架采用反力装置固定，且所述轴向加载框架与所述第一横向加载框架之间具有空间；
导轨，设置于所述轴向加载框架与所述第一横向加载框架之间；及
第二横向加载框架，设置于所述导轨上；
模拟原位钻孔机构，包括：
钻机、钻机操作台、特制钻杆和特制钻头，且所述特制钻杆和钻头穿过第一横向承力横梁、第一横向压盘和带孔压板作用于试样上；
孔压加载机构，包括：
特殊压力盒，待测试样安装于所述特殊压力盒中，且所述特殊压力盒放置于所述第二横向加载框架的中心处；及
加压泵；
测量控制机构，与所述真三轴加载机构和所述孔压加载机构电性连接；以及
数据采集机构，与所述真三轴加载机构、所述孔压加载机构和所述测量控制机构电性连接；
其中，所述测量控制机构用以控制所述真三轴加载机构对所述待测试样进行三轴加压，且所述测量控制机构还用以控制所述加压泵向所述待测试样中注液增压；
其中，所述数据采集机构用以采集所述真三轴加载机构对所述待测试样进行测试的数据。
6.如权利要求5所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟装置，其特征在于，所述轴向加载框架包括：轴向下横梁及底座、轴向上横梁、轴向立柱、轴向紧固螺母、轴向自动找正球铰、轴向液压加载模块、轴向测力模块、轴向反力压盘和轴向反力承力台固定螺母；
其中，所述轴向下横梁及底座与地面固定连接，所述轴向立柱的一端竖直与所述轴向下横梁及底座固定连接，且所述轴向立柱的另一端竖直与所述轴向上横梁固定连接；
其中，所述轴向液压加载模块固定于所述轴向上横梁的中部，且所述轴向液压加载模块的下方与所述轴向自动找正球铰固定连接；
其中，所述轴向测力模块通过所述轴向反力承力台固定螺母与所述轴向下横梁及底座的上方固定连接，且所述轴向反力压盘固定于所述轴向测力模块的上方。
7.如权利要求6所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟装置，其特征在于，所述第一横向加载框架包括：第一主承力横梁、第一横向承力横梁、第一横向立柱、第一横向锁紧螺母、第一横向自动找正球铰、第一横向液压加载模块、第一横向测力模块及第一横向压盘；
其中，第一横向液压加载模块固定于所述第一主承力横梁的中部，且所述第一横向液压加载模块的一端与所述第一横向自动找正球铰固定连接；
其中，所述第一横向测力模块与第一横向承力横梁固定连接，且所述第一横向测力模块与所述第一横向液压加载模块相对应设置；
其中，所述第一横向立柱与所述轴向加载框架的所述轴向下横梁及底座固定连接。
8.如权利要求7所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟装置，其特征在于，所述第二横向加载框架包括：第二主承力横梁、第二横向承力横梁、第二横向立柱、第二横向锁紧螺母、第二横向自动找正球铰、第二横向液压加载模块、第二横向测力模块及第二横向压盘、丝杠调节模块和手轮；
其中，第二横向液压加载模块固定于所述第二主承力横梁的中部，且所述第二横向液压加载模块的一端与所述第二横向自动找正球铰固定连接；
其中，所述第二横向测力模块与第二横向承力横梁固定连接，且所述第二横向测力模块与所述第二横向液压加载模块相对应设置；
其中，所述第二横向立柱能够滑动地设置于所述导轨中；
其中，所述手轮通过所述丝杠调节模块与所述第二横向承力横梁固定连接。
9.如权利要求8所述的室内真三轴水压致裂地应力测试模拟装置，其特征在于，还包括多个力传感器，分别与所述数据采集机构电性连接，且所述多个力传感器分别设置于所述轴向测力模块、所述第一横向测力模块和所述第二横向测力模块上。
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