CN109297807B - 一种模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器及其试验方法，它包括筒体、盖板和端盖，盖板与筒体连接，端盖与盖板连接，筒体为底端封闭顶端开口的圆筒形结构，在筒体的侧壁上设有若干进口和出口并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，在空腔体的下部为底部轴压室，空腔体的上部有围压室，围压室由隔板等分为四部分，围压室的内侧设有弹性垫，在底部轴压室的设有弹性垫，在盖板的中间有上部轴压室，端盖的下方有弹性垫。通过将围压室通隔压板分为四个分压室，每个分压式都有连接有不同的输压管道，通过设置各分压室压力预定值，实现各个分压室不同压力，实现不平衡压力下岩芯测试试验，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，尤其涉及一种模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器及其试验方法，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，该类岩芯夹持器存在很大的缺陷，对不平衡岩芯受力场模拟能力差，气体和液体的统一管理能力较脆弱。除此之外，该类岩心夹持器操作繁琐，自动化程度较差，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：提供一种模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器及其试验方法，通过将围压室通隔压板分为四个分压室，每个分压式都有连接有不同的输压管道，通过设置各分压室压力预定值，实现各个分压室不同压力，实现不平衡压力下岩芯测试试验，有效的解决了上述存在的问题。
本发明的技术方案为：一种模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，它包括筒体、盖板和端盖，所述盖板位于筒体的上方并通过螺栓与筒体密封连接，所述端盖位于盖板的上方并通过螺栓与盖板密封连接，筒体为底端封闭顶端开口的圆筒形结构，在筒体的侧壁上设有进口一、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，在空腔体的下部为底部轴压室，空腔体的上部有向外侧凸出的围压室，所述围压室由隔板等分为四部分，围压室的内侧设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，在盖板的中间有上部轴压室空腔体，端盖的下方中间连接有桶形结构的弹性垫三，所述弹性垫三伸入上部轴压室内。
所述盖板的侧边还设有进水管口，所述进水管口与弹性垫一的内侧腔体连通。
所述上部轴压室为圆筒形空腔体结构，上部轴压室的直径与弹性垫三的外径相等，上部轴压室的空腔体被弹性垫三填充。
所述端盖的下方中间通过环盖和螺栓与弹性垫三连接，在端盖的上方还设有排压口和输压口，所述输压口和排压口均与弹性垫三的内侧腔体连通。
所述弹性垫一为圆筒形结构，在弹性垫一的四周外侧壁上有设有四根竖直的凸筋，所述凸筋伸入到隔板端面的凹槽内并通过螺栓固定连接，弹性垫一的材料为耐热橡胶。
所述弹性垫二为平板式结构，弹性垫二通过环形压板和螺栓连接到筒体的围压室的底端面上，弹性垫二的材料为耐热橡胶。
所述进口一和出口一均为四个，均匀分布在筒体的侧壁上且分别与围压室的四个空腔连通，所述排水管口与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，通过环盖和螺栓连接到端盖的底端中间，弹性垫三的底端为桶形封闭状结构，弹性垫三的材料为耐热橡胶。
一种模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器的试验方法，所述方法步骤为：
一、组装试验装置：将岩芯放入空腔体中，组装整个实验装置，实现整个试件区的密封，将筒体的侧壁上的各进出口分别通过相应的管道与试验机连接；
二、设置参数：根据试验所需，设置试验岩芯温度和各个围压室压力大小，选取气体或液体加热加压方式，启动试验机，将气体或液体加热到设定温度；
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，关闭排气排水阀门；
四、试件加压：步骤三结束后自动对岩芯进行加压，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，整个加热加压过程完毕；
五、试验过程：根据试验所需，通过进水管口注入试验所需的气体或液体，通过排水管口收集排出的气体或液体，记录并计算所需的试验数据和实验结果；
六、结束试验：关闭试验机，打开排气排水管道，将各压力室气体或液体排空，等温度下降到安全温度下，打开上端实验装置，取出岩芯，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，该试验装置通过将围压室通隔压板分为四个分压室，每个分压式都有连接有不同的输压管道，通过设置各分压室压力预定值，实现各个分压室不同压力，实现不平衡压力下岩芯测试试验。除此之外，通过加压和加温设备，使岩芯的加压和加温同步进行，使实验装置更为简便，降低成本。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D-D剖视图；
