CN103674679B - 缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置及试验方法 - Google Patents

缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置及试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明为缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置及试验方法,该装置包括密封腔体、加热器、增压泵、压机、数字控制柜以及计算机;待测岩样设置在密封腔体中,待测岩样上设置有应变传感器;加热器设置在密封腔体上;增压泵对密封腔体加压,数字控制柜与计算机相连接,数字控制柜向加热器、增压泵以及压机传输控制命令、采集实验数据;计算机处理实验数据;该试验方法是对密封腔体进行加热加压,模拟待测岩样的真实环境条件,采用压机对待测岩样施加轴向压力,测量待测岩样的力学性能参数;本发明大大提高了试验数据的准确性和试验过程的安全性,同时实现了数据的自动采集和处理,最终达到提高采收率的目的。

Description

缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置及试验方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种岩石的物理性能参数测量装置,具体涉及缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置及试验方法。
背景技术
[0002] 现有的岩石力学性能试验装置通常是在常温下对岩石进行单轴或三轴压缩试验检测,在进行岩石应变测试时多采用间接测量,无法消除测量工具及夹持方式造成的误差,因此所得到的测试数据与地下的岩石实际情况不符。特别是对于缝洞型碳酸盐岩来说,它在地下要承受着高温和高压,因此用现有的岩石力学性能试验装置来检测缝洞型碳酸盐岩,所检测到的数据与实际状态下缝洞型碳酸盐岩的抗压值偏差较大,要使用系数来对其检测值进行校正,而系数的确定又是根据经验或大量的试验数据得出的,对于某一特定的缝洞型碳酸盐岩来说,用系数校正不存在普遍的适用性。
[0003] 我国与20世纪80年代曾研制出岩石三轴仪,垂直载荷为500吨,侧压力为150MPa,通过此仪器不断改变的侧压力σ得到不同的破坏应力oa,绘制出不同的破坏应力圆,最后绘出这些圆的包络线,从而求出岩石的抗剪强度曲线,进一步求得岩石的凝聚力c和内摩擦角α。但此试验无法完成岩石三轴条件下杨氏模量、泊松比等力学参数的测试,因为此试验装置无法测得此条件下的轴向和径向的应变。
[0004] 近年来,国内外不断有关于岩石在三轴条件下力学性能研究,其所采用应力-应变测试方法都存在间接计算的问题,都不是通过直接的测量和自动的数据采集、处理得到岩石的真实的应力应变,因此所测岩石力学参数存在误差的可能性较大。
[0005] 通过专利技术检索,国内与岩石力学测试相关的实验装置有以下几项
[0006] 1、齒水流场侵蚀条件下的岩石力学试验加载装置,专利号200810046643.4 ;
[0007] 2、岩石力学试验纵横波测量换能器,专利号200410033788.2 ;
[0008] 3、动静组合加载岩石力学实验方法与装置,专利号20051032031.6 ;
[0009] 4、一种岩石力学试验的多功能压力室,专利号200910036623.3。
[0010] 专利1公开了一种卤水侵蚀条件下的岩石力学试验加载装置,模拟地下储气(油)库造腔过程中卤水及流场共同作用于溶腔的实际工况,使得室内试验测得的参数更加真实可靠。
[0011] 专利2提供一种可在一般岩石力学试验或三轴力学试验中进行纵横波超声参数测试的换能器。
[0012] 专利3公开了一种动静组合加载岩石力学实验方法及装置,其方法对岩石施加同一方向静载荷与不同强度和延时的冲击载荷,提供了一种其结果与工程实际更为符合的动静组合加载实验方法与装置。
