CN112255112B - 可视化试验系统、岩体加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于岩土工程试验领域，具体涉及一种可视化试验系统、岩体加热方法，旨在解决模拟试验中不能实现岩体试件的均匀加热以及岩体试件高围压状态下裂缝扩展过程可视化检测；其中系统包括试验舱系统、加热系统、压控系统以及用于扫描检测磁流体在试件裂缝中渗流运移的高能加速器CT探测系统；试验舱系统包括压力室、油浸设置其内的试件封装装置；加热系统包括磁流体加热装置、电阻丝加热装置和温度检测装置，磁流体加热装置包括用于供应注入试件封装装置内部磁流体的磁流体加载泵、用于提供磁流体发热所用交变磁场的交变磁场控制装置；电阻丝加热装置用于对液压油加热；通过本发明实现了岩体破裂过程中裂缝连通性变化的可视化模拟检测。

Description

可视化试验系统、岩体加热方法
技术领域
本发明属于岩土工程试验领域，具体涉及一种可视化试验系统、岩体加热方法。
背景技术
在页岩油气开采过程中，必须对储层进行地质体改造，便于开采油气资源，改造过程中希望更多的孔隙和裂缝相互连通，就可以建立更多油气运移通道，便于提高油气资源开采效率，但是，现有的模拟试验针对此类的研究在模拟岩体所在高温条件时，通常采用以下几种加热方法：1)将压力室置于温控设施内模式，通过温控设备使仪器置于一个高温环境，实现试验要求的温度；尽管该类装置省去了仪器的研制过程，但建立温控实验室费用较高，试验环境较差，对仪器各元件耐高温要求高；2)压力室内加热模式，采用加热线圈、加热管、加热棒、加热板对流体加热，该加热方式直接对流体加热，可以较好达到试验温度要求，但在高围压下不易对压力室的液体均匀加热，进而使岩土样品内部会受热不均匀，试验效果不理想，获得的模拟试验数据不可靠；3)压力室外加热模式，在压力室外缠绕线圈，通过加热线圈对压力室内的流体加热，由于需要通过外罩传热使压力室内液体的温度升高，会使得试样要达到试验温度要求的时间较长。由于在不同温度作用下岩土体的工程性质会发生变化，加热可致试样内孔隙水粘滞性减小，渗透系数增大，并可诱致孔隙水和土颗粒的热膨胀而使土样有体积增大的趋势，在试验过程中需要考虑温度的影响，且现有温控试验装置的三种加热方式均有不足之处。
在地下深层油气开采过程中，为了增加开采效率，必须对地下深部储层进行改造，使储层岩石破裂，增加储层裂缝的连通性，提高储层内油气的运移效率，达到增产的目的。由于地下数千米储层改造效果不可见，室内岩石高温高压模拟试验是唯一研究手段，但是，现有技术中还未有一种能够实现岩体内、外联合均匀加热的且能够实时获得岩体内部裂缝、孔隙扩展发育状态的装置。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决模拟试验中不能实现岩体试件的均匀加热以及岩体试件高围压状态下裂缝扩展过程可视化检测，本发明提供了一种可视化试验系统、岩体加热方法。
本发明的第一方面提供了一种可视化试验系统，该系统包括高能加速器CT探测系统，还包括试验舱系统、加热系统和压控系统，所述高能加速器CT探测系统用于扫描检测试件中磁流体在裂缝中的渗流运移；
所述试验舱系统包括压力室和试件封装装置，所述试件封装装置浸入设置于所述压力室内部的液压油中；
所述加热系统包括磁流体加热装置、电阻丝加热装置和温度检测装置，所述温度检测装置用于检测所述压力室内不同位置的温度；所述磁流体加热装置包括磁流体加载泵、交变磁场控制装置，所述磁流体加载泵用于供应注入所述试件封装装置内部的磁流体，所述交变磁场控制装置用于提供磁流体发热所用的交变磁场；所述电阻丝加热装置用于对所述压力室内部的液压油加热，以实现对所述试件封装装置内部的试件加热；
所述压控系统包括轴压控制装置和围压控制装置，用于分别提供所述试件封装装置内部试件的轴向压力及周侧压力。
在一些优选实施例中，所述试件封装装置包括上垫块、第一渗透垫块、第二渗透垫块、下垫块和热缩管；所述第一渗透垫块、所述上垫块依次设置于试件的上方，所述第二渗透垫块、所述下垫块依次设置于试件的下方；所述热缩管设置于所述第一渗透垫块、试件、所述第二渗透垫块的外侧，且所述热缩管的长度大于所述第一渗透垫块与所述第二渗透垫块之间的距离。
在一些优选实施例中，所述试件封装装置的上方依次设置有调平球铰、压力传感器，所述调平球铰用于调节试件上下两个端面的不平整度；所述压力传感器用于检测试件在所述轴压控制装置的加载作用下受到的轴向力。
在一些优选实施例中，所述电阻丝加热装置设置于所述试件封装装置的下方；
