CN108414359A - 一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统及方法 - Google Patents

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田文岭
滕尚永
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Abstract

本发明公开了一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统及方法，该系统包括上压头、下压头、含孔道岩样、单端加热管及温度传感器；所述含孔道岩样置于上压头之间下压头，上压头位于含孔道岩样上端，下压头位于含孔道岩样下端；所述上压头上开设有过线孔，且该过线孔的外端口内设置有密封插头，过线孔的内端口位于含孔道岩样的孔道上端，所述单端加热管和温度传感器设置在含孔道岩样的孔道内，并连接有导线，导线从过线孔及密封插头中引出至上压头外。本发明能够完成岩样在实时高温下的常规三轴试验，同时不需要对液压油加热，一定程度上简化了试验程序，节约了试验成本。

Description

一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统及方法
技术领域
本发明涉及地热开采及核废料处置领域，尤其涉及岩样实时高温作用下常规三轴压缩条件下的力学行为的试验领域。
背景技术
地热开采、核废料处置及地下煤层气化过程中岩石都会受到高温作用。高温作用会导致岩石出现损伤，力学行为发生改变，所以研究岩石高温作用下的力学行为对保证地热开采、核废料处置等工程的安全与稳定至关重要。但由于实时高温三轴试验操作比较困难，学者们主要使用高温作用后的岩石试样来替代实时高温试样完成常规三轴试验。所以研制简单易行的岩石实时高温操作系统势在必行。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出了一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统及方法，以实现完成岩石实时高温条件下的常规三轴压缩试验的目的。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，包括上压头、下压头、含孔道岩样、单端加热管及温度传感器；所述含孔道岩样置于上压头和下压头之间，上压头位于含孔道岩样上端，下压头位于含孔道岩样下端；所述上压头上开设有过线孔，且该过线孔的外端口内设置有密封插头，过线孔的内端口位于含孔道岩样的孔道上端，所述单端加热管和温度传感器设置在含孔道岩样的孔道内，并连接有导线，导线从过线孔及密封插头中引出至上压头外。
所述上压头和下压头上均设置有一个第一密封圈。
所述上压头与含孔道岩样接触处，下压头与含孔道岩样接触处分别设有一层隔热垫。优选的，所述隔热垫的材质为云母。
所述密封插头上附有第二密封圈。
所述密封插头外径大于过线孔的内径，密封插头与过线孔之间过盈配合。
所述单端加热管和温度传感器通过导线与外部的温控装置连接。
所述含孔道岩样外部铺设有一层高温绝热纳米保护层，高温绝热纳米保护层外设置有一层热缩管。
一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩方法，包括以下步骤：
步骤一，将单端加热管和温度传感器通过导线连接密封插头，并通过接线连接至外部的温控装置；
步骤二，将上压头、下压头放置在含孔道岩样的两端，上压头、下压头与含孔道岩样之间放置云母隔热垫片；将单端加热管和温度传感器放置在含孔道岩样的孔道内；使用高温绝热纳米保护层包裹含孔道岩样，并在外部使用热缩管包裹，得到试样；
步骤三，将包裹好的试样放置在常规三轴压缩系统的底座上进行加热；
步骤四，当温度达到设定温度后将液压缸放置在底座上，并完成充油；
步骤五，充油完成后对岩样施加围压，在充油和施加围压过程中保持试样温度不变；
步骤六，在保持围压和温度不变的前提下对试样进行常规三轴压缩。
有益效果：本发明的实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统及方法，通过在岩样孔道内设置单端加热管和温度传感器，外部配合温控设备，达到控制加热的目的。在岩样外部铺设一层保温绝热纳米保护层，防止热量传导至液压缸内；同时，在高温绝热纳米保护层外再加一层热缩管，防止液压油进入试样。使用该系统可以完成岩样在实时高温下的常规三轴试验，同时不需要对液压油加热，一定程度上简化了试验程序，节约了试验成本。
附图说明
图1为本发明的实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统的结构示意图；
图2为密封插头的局部放大示意图；
图3为上压头的局部放大示意图；
图4为含孔道岩样包裹保温绝热纳米保护层和热缩管后剖面图；
图中，1-上压头，2-第一密封圈，3-含孔道岩样，301-孔道，4-隔热垫，5-密封插头，6-过线孔，7-单端加热管，8-温度传感器，9-第二密封圈，10-导线，11-下压头，12-高温绝热纳米保护层，13-热缩管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，包括上压头1、下压头11、含孔道岩样3、单端加热管7及温度传感器8。