[0013] 专利4公开了一种岩石力学试验的多功能压力室,主要优点是可对岩石试件边浸泡边加载边观测,具有多种功能,既能用水也可用其它不与岩石作用的液体提供围压,提高了能提供的围压范围,并且取放试样不需要移动透明窗口。
[0014] 从以上的专利简介可以看出,目前国内所申请的专利与本发明没有重合之处,以上专利发明不涉及岩石力学性能参数的测试内容。
[0015] 美国专利US20100095742提供了一种岩心应力测试仪,它是一个给岩石样本施加一个压力的测试装置,这些压力作用是创造一个类似地层的环境,根据这个岩石样本来模拟地层结构中一部分岩石在静压下的位移开裂变形,根据这些变形和裂缝来进行对生产率的评估。
[0016] 可以看出,上述专利未涉及岩石性能参数的测试,只是进行裂缝的宏观评估,且设备中无加温装置,与真实的地层环境有较大差距。
发明内容
[0017] 为了解决现有的待测岩样测试仪无法模拟岩石样品所处地层的真实温度及压力环境,导致测量的岩石力学性能参数与实际情况存在较大差距的问题,本发明提供了一种缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置及试验方法。
[0018] 岩石力学性能包括单轴抗压强度、三轴抗压强度、杨氏模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等,要实现以上参数的测试,该实验装置必须实现轴向加压,同时能够实现地层压力和温度的模拟,要准确测量岩石的轴向及径向应变,要实现测试结果的精确性,必须要能够实现数据的自动采集。
[0019] 按照上述实验目的所要求的缝洞型碳酸盐岩高温高压实验装置,包括轴向加压系统、围压增压系统、岩石夹持器系统(包括加温系统)、应力-应变数据测试及采集系统、数字控制柜、计算机系统等几大部分组成。整套系统采用刚性支撑和液压伺服调控,计算机编程控制和自动完成数据采集,能够控制模拟岩石在地下的温度和应力(包括上覆地层压力、水平地应力和孔隙流体压力)条件,测试岩石的力学、热学、渗透性质和压缩性等多方面的参数。
[0020] 本发明所采用的技术方案是,
[0021] 缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,包括待测岩样13、密封腔体以及围压加压模块;所述待测岩样13固定设置在所述密封腔体中。
[0022] 所述装置包括模拟储层环境单元,固定夹持模块,作用测试模块,探测模块和数据接收处理模块;
[0023] 所述待测岩样13通过所述固定夹持模块密封在所述的密封腔体内;所述模拟储层环境单元设置在所述待测岩样13外,用于将所述待测岩样13置于地层储层环境中;作用测试模块施加作用力在所述待测岩样13,对所述待测岩样13进行力学性能测试;所述探测模块与所述待测岩样13连接,用于探测其物理指标,包括物理指标指的是岩石抗压强度、杨氏模量及泊松比;所述探测模块与所述的数据接收处理模块连接,将探测的数据信号进行数据处理输出;
[0024] 所述模拟储层环境单元包括加热器11和围压加压模块;所述加热器11设置在所述密封腔体外;所述围压加压模块包括增压栗4所述增压栗4通过压力管线与所述密封腔体相连接;
[0025] 所述作用测试模块为轴向加压模块,对所述待测岩样13进行轴向加压,其包括活塞轴6 ;所述活塞轴6伸入所述密封腔体并紧顶柱所述待测岩样13底端;
[0026] 所述探测模块包括应变传感器26和数据传输结构;所述应变传感器26固定设置在所述待测岩样13上;通过所述数据传输结构将数据信号输出给所述数据接收处理模块;所述数据接收处理模块包括计算机1以及数字控制柜2 ;
[0027] 所述数字控制柜2与所述计算机1相连接,所述数字控制柜2向所述加热器11、增压栗4以及轴向加压模块传输控制命令并采集处理实验数据。
[0028] 所述轴向加压模块包括压机5、活塞轴6、上端帽12以及下端帽15 ;
