CN109297806A - 一种具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器及其操作方法，它包括筒体、径向试验装置和轴向试验装置，筒体为圆筒形结构，筒体的顶端连接径向试验装置或轴向试验装置，在筒体侧壁设进口和出口并分别与输压管道和排放管道连接，筒体内有空腔体，空腔体的上下部分别为上部轴压室和底部轴压室，空腔体的中部为围压室，围压室的中间筒体上连接弹性垫。通过改变上端盖可拆卸装置试验进行多种岩芯模拟试验，岩芯夹持器可拆卸轴向实验装置和径向实验装置与上端盖连接位置来实现不规格岩芯的测试试验。夹持器结构简单，操作简便，安全性能高，满足高温高压条件下岩芯平岩芯室内多种测试实验，取得了很好的使用效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩芯夹持器，尤其涉及一种具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器及其操作方法，属于水文地质学及岩石学研究技术领域。
背景技术
岩芯夹持器可用于模拟岩芯在地层中受力场，用于测定岩石各种力学性能和物理性能。岩石的物理力学性能对工程有着极其重要的作用，同时正确的测量岩石性能对决策者有极其重要的作用，对工程的安全具有绝对的作用。目前岩芯夹持器市场上可见的有多种，譬如单轴模拟、径向多功能等。但是，现有的岩芯夹持器存在很大的缺陷，不能同时实现径向和轴向多种岩芯实验数据的测量，除此之外，现有的岩心夹持器操作繁琐，自动化程度较弱，这是需要解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器及其操作方法，通过液体和气体循环运动对岩芯进行加热，解决了岩石实验过程中加热不均而破坏岩芯原始性能，使得试验更加准确；通过采用温度和压力感应器，控制压力输入管道，实现试验装置的半自动化管理。可通过上端盖拆卸装置实现岩芯径向试验；通过改变上端盖可拆卸装置试验进行多种岩芯模拟试验，岩芯夹持器可拆卸轴向实验装置和径向实验装置与上端盖连接位置来实现不规格岩芯的测试试验。夹持器结构简单，操作简便，安全性能高，满足高温高压条件下岩芯平岩芯室内多种测试实验，有效的解决了上述存在的问题。
本发明的技术方案为：一种具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，它包括筒体、径向试验装置和轴向试验装置，所述筒体为底端封闭顶端开口的圆筒形结构，在筒体的顶端开口处螺纹连接有径向试验装置或轴向试验装置，在筒体的侧壁上设有进水管口、进口一、进口二、排水管口、出口一和出口二，所述进口一、进口二、出口一和出口二分别与输压管道和排放管道连接，在筒体内有圆柱形空腔体，为试件放置区，在空腔体的上下部分别为上部轴压室和底部轴压室，空腔体的中部为向外侧凸出的围压室，所述围压室的中间筒体上连接有竖直的圆筒形弹性垫一，在底部轴压室的顶端设有弹性垫二。
所述径向试验装置包括压盖一，所述压盖一为带有外螺纹的圆柱形结构，在压盖一的顶端有螺帽一，在压盖一的底端设有凸台一，所述凸台一的底端连接有圆筒形的弹性垫三并伸入到上部轴压室内，在压盖一的中间设有泥浆进口管，所述泥浆进口管穿过弹性垫三的底端并伸入到空腔体内部，泥浆进口管的底端部封闭，在泥浆进口管的侧壁上弹性垫三的外侧开有若干通孔，泥浆进口管的顶端伸出螺帽一的外侧与外管连接，在泥浆进口管的内部设有泥浆出口管，所述泥浆出口管底端开口顶端伸出泥浆进口管的侧壁并与接头连接，在压盖一的侧边还设有输压口一，在螺帽一的顶端还设有排压口一，所述输压口一和排压口一均与弹性垫三的内侧腔体连通。
所述轴向试验装置包括压盖二，所述压盖二为带有外螺纹的圆柱形结构，在压盖二的顶端有螺帽二，在压盖二的底端设有凸台二，所述凸台二的底端连接有圆筒形的弹性垫四并伸入到上部轴压室内，在压盖二的侧边还设有输压口二，在螺帽二的顶端还设有排压口二，所述输压口二和排压口二均与弹性垫四的内侧腔体连通。
所述压盖一和压盖二与筒体的对接端面上设有2至3条圆环形的密封槽，密封槽内有密封圈，所述密封槽的横截面为六角形或圆形。
所述弹性垫一为圆筒形结构，弹性垫一的上下两端通过压板和螺栓连接到筒体围压室的端面上，所述弹性垫二为平板式结构，弹性垫二通过压板和螺栓连接到筒体围压室的底端面上，弹性垫一位于弹性垫二的外侧且厚度相同，弹性垫一和弹性垫二的材料均为耐热橡胶。
所述进口一和出口一与围压室中弹性垫一的外侧腔体连通，所述进水管口和排水管口与围压室中弹性垫一的内侧腔体连通。
所述进口二和出口二与底部轴压室连通。
