一種新型真三軸巖石滲流夾持器的製造方法
2023-05-02 09:48:56
一種新型真三軸巖石滲流夾持器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型真三軸巖石滲流夾持器，它是由軸壓柱塞、夾持器筒體、巖芯與耐壓軟管組成的一個筒狀密閉組合體；兩個軸壓柱塞對稱布置在巖芯兩個端面，分別沿柱塞軸線位置及其偏離軸線位置設置流體孔道；在巖芯的軸線位置鑽孔貫穿兩端底面，將耐壓軟管插入巖芯孔道內，軟管兩端連接柱塞軸線孔道；密封套包裹巖芯與兩個軸壓柱塞；設置三臺計量泵分別連通軸壓柱塞對巖芯兩端施加最大主應力、連通外部環壓腔體對巖芯側面施加中間主應力、連通內耐壓軟管對巖芯內孔施加最小主應力；另設置一臺計量泵連接柱塞偏軸線孔道對巖芯注入流體。本實用新型不僅可以實現真三軸應力狀態下多種邊界條件下巖芯的孔隙氣/液滲流測試要求，具有結構簡單，操作方便，巖芯加工易於實施等特點。
【專利說明】一種新型真三軸巖石滲流夾持器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種地層流體運移測試裝置，尤其涉及真三軸應力條件下巖石孔隙變形影響氣/液滲流特徵的測試裝置。
【背景技術】
[0002]目前絕大多數的真三軸巖石滲流測試裝置的應力加載方式是通過是對立方體或長方體巖芯的六個端面三個方向分別施加荷載實現的。該方式較好模擬巖石的真三軸受力狀態，但是對於除應力之外的其他物理參數的造成很大影響:(I)由於巖芯的六個端面均是受到剛性加載，巖芯壓縮變形量只能根據剛性壓頭的位移量計算。如果模擬受力卸載過程，通常採用一個方向的壓頭與其加載端面分離的方式實現，這種情況下卸載壓頭的位移量已經不能作為巖芯的真實變形。(2)即使在巖芯表面粘貼應變片，在加載過程中壓頭與巖芯端面的摩擦效應也影響應變片的準確測量。此外在加載過程中很容易出現應變片引線與電阻柵格受擠壓出現應變片斷裂問題。(3)方形巖芯對加工精度有很高要求，一旦巖芯的六個端面的垂直度出現偏差，將出現偏心受壓以及不均勻變形等問題。因此，有必要發明一種新型真三軸滲流夾持器克服目前設備中存在弊端，更貼近實際工況模擬地層流體運移，獲取更全面可靠的物理力學參數數據。
【發明內容】
[0003]本實用新型目的是提供一種新型真三軸巖石夾持器，應用於對圓柱形巖芯施加三向不等壓應力，同時也可以對受載巖芯注入各種流體，模擬真/假三軸狀態應力控制或者位移控制邊界條件下流體穩流、應力卸載時巖體破裂導致流場變化問題。
[0004]本實用新型涉及的真三軸巖石滲流夾持器組成結構，其左端設有左軸壓柱塞、左柱塞套筒；右端設有右軸壓柱塞、右柱塞套筒。其特徵在於，在左右兩端軸壓柱塞中心位直各有兩個孔道，其中一對孔道布設在柱塞中心位置，另外一對孔道布置在中心孔道附近。柱塞嵌套進柱塞套筒內，柱塞與其套筒之間空腔為液壓腔室，柱塞套筒嵌入夾持器筒體。本實用新型涉及的測試樣品為圓柱狀巖芯，沿巖芯軸線位置鑽孔貫穿兩個端面。孔道內置入耐壓膠管，分別連通兩端柱塞。
[0005]本實用新型所述的真三軸巖石滲流夾持器對於圓柱狀巖芯所受三向不等壓力依次為軸壓(最大主應力)、外部環壓(中間主應力)與內部環壓(最小主應力)，巖芯承載三向不等壓力與孔隙壓力是這樣實現的:
[0006]I)巖芯所受最大主應力也就是軸向壓力是通過一臺高壓計量泵對左/右軸壓柱塞注壓實現；
[0007]2)巖芯所受中間主應力也就是外部環壓是通過一臺高壓計量泵對膠套的液壓腔注壓實現；
[0008]3)巖芯所受最小主應力也就是內部環壓是通過一臺高壓計量泵對巖芯內部的耐壓膠管注壓實現；[0009]4)注入巖芯內部的流體通過位於偏離左柱塞中心位置的孔道，進入巖芯後從右柱塞孔道流出；