[0029] 所述上端帽12顶端紧顶住所述密封腔体顶端,所述上端帽12与所述待测岩样13和所述下端帽15从上至下依次固定连接在一起;所述活塞轴6顶端伸入所述密封腔体并紧顶住所述下端帽15底端,所述活塞轴6底端与所述压机5的工作轴相连接。
[0030] 所述密封腔体由上筒体10、下端盖9以及第一密封圈8形成;
[0031 ] 所述上筒体10与下端盖9扣合连接为一体,其连接面处设置有所述第一密封圈8 ;所述上筒体10与下端盖9之间形成所述的密封腔体;
[0032] 所述下端盖9上设有流体入口 18,所述流体入口 18通过压力管线与所述增压栗4相连接;所述活塞轴6穿过所述下端盖9并通过连接件与所述下端帽15固定连接。
[0033] 本发明的模拟储层模块中的所述加热器11沿周向设置在所述上筒体10外侧壁上;
[0034] 所述加热器11与所述的数字控制柜2连接,用于接收数字控制柜2的指令开始或中止加热操作。
[0035] 所述探测模块中应变传感器26为高温高压应变片,所述应变传感器26固定设置在所述传感器架14臂上;用于测量待测岩样的纵向和横向变形;在所述应变传感器26的输出端和所述数据传输结构连接,即其输出端设置有引线与数据传输结构连接。
[0036] 所述探测模块中的数据传输结构包括应变数据信号缆17以及信号缆密封装置;所述信号缆密封装置包括第一密封套22、第二旋塞23、第二密封圈24以及第二密封套25 ;
[0037] 所述应变数据信号缆17穿过所述密封腔体并与所述应变传感器26电连接;
[0038] 所述密封腔体底部设有阶梯孔,所述第一密封套22包裹设置在所述应变数据信号缆17外侧,所述第二密封套25设置在所述第一密封套22底端并包裹设置在所述应变数据信号缆17外侧,所述第二旋塞23在所述第二密封套25下方旋紧,将所述第一密封套22和第二密封套25紧密固定在所述密封腔体外;
[0039] 所述第二密封圈24设置在所述阶梯孔端面上。
[0040] 所述数字控制柜2包括信号控制元件,信号接收模块,应变模块和应力应变测试仪;
[0041] 所述数字控制柜2控制指令输入端与所述计算机1相连接;通过所述信号接收模块和信号控制元件发送采集数据并接收控制指令;其输出端分别与所述围压加压模块中的增压栗4,轴向加压模块中的压机5以及加热器11连接,用于向三个部件发出控制指令,进行加压或加热;
[0042] 所述数字控制柜2中的应力应变测试仪通过应变模块和数据信号缆17与所述的应变传感器26连接,用于接收采集到的信号;所述应变传感器26感知应变后转换成电压信号,经过数据信号缆17传递到应变模块,应变模块与所述的应力应变测试仪连接。
[0043] 所述装置还包括热收缩带,用于避免试验中破碎的岩样飞溅和观测岩样破裂的方向;所述热收缩带套接在所述上端帽12、待测岩样13以及下端帽15外侧,且所述热收缩带的轴向高度大于所述待测岩样13的轴向高度;
[0044] 所述热收缩带的材料为聚四氟乙烯。
[0045] 所述装置还包括支撑模块,其包括上横梁19、左立柱20以及右立柱21 ;
[0046] 所述上横梁19下表面紧压住所述上筒体10上表面,所述左立柱20、右立柱21均设置在所述上横梁19与压机5台面之间,并支撑住所述上横梁19 ;
[0047] 所述活塞轴6与下端帽15之间的连接件包括定位销或螺杆,其数量为2〜4个。
[0048] 所述装置还包括第一旋塞7 ;所述第一旋塞7套接在所述活塞轴6外侧,并旋紧在所述下端盖9底端,所述第一旋塞7将所述活塞轴6与下端盖9紧密固定;所述上筒体10与下端盖9通过螺丝16固定连接。
[0049] 所述活塞轴6与下端帽15端面贴紧,且在贴紧的两个端面处有两个定位销孔,中间通过两个定位销进行定位。
[0050] 本发明第二个发明点是根据所述的装置进行的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置的试验方法,
[0051] 所述试验方法包括如下步骤,
[0052] 步骤1,设置所述装置,
[0053] 将所述待测岩样13、上端帽12以及下端帽15通过所述热收缩带连接在一起;将所述应变传感器26固定在传感器架14上,所述传感器架14与所述待测岩样13连接,调整传感螺丝,并将所述应变传感器与所述应变数据信号缆17连接;将所述应变数据信号缆17以及信号缆密封装置组装到所述下端盖9上;