所述弹性垫三的顶端有拆边，通过压环和螺栓连接到凸台一的底端侧边上，在弹性垫三的底端通过对称的两块固定环和螺栓连接到泥浆进口管的侧壁上，弹性垫三的材料为耐热橡胶。
所述弹性垫四的顶端有拆边，通过环盖和螺栓连接到凸台二的底端侧边上，弹性垫四的底端为桶形封闭状结构，弹性垫四的材料为耐热橡胶。
一种具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器的操作方法，所述方法步骤为：
一、组装试验装置：将试件放入空腔体中，根据试验的需要选取轴向试验装置或径向试验装置并与筒体进行密封组装好，筒体的侧壁上的进出口分别通过相应的管道与试验机连接；
二、设置参数：设置试验温度和围压大小及轴压大小；
三、试件加热：打开排气和排水阀门，将输压管道与加热装备连接，通过已加热的气体或液体循环运动对岩芯进行加热，当岩芯温度达到预设的试验温度后，通过试验机上的感应开关自动关闭加热装备；
四、试件加压：将加压装置与输压管道连接，对岩芯进行加压，当各个压力采集器的压力值达到试验预设的压力值时，停止加压；
五、模拟试验：根据试验所需，选取试验装备，通过进水管口进行注水，排水管口连接液体采集装备，通过实验结果，计算岩芯渗透率等；若进行径向实验时，从高压泥浆进口管注入泥浆，从泥浆出口管收集泥浆，记录并计算实验结果；
六、拆卸实验装置：打开排气排水管道，将各压力室气体或液体排空，卸下轴向实验装置或径向实验装置，取出岩芯，清洗实验装备，完成本次试验。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，采用本发明的技术方案，与市场现有的岩芯夹持器试验装置相比，该试验装置通过上端盖上的可拆卸实验装置，可实现模拟岩芯在某一温度和压力下径向和轴向的试件测试实验。另外在压力室外壁设有多个温度和压力检测器，更加准确的测定试验过程中岩芯温度和压力。通过各压力室导热材料，利用加热气体和液体来实现试验所需岩芯温度，该过程利用气体和液体的循环流动来提高岩芯温度，消除了在传统的岩芯夹持器在对岩芯加热过程中，岩芯受热不均而破坏岩芯原始性能的缺点。除此之外岩芯加热气体和液体可循环利用于对岩芯加压，减少了能源消耗，取得了很好的使用效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明俯视图；
图3为本发明的径向试验装置结构示意图；
图4为本发明的轴向试验装置结构示意图；
图5为本发明A局部放大图；
图6为本发明B局部放大图；
图7为本发明C局部放大图；
图8为本发明D局部放大图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照本说明书附图对本发明作进一步的详细描述。
实施例1：如附图1～8所示，一种具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，它包括筒体12、径向试验装置和轴向试验装置，所述筒体12为底端封闭顶端开口的圆筒形结构，在筒体12的顶端开口处螺纹连接有径向试验装置或轴向试验装置，在筒体12的侧壁上设有进水管口11、进口一3、进口二6、排水管口8、出口一5和出口二7，所述进口一3、进口二6、出口一5和出口二7分别与输压管道和排放管道连接，在筒体12内有圆柱形空腔体4，为试件放置区，在空腔体4的上下部分别为上部轴压室22和底部轴压室23，空腔体4的中部为向外侧凸出的围压室10，所述围压室10的中间筒体12上连接有竖直的圆筒形弹性垫一9，在底部轴压室23的顶端设有弹性垫二28。
进一步的，径向试验装置包括压盖一14，所述压盖一14为带有外螺纹的圆柱形结构，在压盖一14的顶端有螺帽一26，在压盖一14的底端设有凸台一25，所述凸台一25的底端连接有圆筒形的弹性垫三29并伸入到上部轴压室22内，在压盖一14的中间设有泥浆进口管15，所述泥浆进口管15穿过弹性垫三29的底端并伸入到空腔体4内部，泥浆进口管15的底端部封闭，在泥浆进口管15的侧壁上弹性垫三29的外侧开有若干通孔，泥浆进口管15的顶端伸出螺帽一26的外侧与外管连接，在泥浆进口管15的内部设有泥浆出口管16，所述泥浆出口管16底端开口顶端伸出泥浆进口管15的侧壁并与接头18连接，在压盖一14的侧边还设有输压口一17，在螺帽一26的顶端还设有排压口一30，所述输压口一17和排压口一30均与弹性垫三29的内侧腔体连通。
进一步的，轴向试验装置包括压盖二13，所述压盖二13为带有外螺纹的圆柱形结构，在压盖二13的顶端有螺帽二2，在压盖二13的底端设有凸台二24，所述凸台二24的底端连接有圆筒形的弹性垫四31并伸入到上部轴压室22内，在压盖二13的侧边还设有输压口二27，在螺帽二2的顶端还设有排压口二1，所述输压口二27和排压口二1均与弹性垫四31的内侧腔体连通。