[0010]5)在巖芯外表面中部正交布設粘貼應變片，導線從夾持器中部的數據接口端引出。
[0011]通過改變各個計量泵的輸出壓力或者流量可模擬地層中不同應力邊界或者位移邊界條件與孔隙壓力，同時監測巖芯應變。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的真三軸巖石夾持器的結構示意圖；
[0013]其中，I為流體注入泵，2為內部環壓泵，3為左柱塞，4為左端柱塞套筒，5為夾持器筒體，6為內部環壓注入端,7為流體注入端,8為密封套,9為應變採集儀,10為巖芯，11為右端柱塞套筒，12為右柱塞，13為外部環壓泵，14為流量計，15為內部環壓卸壓孔，16為右端軸壓腔，17為孔隙流體流出孔，18為外部環壓腔，19為左端軸壓腔，20為軸壓泵，21為內部環壓膠套，22為應變花，23為外部環壓注入端，24為外部環壓控制閥門，25為孔隙流體注入閥門，26為內部環壓注壓閥門，27為內部環壓卸壓閥門，28為孔隙流體排空閥門，29為軸壓控制閥門。
【具體實施方式】
[0014]結合說明書【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】。
[0015]如圖1所示，本實用新型的真三軸巖石夾持器為左端柱塞套筒4聯結左柱塞3與夾持器筒體5，右端柱塞套筒11聯結右柱塞12與夾持器筒體5，左柱塞3嵌套在左端柱塞套筒4內，右柱塞12嵌套右端柱塞套筒11內，左端柱塞套筒4與左柱塞3之間有左端軸壓腔19，右端柱塞套筒11與右柱塞12之間有右端軸壓腔16，巖芯10包裹在密封套10內，其左右端分別接觸左柱塞3與右柱塞12，密封套10與夾持器筒體5之間有外部環壓腔18，夕卜部環壓泵13連通外部環壓腔18，在左柱塞3的中心位置留有內部環壓注入端6，在右柱塞12的中心位置留有內部環壓卸壓孔15，內部環壓膠套21連通內部環壓注入端6與內部環壓卸壓孔15，在內部環壓注入端6附近留有孔隙流體注入端7，在內部環壓卸壓孔15附近留有孔隙流體流出孔17，內部環壓注入端6連通內部環壓泵2，孔隙流體注入端7連通孔隙流體注入泵1，孔隙流體流出孔17連通流量計14。
【權利要求】
1.一種新型真三軸巖石滲流夾持器，其特徵是由軸壓柱塞、夾持器筒體、巖芯及其置入巖芯內部的耐壓軟管組成一個筒狀組合體；其中，所述軸壓柱塞由兩個柱塞組成，對稱布置在巖芯兩端，分別沿兩個柱塞的軸線位置及其偏離軸線位置設置孔道，一對孔道用來施加內部環壓，另一對孔道用來注入孔隙流體；將巖芯加工成柱狀，沿其軸線鑽孔貫穿兩個底面，將耐壓軟管插入巖芯孔道內，軟管兩端連接柱塞中心孔道；密封套包裹巖芯與兩個軸壓柱塞，置入夾持器筒體內，密封套與夾持器側壁之間為外部環壓腔；設置三臺計量泵分別連通軸壓柱塞端部的液壓腔對巖芯施加最大主應力、連通外部環壓腔對巖芯施加中間主應力、連通內部耐壓軟管對巖芯內孔施加最小主應力；另設置一臺計量泵連接柱塞偏軸線孔道對巖芯注入流體。
2.如權利要求1所述的真三軸巖石滲流夾持器，其特徵在於，沿柱狀巖芯的軸線位置鑽孔，並將耐壓軟管插入孔道內，軟管兩端設有密封圈，連通兩端柱塞的中心孔道，對耐壓軟管注壓後柔性管壁膨脹接觸巖芯孔壁，實現對巖芯施加最小主應力功能，同時達到巖芯內氣/液滲流的密封要求。
【文檔編號】G01N15/08GK203688412SQ201320677054
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】王春光, 蔣宇靜, 王長盛, 公彬, 劉繼山, 魏明堯 申請人:山東科技大學, 中國科學院武漢巖土力學研究所