[0054] 将所述下端盖9与上筒体10相连接;将所述加热器11套在所述上筒体10外侧;所述流体入口 18与增压栗4相连接。
[0055] 步骤2,控制并模拟储层环境步骤,
[0056] 检查连接处密封情况,开启所述增压栗4,通过所述流体入口 18向所述密封腔体内注满压力油;
[0057] 所述数字控制柜2向所述加热器11发出指令,开启所述加热器11,对所述密封腔体进行加热,直至所需温度;待温度平衡后,再通过所述增压栗4提升所述密封腔体内围压至试验所需数值;
[0058] 步骤3,所述待测岩样13进行应力应变测试步骤,测试过程为,
[0059] 利用所述压机5的工作轴带动所述活塞轴6,连续对所述待测岩样13加载轴向压力,直至所述待测岩样13破裂;
[0060] 步骤4,采集即数据处理步骤,
[0061] 在所述测试过程中,通过所述数字控制柜2自动采集并连续记录轴向载荷、所述待测岩样13的轴向应变以及径向应变的试验数据,并将上述试验数据传输至所述计算机1,通过所述计算机1对试验数据进行处理,得到所述待测岩样13的力学性能参数,即最大轴向应力、杨氏模量以及泊松比。
[0062] 在具体的方法中,在步骤1中,将所述下端帽15、待测岩样13、上端帽12按从下向上的顺序垂直放置,然后将所述热收缩带套在组合体上,长度分别能遮住上、下端帽的三分之二。
[0063] 在所述步骤1中,调整所述应变传感器的传感螺丝,使应变传感器与待测岩样接触;所述加热器11加热温度控制在室温-150°C ;
[0064] 所述围压加压模块控制围压在0至lOOMPa ;
[0065] 在步骤3中,所述压机5采用恒定速率对待测岩样13加轴向力,其速率为0.5KN/s 〜1.0KN/so
[0066] 与现有的岩石试验装置相比,本发明的缝洞型碳酸盐岩高温高压试验装置能完全模拟缝洞型碳酸盐岩在地下的状态,能够准确测量所测待测岩样的轴向和径向形变,同时可以实现数据的自动采集和处理,使所检测到的数据与实际状态下缝洞型碳酸盐岩的抗压值接近;整个试验过程完全实现计算机自动控制,提高了试验数据的准确性和试验过程的安全性。实现了对缝洞型油藏的科学处理,提高该类油藏的在地下存在的真实环境,找准缝洞型油藏剩余油的分布位置,定量确定油藏的储量丰度,为科学合理地开发这类油田提供依据,最终达到提尚米收率的目的。
附图说明
[0067]图1为本发明的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置的整体示意图;
[0068] 图2为图1中密封腔体的局部放大图;
[0069] 图3为图2中的应变数据信号缆及其密封装置的局部放大图;
[0070] 附图编号说明:
[0071] 1-计算机;2_数字控制柜;3_夹持器;4_增压栗;5_压机;6_活塞轴;7_第一旋塞;8_第一密封圈;9_下端盖;10-上筒体;11-加热器;12-上端帽;13-待测岩样;14_传感器架;15-下端帽;16_螺丝;17-应变数据信号缆;18-流体入口 ; 19-上横梁;20_左立柱;21_右立柱;22_第一密封套;23_第二旋塞;24_第二密封圈;25_第二密封套;26_应变传感器
[0072] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明,本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式。
具体实施方式
[0073] 如图1、图2所示,缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,包括待测岩样12、密封腔体、加热器11、油压栗、轴向加压模块、数字控制柜2以及计算机1。
[0074] 密封腔体包括上筒体10、下端盖9以及第一密封圈8。
[0075] 上筒体10与下端盖9扣合为一体,并通过一组螺丝16固定连接,其连接面处设置有第一密封圈8,其形状为0形;