进一步的，压盖一14和压盖二13与筒体12的对接端面上设有2至3条圆环形的密封槽20，密封槽20内有密封圈21，所述密封槽20的横截面为六角形或圆形。
进一步的，弹性垫一9为圆筒形结构，弹性垫一9的上下两端通过压板19和螺栓连接到筒体12围压室10的端面上，所述弹性垫二28为平板式结构，弹性垫二28通过压板19和螺栓连接到筒体12围压室10的底端面上，弹性垫一9位于弹性垫二28的外侧且厚度相同，弹性垫一9和弹性垫二28的材料均为耐热橡胶。
进一步的，进口一3和出口一5与围压室10中弹性垫一9的外侧腔体连通，所述进水管口11和排水管口8与围压室10中弹性垫一9的内侧腔体连通。
进一步的，进口二6和出口二7与底部轴压室23连通。
进一步的，弹性垫三29的顶端有拆边，通过压环34和螺栓连接到凸台一25的底端侧边上，在弹性垫三29的底端通过对称的两块固定环35和螺栓连接到泥浆进口管15的侧壁上，弹性垫三29的材料为耐热橡胶。
进一步的，弹性垫四31的顶端有拆边，通过环盖33和螺栓连接到凸台二24的底端侧边上，弹性垫四31的底端为桶形封闭状结构，弹性垫四31的材料为耐热橡胶。
一种具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器的操作方法，所述方法步骤为：
一、组装试验装置：将试件放入空腔体4中，根据试验的需要选取轴向试验装置或径向试验装置并与筒体12进行密封组装好，筒体12的侧壁上的进出口分别通过相应的管道与试验机连接；
二、设置参数：设置试验温度和围压大小及轴压大小；
三、试件加热：打开排气和排水阀门，将输压管道与加热装备连接，通过已加热的气体或液体循环运动对岩芯进行加热，当岩芯温度达到预设的试验温度后，通过试验机上的感应开关自动关闭加热装备；
四、试件加压：将加压装置与输压管道连接，对岩芯进行加压，当各个压力采集器的压力值达到试验预设的压力值时，停止加压；
五、模拟试验：根据试验所需，选取试验装备，通过进水管口11进行注水，排水管口8连接液体采集装备，通过实验结果，计算岩芯渗透率等；若进行径向实验时，从高压泥浆进口管15注入泥浆，从泥浆出口管16收集泥浆，记录并计算实验结果；
六、拆卸实验装置：打开排气排水管道，将各压力室气体或液体排空，卸下轴向实验装置或径向实验装置，取出岩芯，清洗实验装备，完成本次试验。
采用本发明的技术方案，与市场现有的岩芯夹持器试验装置相比，该试验装置通过上端盖上的可拆卸实验装置，可实现模拟岩芯在某一温度和压力下径向和轴向的试件测试实验。另外在压力室外壁设有多个温度和压力检测器，更加准确的测定试验过程中岩芯温度和压力。通过各压力室导热材料，利用加热气体和液体来实现试验所需岩芯温度，该过程利用气体和液体的循环流动来提高岩芯温度，消除了在传统的岩芯夹持器在对岩芯加热过程中，岩芯受热不均而破坏岩芯原始性能的缺点。除此之外岩芯加热气体和液体可循环利用于对岩芯加压，减少了能源消耗，取得了很好的使用效果。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，其特征在于：它包括筒体（12）、径向试验装置和轴向试验装置，所述筒体（12）为底端封闭顶端开口的圆筒形结构，在筒体（12）的顶端开口处螺纹连接有径向试验装置或轴向试验装置，在筒体（12）的侧壁上设有进水管口（11）、进口一（3）、进口二（6）、排水管口（8）、出口一（5）和出口二（7），所述进口一（3）、进口二（6）、出口一（5）和出口二（7）分别与输压管道和排放管道连接，在筒体（12）内有圆柱形空腔体（4），为试件放置区，在空腔体（4）的上下部分别为上部轴压室（22）和底部轴压室（23），空腔体（4）的中部为向外侧凸出的围压室（10），所述围压室（10）的中间筒体（12）上连接有竖直的圆筒形弹性垫一（9），在底部轴压室（23）的顶端设有弹性垫二（28）。
2.根据权利要求1所述的具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，其特征在于：所述径向试验装置包括压盖一（14），所述压盖一（14）为带有外螺纹的圆柱形结构，在压盖一（14）的顶端有螺帽一（26），在压盖一（14）的底端设有凸台一（25），所述凸台一（25）的底端连接有圆筒形的弹性垫三（29）并伸入到上部轴压室（22）内，在压盖一（14）的中间设有泥浆进口管（15），所述泥浆进口管（15）穿过弹性垫三（29）的底端并伸入到空腔体（4）内部，泥浆进口管（15）的底端部封闭，在泥浆进口管（15）的侧壁上弹性垫三（29）的外侧开有若干通孔，泥浆进口管（15）的顶端伸出螺帽一（26）的外侧与外管连接，在泥浆进口管（15）的内部设有泥浆出口管（16），所述泥浆出口管（16）底端开口顶端伸出泥浆进口管（15）的侧壁并与接头（18）连接，在压盖一（14）的侧边还设有输压口一（17），在螺帽一（26）的顶端还设有排压口一（30），所述输压口一（17）和排压口一（30）均与弹性垫三（29）的内侧腔体连通。