图4为本发明A局部放大图；
图5为本发明B局部放大图；
图6为本发明C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1～6所示，一种模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，它包括筒体12、盖板2和端盖13，所述盖板2位于筒体12的上方并通过螺栓与筒体12密封连接，所述端盖13位于盖板2的上方并通过螺栓与盖板2密封连接，筒体12为底端封闭顶端开口的圆筒形结构，在筒体12的侧壁上设有进口一3、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的下部为底部轴压室23，空腔体4的上部有向外侧凸出的围压室10，所述围压室10由隔板50等分为四部分，围压室10的内侧设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，在盖板2的中间有上部轴压室22空腔体，端盖13的下方中间连接有桶形结构的弹性垫三31，所述弹性垫三31伸入上部轴压室22内。围压室10由四个围压分压室组成，分别为围压分压室1围压分压室2、围压分压室3及围压分压室4组成，每个分压室均连接有不同的输压管道，用户可可设置每个分压室压力大小，实现岩芯在受不平衡应力场的模拟实验。
进一步的，盖板2的侧边还设有进水管口11，所述进水管口11与弹性垫一9的内侧腔体连通。
进一步的，上部轴压室22为圆筒形空腔体结构，上部轴压室22的直径与弹性垫三31的外径相等，上部轴压室22的空腔体被弹性垫三31填充。
进一步的，端盖13的下方中间通过环盖33和螺栓与弹性垫三31连接，在端盖13的上方还设有排压口1和输压口27，所述输压口27和排压口1均与弹性垫三31的内侧腔体连通。
进一步的，弹性垫一9为圆筒形结构，在弹性垫一9的四周外侧壁上有设有四根竖直的凸筋52，所述凸筋52伸入到隔板50端面的凹槽51内并通过螺栓固定连接，弹性垫一9的材料为耐热橡胶。
进一步的，弹性垫二28为平板式结构，弹性垫二28通过环形压板19和螺栓连接到筒体12的围压室10的底端面上，弹性垫二28的材料为耐热橡胶。
进一步的，进口一3和出口一5均为四个，均匀分布在筒体12的侧壁上且分别与围压室10的四个空腔连通，所述排水管口8与弹性垫一9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，弹性垫三31的顶端有拆边，通过环盖33和螺栓连接到端盖13的底端中间，弹性垫三31的底端为桶形封闭状结构，弹性垫三31的材料为耐热橡胶。
一种模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器的试验方法，所述方法步骤为：
一、组装试验装置：将岩芯放入空腔体4中，组装整个实验装置，实现整个试件区的密封，将筒体12的侧壁上的各进出口分别通过相应的管道与试验机连接；
二、设置参数：根据试验所需，设置试验岩芯温度和各个围压室压力大小，选取气体或液体加热加压方式，启动试验机，将气体或液体加热到设定温度；
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，关闭排气排水阀门；
四、试件加压：步骤三结束后自动对岩芯进行加压，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，整个加热加压过程完毕；
五、试验过程：根据试验所需，通过进水管口11注入试验所需的气体或液体，通过排水管口8收集排出的气体或液体，记录并计算所需的试验数据和实验结果；
六、结束试验：关闭试验机，打开排气排水管道，将各压力室气体或液体排空，等温度下降到安全温度下，打开上端实验装置，取出岩芯，完成本次试验。
本发明装置可以更好地模拟岩石在三轴不平衡压力作用下的真实效果，可准确的测定岩芯渗透率等岩芯指标；通过气体和液体温度加热提高了液体和气体统一管理的能力，实现了气体液体一体化管理。通过气体和液体循环运动对岩芯加热，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。结合温度感应器和压力采集器以及感应开关和感应开关阀，控制气体和液体的输入和排出，实现试验装置的半自动化管理。通过对各分压室施加不同大小的压力，模拟出岩芯在地下不平衡应力场作用下的效果。结构简单，功能齐全，操作简便，安全性能高，可根据橡胶材料的可调节性实现不同岩芯大小的试验，满足高温高压条件下岩芯平衡不平衡压力下的岩芯室内测试实验。岩芯夹持器装置结构简单，功能齐全，操作简便，安全性能高，