[0076] 上筒体10与下端盖9之间形成封闭式腔体,待测岩样13设置在该腔体中。
[0077] 应变传感器26为KFH-05-320-D25高温高压应变片,所述数字控制柜2其包括P⑶-300B-0型的应力应变测试仪、U1-16A型的应变模块。
[0078] 应变传感器26应变数据信号缆17相连接,并连接至数字控制柜2。
[0079] 如图3所示,应变数据信号缆17外部设有信号缆密封装置,其包括第一密封套22、第二旋塞23、第二密封圈24以及第二密封套25。
[0080] 应变数据信号缆17穿过下端盖9并与应变传感器14电连接。
[0081] 下端盖9底部设有阶梯孔,第一密封套22包裹设置在应变数据信号缆17外侧,第二密封套25设置在第一密封套22底端并包裹设置在应变数据信号缆17外侧,第二旋塞23在第二密封套25下方旋紧,将第一密封套22和第二密封套25紧密固定在下端盖9上。
[0082] 电缆的外层是一层聚氯乙烯材料做成的包皮,造成电缆外形是一个不规则的椭圆形,当电缆从一个孔内穿出来而腔内又含有高压液体时,普通的密封方式无法解决高压液体的泄漏问题,此处设置25,在25上钻出四个小孔,四根电缆分别从小孔里穿出来,然后旋紧件22和23结合处的螺纹,把25件压紧,因为25这种材料既有一定的韧性,同时又具有一定的受压变形的塑性,当25被压紧时,穿电缆的小孔发生变形,紧紧的贴紧在电缆的外层,避免高压的液体沿电缆外泄。同时,由于25被压紧变形,也实现了高压液体在件22的与25接触台阶孔部位的端面密封;件24实现了件22与下端盖3接触部位的密封;因为本设备的围压要求达到lOOMPa,所以密封是一个需要解决的大问题,通过这样设计,解决了不规则外形电缆的密封问题。
[0083] 第二密封圈24的形状为0形,其设置在阶梯孔端面上。
[0084] 第一密封套22的形状为圆柱形。
[0085] 加热器11沿周向设置在上筒体10的外侧壁上。
[0086] 下端盖9上还设有进油口,增压栗4的输出端口通过压力管线与进油口相连接。
[0087] 轴向加压模块包括压机5、活塞轴6、上端帽12以及下端帽15。
[0088] 活塞轴6、下端帽15、待测岩样13以及上端帽12同轴相连。
[0089] 上端帽12顶端紧顶住上筒体10顶端,上端帽12底端紧压住待测岩样13顶端;下端帽15顶端紧顶住待测岩样13底端,活塞轴6顶端伸入密封腔体并紧顶住下端帽15底端,二者端面上分别设有两个定位销孔,并通过两个定位销连接固定。
[0090] 活塞轴6底端与压机5的工作轴相连接,即活塞轴6为压机5的顶出端。
[0091] 本装置还包括热收缩带。
[0092] 热收缩带套接在上端帽12、待测岩样13以及下端帽15外侧,且热收缩带套住上端帽12、下端帽15的2/3。
[0093] 热收缩带的材料为聚四氟乙烯。
[0094] 本装置还包括第一旋塞7,其套接在活塞轴6外侧,并旋紧在下端盖9底端,第一旋塞7将活塞轴6与下端盖9紧密固定。
[0095] 本装置还包括支撑模块,其包括上横梁19、左立柱20以及右立柱21。
[0096] 上横梁19下表面紧压住上筒体10上表面,左立柱20、右立柱21均设置在上横梁19与压机5台面之间,并支撑住上横梁19。
[0097] 其中,上横梁19、左立柱20、右立柱21的材质为钢。
[0098] 所述数字控制柜2包括信号控制元件,信号接收模块,应变模块和应力应变测试仪;
[0099] 所述数字控制柜2控制指令输入端与所述计算机1相连接;通过所述信号接收模块和信号控制元件发送采集数据并接收控制指令;其输出端分别与所述围压加压模块中的增压栗4,轴向加压模块中的压机5以及加热器11连接,用于向三个部件发出控制指令,进行加压或加热;
[0100] 所述数字控制柜2中的应力应变测试仪通过应变模块和数据信号缆17与所述的应变传感器26连接,用于接收采集到的信号;所述应变传感器26感知应变后转换成电压信号,经过数据信号缆17传递到应变模块,应变模块与所述的应力应变测试仪连接。
