CN104596908B - 高温高压测量岩石剪切渗流的试样密封装置 - Google Patents
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Abstract
高温高压测量岩石剪切渗流的试样密封装置，属于岩石力学领域，解决温度高达600℃时岩石试样密封易破坏的技术问题。本发明的压力釜为变内径厚壁结构，耐高温密封套为密封铜套结构，并采用两个厚壁半圆柱筒将密封铜套侧向包裹，形成一个组合体置入变内径厚壁压力釜内；厚壁压力釜的连接法兰通过螺栓与外部轴压加载装置连接，螺栓紧固力挤压压力釜端面上的密封铜垫和密封铜套的端面，从而实现试样和压力釜空腔在铜套端面的密封。因此，本发明不仅结构合理，而且因密封铜套在温度高达600℃时不易损坏，增加了密封的可靠性，易于实现600℃高温、高压下，大剪切位移的剪切渗流测量。
Description
技术领域
本发明属于岩石力学领域，尤其涉及一种高温高压下测量岩石剪切渗流的密封装置，特别适用于600℃高温、高压下，测量岩石剪切渗流的试样密封装置
背景技术
岩石的剪切渗流是重大地质灾害研究的基础，如地震和滑坡产生的机理、能源资源开发中水力压裂诱发的断层活化机理等。目前，岩石剪切渗流的测量装置有：常温低压(围压小于20MPa)下，直剪渗流的测量装置；常温高压下，斜剪渗流的测量装置；高温高压下，斜剪渗流的测量装置。斜剪渗流的测量装置存在：因剪切面与试样轴线有一定夹角，在剪切滑移过程中剪切面积发生变化，试样局部应力状态改变；渗流流体经过的路径不规则，导致无法准确确定渗流截面几何尺寸；剪切位移小，尤其是高温时仅2mm左右的缺点。直剪渗流的测量装置，虽然剪切位移较大，但由于试样剪切过程中密封套内出现一段空白区域，一方面密封套极易向内变形，致使测量失败，另一方面围压增高易使试样剪断，导致测量失败。因此，解决在高温高压下，对岩石大位移剪切(直剪)渗流的测量，成为本领域的技术难题。
最近，太原理工大学的专利申请“一种高温高压下测量岩石剪切渗流的装置”，提岀了解决高温高压下实现岩石大位移剪切渗流测量的技术方案：将耐高温橡胶套置入两端开口的压力釜内，把两块截面形状和尺寸相同、长度不同的半圆柱体岩石试样组合后放入耐高温橡胶密封套内，橡胶套外壁与压力釜内壁之间充满传压介质，并对压力釜、轴向加压缸配置加温、围压和孔隙施压装置，孔隙流体经过组合岩石试样中间的裂缝面流出，通过测量轴向固定缸中流出的孔隙流体的流速，即可获得高温高压下岩石剪切过程中的渗流特性。这种装置虽然结构合理，操作简单，易于在高温高压下实现岩石大位移剪切渗流测量的优点。但温度高达600℃时，耐高温橡胶密封套会软化变形，破坏了岩石试样的密封，致使测量失败。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺点，提供一种高温高压测量岩石剪切渗流的试样密封装置，解决现有高温高压下测量岩石大位移剪切渗流技术方案中，温度高达600℃时岩石试样密封易破坏的技术问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种高温高压测量岩石剪切渗流的试样密封装置，包括：压力釜，装在压力釜内腔的耐高温密封套，放置在耐高温密封套内的岩石试样；其特征在于：所述压力釜是一种变内径厚壁压力釜，所述耐高温密封套是一种密封铜套；所述变内径厚壁压力釜的两端面带有连接法兰与外部轴压加载装置连接；所述变内径厚壁压力釜的内腔，放置由两个厚壁半圆柱筒侧向包裹的所述密封铜套，两个所述厚壁半圆柱筒用螺丝连接在一起，所述厚壁半圆柱筒的外径根据所述变内径厚壁压力釜的内腔确定；所述密封铜套的内径与岩石试样的直径相同，壁厚为0.5～3毫米，长度根据岩石试样的长度确定，所述密封铜套的两端设有法兰式密封面，法兰式密封面外径小于所述厚壁半圆柱筒的外径，即Dt<Dz；两个所述厚壁半圆柱筒的内径根据密封铜套的内径和壁厚确定，即dz＝dt+2e，所述厚壁半圆柱筒的长度与所述密封铜套的长度相同；所述变内径厚壁压力釜的总长度大于密封铜套的长度，内腔由两个不同直径的空腔组成，大空腔的内径根据所述厚壁半圆柱筒的外径确定，大空腔的长度与所述厚壁半圆柱筒的长度相同，小空腔的内径根据密封铜套的内径和壁厚确定，即df2＝dt+2e；所述变内径厚壁压力釜的两端面设置有密封凹槽。
进一步，所述厚壁半圆柱筒径向设有多个导流孔。
本发明与现有技术相比，由于压力釜设计为变内径厚壁结构，耐高温密封套设计为密封铜套结构，并采用两个厚壁半圆柱筒将密封铜套侧向包裹，形成一个组合体置入变内径厚壁压力釜内；厚壁压力釜的连接法兰通过螺栓与外部轴压加载装置连接，螺栓紧固力挤压压力釜端面上的密封铜垫和密封铜套的端面，从而实现试样和压力釜空腔在铜套端面的密封。因此，本发明不仅结构合理，而且因密封铜套在温度高达600℃时不易损坏，增加了密封的可靠性，易于实现600℃高温、高压下，大剪切位移的剪切渗流测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为压力釜的结构示意图；