含孔道岩样3置于上压头1和下压头11之间，上压头1位于含孔道岩样3上端，下压头11位于含孔道岩样3下端；上压头1和下压头11上均设置有一个第一密封圈2。
如图3，上压头1上开设有过线孔6，且该过线孔6的外端口内设置有密封插头5，过线孔6的内端口位于含孔道岩样3的孔道上端，单端加热管7和温度传感器8设置在含孔道岩样4的孔道内，并连接有导线10，导线10从过线孔7及密封插头5中引出至上压头1外。
上压头1与含孔道岩样3接触处，下压头11与含孔道岩样3接触处分别设有一层隔热垫4，防止热量传导至上压头1和下压头11。优选的，隔热垫4的材质为云母。
如图2，密封插头5上附有第二密封圈9。密封插头5外径大于过线孔6的内径，密封插头5与过线孔6之间过盈配合。能够完成油压作用下的密封。
单端加热管7和温度传感器8通过导线10与外部的温控装置连接，实现控制加热的目的。
如图4，含孔道岩样3外部铺设有一层高温绝热纳米保护层12，防止热量传导至液压缸内，优选的，高温绝热纳米保护层的材质为硅酸铝陶瓷纤维；高温绝热纳米保护层外设置有一层热缩管13，防止液压油进入试样。
一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩方法，包括以下步骤：
步骤一，将单端加热管7和温度传感器8通过导线10连接密封插头5，并通过接线连接至外部的温控装置；
步骤二，将上压头1、下压头11放置在含孔道岩样3的两端，上压头1、下压头11与含孔道岩样3之间放置云母隔热垫片4；将单端加热管7和温度传感器8放置在含孔道岩样3的孔道内；使用高温绝热纳米保护层12包裹含孔道岩样3，并在外部使用热缩管13包裹，得到试样；
步骤三，将包裹好的试样放置在常规三轴压缩系统的底座上进行加热；
步骤四，当温度达到设定温度后将液压缸放置在底座上，并完成充油；
步骤五，充油完成后对岩样施加围压，在充油和施加围压过程中保持试样温度不变；
步骤六，在保持围压和温度不变的前提下对试样进行常规三轴压缩。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，其特征在于：包括上压头(1)、下压头(11)、含孔道岩样(3)、单端加热管(7)及温度传感器(8)；所述含孔道岩样(3)置于上压头(1)和下压头(11)之间，上压头(1)位于含孔道岩样(3)上端，下压头(11)位于含孔道岩样(3)下端；所述上压头(1)上开设有过线孔(6)，且该过线孔(6)的外端口内设置有密封插头(5)，过线孔(6)的内端口位于含孔道岩样(3)的孔道上端，所述单端加热管(7)和温度传感器(8)设置在含孔道岩样(4)的孔道内，并连接有导线(10)，导线(10)从过线孔(7)及密封插头(5)中引出至上压头(1)外。
2.根据权利要求1所述的实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，其特征在于：所述上压头(1)和下压头(11)上均设置有一个第一密封圈(2)。
3.根据权利要求1所述的实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，其特征在于：所述上压头(1)与含孔道岩样(3)接触处，下压头(11)与含孔道岩样(3)接触处分别设有一层隔热垫(4)。
4.根据权利要求3所述的实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，其特征在于：所述隔热垫(4)的材质为云母。
5.根据权利要求1所述的实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，其特征在于：所述密封插头(5)上附有第二密封圈(9)。
6.根据权利要求1所述的实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，其特征在于：所述密封插头(5)外径大于过线孔(6)的内径，密封插头(5)与过线孔(6)之间过盈配合。
7.根据权利要求1所述的实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，其特征在于：所述单端加热管(7)和温度传感器(8)通过导线(10)与外部的温控装置连接。
8.根据权利要求1所述的实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统，其特征在于：所述含孔道岩样(3)外部铺设有一层高温绝热纳米保护层(12)，高温绝热纳米保护层外设置有一层热缩管(13)。
9.一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，将单端加热管(7)和温度传感器(8)通过导线10连接密封插头(5)，并通过接线连接至外部的温控装置；
步骤二，将上压头(1)、下压头(11)放置在含孔道岩样(3)的两端，上压头(1)、下压头(11)与含孔道岩样(3)之间放置云母隔热垫片(4)；将单端加热管(7)和温度传感器(8)放置在含孔道岩样(3)的孔道内；使用高温绝热纳米保护层包裹含孔道岩样(3)，并在外部使用热缩管包裹，得到试样；
步骤三，将包裹好的试样放置在常规三轴压缩系统的底座上进行加热；
步骤四，当温度达到设定温度后将液压缸放置在底座上，并完成充油；
步骤五，充油完成后对岩样施加围压，在充油和施加围压过程中保持试样温度不变；
步骤六，在保持围压和温度不变的前提下对试样进行常规三轴压缩。
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