[0101] 利用缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置的试验方法,包括如下试验步骤:
[0102] 步骤1,设置所述装置,
[0103] 将所述待测岩样13、上端帽12以及下端帽15通过所述热收缩带连接在一起;将所述应变传感器26固定在传感器架14上,所述传感器架14与所述待测岩样13连接,调整传感螺丝,并将所述应变传感器与所述应变数据信号缆17连接;将所述应变数据信号缆17以及信号缆密封装置组装到所述下端盖9上;
[0104] 将所述下端盖9与上筒体10相连接;将所述加热器11套在所述上筒体10外侧;所述流体入口 18与增压栗4相连接。
[0105] 步骤2,控制并模拟储层环境步骤,
[0106] 检查连接处密封情况,开启所述增压栗4,通过所述流体入口 18向所述密封腔体内注满压力油;
[0107] 所述数字控制柜2向所述加热器11发出指令,开启所述加热器11,对所述密封腔体进行加热,直至所需温度;待温度平衡后,再通过所述增压栗4提升所述密封腔体内围压至试验所需数值;
[0108] 步骤3,所述待测岩样13进行应力应变测试步骤,测试过程为,
[0109] 利用所述压机5的工作轴带动所述活塞轴6,连续对所述待测岩样13加载轴向压力,直至所述待测岩样13破裂;
[0110] 步骤4,采集即数据处理步骤,
[0111] 在所述测试过程中,通过所述数字控制柜2自动采集并连续记录轴向载荷、所述待测岩样13的轴向应变以及径向应变的试验数据,并将上述试验数据传输至所述计算机1,通过所述计算机1对试验数据进行处理,得到所述待测岩样13的力学性能参数,即最大轴向应力、杨氏模量以及泊松比。
[0112] 在具体的方法中,在步骤1中,将所述下端帽15、待测岩样13、上端帽12按从下向上的顺序垂直放置,然后将所述热收缩带套在组合体上,长度分别能遮住上、下端帽的三分之二。
[0113] 在所述步骤1中,调整所述应变传感器的传感螺丝,使应变传感器与待测岩样接触;所述加热器11加热温度控制在室温-150°C ;
[0114] 所述围压加压模块控制围压在0至lOOMPa ;
[0115] 在步骤3中,所述压机5采用恒定速率对待测岩样13加轴向力,其速率为0.5KN/s 〜1.0KN/so
[0116] 上述技术方案只是本发明的一种实施方式,对于本领域内的技术人员而言,在本发明公开了应用方法和原理的基础上,很容易做出各种类型的改进或变形,而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的结构,因此前面描述的方式只是优选方式,而并不具有限制性的意义。

Claims (12)

1.缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,包括待测岩样(13)、密封腔体以及围压加压模块;所述待测岩样(13)固定设置在所述密封腔体中,其特征在于: 所述装置包括模拟储层环境单元,固定夹持模块,作用测试模块,探测模块和数据接收处理模块; 所述待测岩样(13)通过所述固定夹持模块密封在所述的密封腔体内;所述模拟储层环境单元设置在所述待测岩样(13)外,用于将所述待测岩样(13)置于地层储层环境中;作用测试模块施加作用力在所述待测岩样(13),对所述待测岩样(13)进行力学性能测试;所述探测模块与所述待测岩样(13)连接,用于探测其物理指标,包括物理指标指的是岩石抗压强度、杨氏模量及泊松比;所述探测模块与所述的数据接收处理模块连接,将探测的数据信号进行数据处理输出; 所述模拟储层环境单元包括加热器(11)和围压加压模块;所述加热器(11)设置在所述密封腔体外;所述围压加压模块包括增压栗(4),所述增压栗(4)通过压力管线与所述密封腔体相连接; 所述作用测试模块为轴向加压模块,对所述待测岩样(13)进行轴向加压,其包括活塞轴(6);所述活塞轴(6)伸入所述密封腔体并紧顶柱所述待测岩样(13)底端; 