3.根据权利要求1所述的具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，其特征在于：所述轴向试验装置包括压盖二（13），所述压盖二（13）为带有外螺纹的圆柱形结构，在压盖二（13）的顶端有螺帽二（2），在压盖二（13）的底端设有凸台二（24），所述凸台二（24）的底端连接有圆筒形的弹性垫四（31）并伸入到上部轴压室（22）内，在压盖二（13）的侧边还设有输压口二（27），在螺帽二（2）的顶端还设有排压口二（1），所述输压口二（27）和排压口二（1）均与弹性垫四（31）的内侧腔体连通。
4.根据权利要求2或3所述的具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，其特征在于：所述压盖一（14）和压盖二（13）与筒体（12）的对接端面上设有2至3条圆环形的密封槽（20），密封槽（20）内有密封圈（21），所述密封槽（20）的横截面为六角形或圆形。
5.根据权利要求1所述的具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，其特征在于：所述弹性垫一（9）为圆筒形结构，弹性垫一（9）的上下两端通过压板（19）和螺栓连接到筒体（12）围压室（10）的端面上，所述弹性垫二（28）为平板式结构，弹性垫二（28）通过压板（19）和螺栓连接到筒体（12）围压室（10）的底端面上，弹性垫一（9）位于弹性垫二（28）的外侧且厚度相同，弹性垫一（9）和弹性垫二（28）的材料均为耐热橡胶。
6.根据权利要求1所述的具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，其特征在于：所述进口一（3）和出口一（5）与围压室（10）中弹性垫一（9）的外侧腔体连通，所述进水管口（11）和排水管口（8）与围压室（10）中弹性垫一（9）的内侧腔体连通。
7.根据权利要求1所述的具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，其特征在于：所述进口二（6）和出口二（7）与底部轴压室（23）连通。
8.根据权利要求2所述的具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，其特征在于：所述弹性垫三（29）的顶端有拆边，通过压环（34）和螺栓连接到凸台一（25）的底端侧边上，在弹性垫三（29）的底端通过对称的两块固定环（35）和螺栓连接到泥浆进口管（15）的侧壁上，弹性垫三（29）的材料为耐热橡胶。
9.根据权利要求3所述的具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器，其特征在于：所述弹性垫四（31）的顶端有拆边，通过环盖（33）和螺栓连接到凸台二（24）的底端侧边上，弹性垫四（31）的底端为桶形封闭状结构，弹性垫四（31）的材料为耐热橡胶。
10.根据权利要求1～3或5～9任一项所述的具有径向轴向功能的半自动岩芯夹持器的操作方法，其特征在于：所述方法步骤为：
组装试验装置：将试件放入空腔体（4）中，根据试验的需要选取轴向试验装置或径向试验装置并与筒体（12）进行密封组装好，筒体（12）的侧壁上的进出口分别通过相应的管道与试验机连接；
设置参数：设置试验温度和围压大小及轴压大小；
试件加热：打开排气和排水阀门，将输压管道与加热装备连接，通过已加热的气体或液体循环运动对岩芯进行加热，当岩芯温度达到预设的试验温度后，通过试验机上的感应开关自动关闭加热装备；
试件加压：将加压装置与输压管道连接，对岩芯进行加压，当各个压力采集器的压力值达到试验预设的压力值时，停止加压；
模拟试验：根据试验所需，选取试验装备，通过进水管口（11）进行注水，排水管口（8）连接液体采集装备，通过实验结果，计算岩芯渗透率等；若进行径向实验时，从高压泥浆进口管（15）注入泥浆，从泥浆出口管（16）收集泥浆，记录并计算实验结果；
拆卸实验装置：打开排气排水管道，将各压力室气体或液体排空，卸下轴向实验装置或径向实验装置，取出岩芯，清洗实验装备，完成本次试验。
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