与市场现有的岩芯夹持器试验装置相比，该试验装置通过将围压室通隔压板分为四个分压室，每个分压式都有连接有不同的输压管道，通过设置各分压室压力预定值，实现各个分压室不同压力，实现不平衡压力下岩芯测试试验。除此之外，通过加压和加温设备，使岩芯的加压和加温同步进行，使实验装置更为简便，降低成本。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 (9)
1.一种模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，其特征在于：它包括筒体（12）、盖板（2）和端盖（13），所述盖板（2）位于筒体（12）的上方并通过螺栓与筒体（12）密封连接，所述端盖（13）位于盖板（2）的上方并通过螺栓与盖板（2）密封连接，筒体（12）为底端封闭顶端开口的圆筒形结构，在筒体（12）的侧壁上设有进口一（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）的下部为底部轴压室（23），空腔体（4）的上部有向外侧凸出的围压室（10），所述围压室（10）由隔板（50）等分为四部分，围压室（10）的内侧设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），在盖板（2）的中间有上部轴压室（22）空腔体，端盖（13）的下方中间连接有桶形结构的弹性垫三（31），所述弹性垫三（31）伸入上部轴压室（22）内；
所述端盖（13）的下方中间通过环盖（33）和螺栓与弹性垫三（31）连接，在端盖（13）的上方还设有排压口（1）和输压口（27），所述输压口（27）和排压口（1）均与弹性垫三（31）的内侧腔体连通。
2.根据权利要求1所述的模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，其特征在于：所述盖板（2）的侧边还设有进水管口（11），所述进水管口（11）与弹性垫一（9）的内侧腔体连通。
3.根据权利要求1所述的模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，其特征在于：所述上部轴压室（22）为圆筒形空腔体结构，上部轴压室（22）的直径与弹性垫三（31）的外径相等，上部轴压室（22）的空腔体被弹性垫三（31）填充。
4.根据权利要求1所述的模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，其特征在于：所述弹性垫一（9）为圆筒形结构，在弹性垫一（9）的四周外侧壁上有设有四根竖直的凸筋（52），所述凸筋（52）伸入到隔板（50）端面的凹槽（51）内并通过螺栓固定连接，弹性垫一（9）的材料为耐热橡胶。
5.根据权利要求1所述的模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，其特征在于：所述弹性垫二（28）为平板式结构，弹性垫二（28）通过环形压板（19）和螺栓连接到筒体（12）的围压室（10）的底端面上，弹性垫二（28）的材料为耐热橡胶。
6.根据权利要求1所述的模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，其特征在于：所述进口一（3）和出口一（5）均为四个，均匀分布在筒体（12）的侧壁上且分别与围压室（10）的四个空腔连通，所述排水管口（8）与弹性垫一（9）的内侧腔体连通。
7.根据权利要求1所述的模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，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1所述的模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器，其特征在于：所述弹性垫三（31）的顶端有拆边，通过环盖（33）和螺栓连接到端盖（13）的底端中间，弹性垫三（31）的底端为桶形封闭状结构，弹性垫三（31）的材料为耐热橡胶。
9.根据权利要求2～8任一项所述的模拟三轴不平衡压力多功能岩芯夹持器的试验方法，其特征在于：所述方法步骤为：
组装试验装置：将岩芯放入空腔体（4）中，组装整个实验装置，实现整个试件区的密封，将筒体（12）的侧壁上的各进出口分别通过相应的管道与试验机连接；
设置参数：根据试验所需，设置试验岩芯温度和各个围压室压力大小，选取气体或液体加热加压方式，启动试验机，将气体或液体加热到设定温度；
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，关闭排气排水阀门；
试件加压：步骤三结束后自动对岩芯进行加压，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，整个加热加压过程完毕；
试验过程：根据试验所需，通过进水管口（11）注入试验所需的气体或液体，通过排水管口（8）收集排出的气体或液体，记录并计算所需的试验数据和实验结果；
结束试验：关闭试验机，打开排气排水管道，将各压力室气体或液体排空，等温度下降到安全温度下，打开上端实验装置，取出岩芯，完成本次试验。
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