所述探测模块包括应变传感器(26)和数据传输结构;所述应变传感器(26)固定设置在所述待测岩样(13)上;通过所述数据传输结构将数据信号输出给所述数据接收处理模块;所述数据接收处理模块包括计算机(1)以及数字控制柜(2); 所述数字控制柜(2)与所述计算机(1)相连接,所述数字控制柜(2)向所述加热器(11)、增压栗(4)以及轴向加压模块传输控制命令并采集处理实验数据;所述数字控制柜(2)包括信号控制元件,信号接收模块,应变模块和应力应变测试仪;所述数字控制柜(2)控制指令输入端与所述计算机(1)相连接;通过所述信号接收模块和信号控制元件发送采集数据并接收控制指令;其输出端分别与所述围压加压模块中的增压栗(4),轴向加压模块中的压机(5)以及加热器(11)连接,用于向三个部件发出控制指令,进行加压或加热; 所述数字控制柜(2)中的应力应变测试仪通过应变模块和数据信号缆(17)与所述的应变传感器(26)连接,用于接收采集到的信号;所述应变传感器(26)感知应变后转换成电压信号,经过数据信号缆(17)传递到应变模块,应变模块与所述的应力应变测试仪连接。
2.根据权利要求1所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,其特征在于: 所述轴向加压模块包括压机(5)、活塞轴¢)、上端帽(12)以及下端帽(15); 所述上端帽(12)顶端紧顶住所述密封腔体顶端,所述上端帽(12)与所述待测岩样(13)和所述下端帽(15)从上至下依次固定连接在一起;所述活塞轴(6)顶端伸入所述密封腔体并紧顶住所述下端帽(15)底端,所述活塞轴(6)底端与所述压机(5)的工作轴相连接。
3.根据权利要求2所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,其特征在于: 所述密封腔体由上筒体(10)、下端盖(9)以及第一密封圈(8)形成; 所述上筒体(10)与下端盖(9)扣合连接为一体,其连接面处设置有所述第一密封圈(8);所述上筒体(10)与下端盖(9)之间形成所述的密封腔体; 所述下端盖(9)上设有流体入口(18),所述流体入口(18)通过压力管线与所述增压栗(4)相连接;所述活塞轴(6)穿过所述下端盖(9)并通过连接件与所述下端帽(15)固定连接。
4.根据权利要求3所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,其特征在于: 所述加热器(11)沿周向设置在所述上筒体(10)外侧壁上; 所述加热器(11)与所述的数字控制柜(2)连接,用于接收数字控制柜(2)的指令开始或中止加热操作。
5.根据权利要求4所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,其特征在于: 所述探测模块中应变传感器(26)为高温高压应变片,所述应变传感器(26)固定设置在所述传感器架(14)臂上;用于测量待测岩样的纵向和横向变形;在所述应变传感器(26)的输出端和所述数据传输结构连接,即其输出端设置有引线与数据传输结构连接。
6.根据权利要求1或5所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,其特征在于: 所述探测模块中的数据传输结构包括所述应变数据信号缆(17)以及信号缆密封装置;所述信号缆密封装置包括第一密封套(22)、第二旋塞(23)、第二密封圈(24)以及第二密封套(25); 所述应变数据信号缆(17)穿过所述密封腔体并与所述应变传感器(26)电连接; 所述密封腔体底部设有阶梯孔,所述第一密封套(22)包裹设置在所述应变数据信号缆(17)外侧,所述第二密封套(25)设置在所述第一密封套(22)底端并包裹设置在所述应变数据信号缆(17)外侧,所述第二旋塞(23)在所述第二密封套(25)下方旋紧,将所述第一密封套(22)和第二密封套(25)紧密固定在所述密封腔体外; 所述第二密封圈(24)设置在所述阶梯孔端面上。