图3为图2的A-A剖面图；
图4为图2的B-B剖面图；
图5为密封铜套的结构示意图；
图6为图5的C-C剖面图；
图7为厚壁半圆柱筒的结构示意图；
图8为图7的D-D剖面图；
图9为图7的E-E剖面图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施例，将结合附图在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的保护范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
如图1至9所示，一种高温高压测量岩石剪切渗流的试样密封装置，包括：压力釜，装在压力釜内腔的耐高温密封套，放置在耐高温密封套内的岩石试样；所述压力釜是一种变内径厚壁压力釜1，所述耐高温密封套是一种密封铜套2；所述变内径厚壁压力釜1的两端面带有连接法兰1.1与外部轴压加载装置连接；所述变内径厚壁压力釜1的内腔，放置由两个厚壁半圆柱筒3侧向包裹的所述密封铜套2，两个所述厚壁半圆柱筒3用螺丝5连接在一起，所述厚壁半圆柱筒3的外径Dz根据所述变内径厚壁压力釜1的内腔确定；所述密封铜套2的内径dt与岩石试样的直径相同，壁厚e为0.5～3毫米，长度Lt根据岩石试样的长度确定，所述密封铜套2的两端设有厚度为e的法兰式密封面2.1，法兰式密封面2.1外径Dt小于所述厚壁半圆柱筒3的外径Dz，即Dt<Dz；两个所述厚壁半圆柱筒3的内径dz根据密封铜套2的内径dt和壁厚e确定，即dz＝dt+2e，所述厚壁半圆柱筒3的长度Lz与所述密封铜套2的长度Lt相同；所述变内径厚壁压力釜1的总长度Lf大于密封铜套2的长度Lt，内腔由两个不同直径的空腔组成，大空腔的内径df1根据所述厚壁半圆柱筒3的外径Dz确定，大空腔的长度Lf1与所述厚壁半圆柱筒3的长度Lz相同，小空腔的内径df2根据密封铜套2的内径dt和壁厚e确定，即df2＝dt+2e；所述变内径厚壁压力釜1的两端面设置有密封凹槽1.2。
所述厚壁半圆柱筒3径向设有多个导流孔3.1。
如图1所示，本发明的密封方法，其具体步骤为：
(1)将岩石试样放入密封铜套2内；
(2)采用两个厚壁半圆柱筒3将密封铜套2侧向包裹，并用螺丝5将两个厚壁半圆柱筒紧固，密封铜套2与两个厚壁半圆柱筒3形成组合体；
(3)将密封铜套与厚壁半圆柱筒组合体，置入变内径厚壁压力釜1内；
(4)变内径厚壁压力釜1的连接法兰1.1通过螺栓4与外部轴压加载装置连接，螺栓紧固力6挤压变内径厚壁压力釜端面密封凹槽1.2内的密封铜垫7和密封铜套2的一端面，从而实现岩石试样和压力釜空腔在铜套端面一侧的密封；
(5)螺栓紧固力6通过厚壁半圆柱筒3挤压位于厚壁压力釜变截面处的密封铜套的法兰式密封面2.1，实现岩石试样和压力釜空腔在密封铜套端面另一侧的密封。
本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型都应为权利要求所涵盖。
Claims (2)
1.一种高温高压测量岩石剪切渗流的试样密封装置，包括：压力釜，装在压力釜内腔的耐高温密封套，放置在耐高温密封套内的岩石试样；其特征在于：所述压力釜是一种变内径厚壁压力釜(1)，所述耐高温密封套是一种密封铜套(2)；所述变内径厚壁压力釜(1)的两端面带有连接法兰(1.1)，连接法兰(1.1)通过螺栓(4)与外部轴压加载装置连接；所述变内径厚壁压力釜(1)的内腔，放置由两个厚壁半圆柱筒(3)侧向包裹的所述密封铜套(2)，两个所述厚壁半圆柱筒(3)用螺丝(5)连接在一起，所述厚壁半圆柱筒(3)的外径Dz根据所述变内径厚壁压力釜(1)的内腔确定；所述密封铜套(2)的内径dt与岩石试样的直径相同，壁厚e为0.5～3毫米，长度Lt根据岩石试样的长度确定，所述密封铜套(2)的两端设有厚度为e的法兰式密封面(2.1)，法兰式密封面(2.1)外径Dt小于所述厚壁半圆柱筒(3)的外径Dz，即Dt<Dz；两个所述厚壁半圆柱筒(3)的内径dz根据密封铜套(2)的内径dt和壁厚e确定，即dz＝dt+2e，所述厚壁半圆柱筒(3)的长度Lz与所述密封铜套(2)的长度Lt相同；所述变内径厚壁压力釜(1)的总长度Lf大于密封铜套(2)的长度Lt，内腔由两个不同直径的空腔组成，大空腔的内径df1根据所述厚壁半圆柱筒(3)的外径Dz确定，大空腔的长度Lf1与所述厚壁半圆柱筒(3)的长度Lz相同，小空腔的内径df2根据密封铜套(2)的内径dt和壁厚e确定，即df2＝dt+2e；所述变内径厚壁压力釜(1)的两端面设置有密封凹槽(1.2)。
2.根据权利要求1所述的高温高压测量岩石剪切渗流的试样密封装置，其特征在于：所述厚壁半圆柱筒(3)径向设有多个导流孔(3.1)。
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