7.根据权利要求5所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,其特征在于: 所述装置还包括热收缩带,用于避免试验中破碎的岩样飞溅和观测岩样破裂的方向; 所述热收缩带套接在所述上端帽(12)、待测岩样(13)以及下端帽(15)外侧,且所述热收缩带的轴向高度大于所述待测岩样(13)的轴向高度; 所述热收缩带的材料为聚四氟乙烯。
8.根据权利要求3所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,其特征在于: 所述装置还包括支撑模块,其包括上横梁(19)、左立柱(20)以及右立柱(21); 所述上横梁(19)下表面紧压住所述上筒体(10)上表面,所述左立柱(20)、右立柱(21)均设置在所述上横梁(19)与压机(5)台面之间,并支撑住所述上横梁(19); 所述活塞轴(6)与下端帽(15)之间的连接件包括定位销或螺杆,其数量为2〜4个。
9.根据权利要求3所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置,其特征在于: 所述装置还包括第一旋塞(7);所述第一旋塞(7)套接在所述活塞轴(6)外侧,并旋紧在所述下端盖(9)底端,所述第一旋塞(7)将所述活塞轴(6)与下端盖(9)紧密固定;所述上筒体(10)与下端盖(9)通过螺丝(16)固定连接; 所述活塞轴(6)与下端帽(15)端面贴紧,且在贴紧的两个端面处有两个定位销孔,中间通过两个定位销进行定位。
10.利用权利要求7所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置的试验方法,其特征在于: 所述试验方法包括如下步骤, 步骤1,设置所述装置, 将所述待测岩样(13)、上端帽(12)以及下端帽(15)通过所述热收缩带连接在一起;将所述应变传感器(26)固定在传感器架(14)上,所述传感器架(14)与所述待测岩样(13)连接,调整传感螺丝,并将所述应变传感器与所述应变数据信号缆(17)连接;将所述应变数据信号缆(17)以及信号缆密封装置组装到所述下端盖(9)上; 将所述下端盖(9)与上筒体(10)相连接;将所述加热器(11)套在所述上筒体(10)外侧;所述流体入口(18)与增压栗(4)相连接; 步骤2,控制并模拟储层环境步骤, 检查连接处密封情况,开启所述增压栗(4),通过所述流体入口(18)向所述密封腔体内注满压力油; 所述数字控制柜(2)向所述加热器(11)发出指令,开启所述加热器(11),对所述密封腔体进行加热,直至所需温度;待温度平衡后,再通过所述增压栗(4)提升所述密封腔体内围压至试验所需数值; 步骤3,所述待测岩样(13)进行应力应变测试步骤,测试过程为, 利用所述压机(5)的工作轴带动所述活塞轴¢),连续对所述待测岩样(13)加载轴向压力,直至所述待测岩样(13)破裂; 步骤4,采集即数据处理步骤, 在所述测试过程中,通过所述数字控制柜(2)自动采集并连续记录轴向载荷、所述待测岩样(13)的轴向应变以及径向应变的试验数据,并将上述试验数据传输至所述计算机(1),通过所述计算机(1)对试验数据进行处理,得到所述待测岩样(13)的力学性能参数,即最大轴向应力、杨氏模量以及泊松比。
11.根据权利要求10所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置的试验方法,其特征在于: 在步骤1中,将所述下端帽(15)、待测岩样(13)、上端帽(12)按从下向上的顺序垂直放置,然后将所述热收缩带套在组合体上,长度分别能遮住上、下端帽的三分之二。
12.根据权利要求10所述的缝洞型碳酸盐岩储层环境力学性能试验装置的试验方法,其特征在于: 在所述步骤1中,调整所述应变传感器的传感螺丝,使应变传感器与待测岩样接触; 所述加热器(11)加热温度控制在室温-150°C ; 所述围压加压模块控制围压在0至lOOMPa ; 在步骤3中,所述压机(5)采用恒定速率对待测岩样(13)加轴向力,其速率为0.5KN/s 〜1.0KN/so
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