所述电阻丝加热装置包括电阻丝加热控制器和电阻丝加热垫块；所述电阻丝加热垫块包括加热上垫块、热电阻丝和加热下垫块，所述加热上垫块的面积大于所述下垫块的面积；所述热电阻丝设置于所述加热上垫块与所述加热下垫块之间，并通过电线与所述电阻丝加热控制器连接。
在一些优选实施例中，所述上垫块的侧部设置有磁流体注入孔，所述上垫块的内部设置有连通所述磁流体注入孔、所述第一渗透垫块的第一磁流体通道；
所述下垫块的侧部设置有磁流体排出孔，所述下垫块的内部设置有连通所述磁流体排出孔、所述第二渗透垫块的第二磁流体通道；
所述上垫块通过磁流体注入管路与所述磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体注入；所述下垫块通过磁流体排出管路与所述磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体排出。
在一些优选实施例中，所述压力室包括压力室端盖、压力室筒体、压力室底座，所述压力室端盖、所述压力室底座分别密封设置于所述压力室筒体的上端开口、下端开口；所述压力室端盖、所述压力室筒体、所述压力室底座以及所述压力室筒体内部设置的液压油构成所述围压控制装置；
所述轴压控制装置设置于所述压力室底座的下方，且所述轴压控制装置的轴线与所述试件封装装置的轴线重合设置。
在一些优选实施例中，所述轴压控制装置包括加载油缸，所述加载油缸包括加载油缸端盖、加载油缸缸体、加载油缸活塞和加载油缸底座，所述加载油缸端盖固设于所述压力室底座下方，所述加载油缸活塞设置于所述加载油缸缸体内部，并且所述加载油缸活塞贯穿所述压力室底座设置。
在一些优选实施例中，所述交变磁场控制装置包括交变磁场控制器和交变磁场发生装置，所述交变磁场控制器与所述交变磁场发生装置通信连接，用于控制所述交变磁场发生装置内的磁场强度和频率；
所述交变磁场发生装置包括磁芯、支座以及缠绕设置于所述磁芯周侧的线圈，所述支座固定设置于所述压力室底座的顶部；所述磁芯为多个，多个所述磁芯阵列设置于所述试件封装装置的周侧；所述磁芯通过连接板固定设置于所述支座上部。
在一些优选实施例中，该系统还包括底座和旋转承载装置，所述试验舱系统、所述高能加速器CT探测系统均设置于所述底座上部；
所述高能加速器CT探测系统包括射线源装置和探测器装置，所述射线源装置、所述探测器装置分别设置于所述试验舱系统的两侧；所述射线源装置包括射线源和射线源立柱，所述探测器装置包括探测器和探测器立柱，所述射线源、所述探测器分别通过所述射线源立柱、所述探测器立柱设置于所述底座；所述射线源、所述探测器的高度大于所述试验舱系统的高度；
所述旋转承载装置设置于所述试验舱系统的下方，用于带动所述试验舱系统旋转；所述旋转承载装置包括转台和拖链，所述拖链的一端固设于所述转台；所述转台周侧设置有拖链缠绕部；在转台动力装置驱动下，所述拖链可沿着所述拖链缠绕部环绕。
本发明的第二方面提供了一种岩体加热方法，包括以下步骤：
步骤S100，通过试件封装装置，进行试件样品的封装；
步骤S200，通过磁流体注入管路、上垫块、第一渗透垫块连通试件样品与磁流体加载泵以形成磁流体注入通道，通过磁流体排出管路、下垫块、第二渗透垫块连通试件样品与磁流体加载泵以形成磁流体排出通道；
启动高能加速器CT探测系统，获取第一状态试件样品；
步骤S300，注入液压油至压力室内，直至液压油密封封装的试件样品，形成围压油以模拟地围压；
通过试件样品轴向设置的轴压控制装置，施加压力至设定轴压值，以模拟地应力；
基于高能加速器CT探测系统的扫描检测，获取第二状态试件样品；
步骤S400，通过磁流体注入管路进行第二状态试件样品的磁流体注入，基于高能加速器CT探测系统检测的磁流体在试件样品内部的渗流状态或者基于设定注入时间，获取第三状态试件样品；
步骤S500，通过外侧设置的交变磁场发生装置，进行磁流体的发热以进行对第三状态试件样品的内部加热；
通过试件样品下侧设置的电阻丝加热装置对围压油加热，以进行对第三状态试件样品的外部加热；
基于温度检测装置检测的压力室内不同位置的温度，直至达到设定目标温度，实现对试件样品的均匀加热。
本发明的有益效果为：
1)通过本发明中的可视化试验系统，通过加热系统中设置于岩土样品内部、外部的加热装置进行加热，实现岩土样品的均匀加热；通过高能加速器CT探测系统进行岩土内部不同压力、温度作用下裂缝的扩展发育状态，本发明通过在孔隙、裂缝中渗流的磁流体，同时由于磁流体的密度远大于岩土样品，可获得更可靠的试件样品内部的裂缝的三维变化状态。
2)通过本发明中的岩体加热方法，利用磁流体在交变磁场内的发热现象，将磁流体注入到岩土样品内部，再将岩土样品放置于交变磁场之中，达到从内部为岩土样品加热的目的，同时结合外部设置的电阻丝加热装置对设置于样品周围的液压油加热，首次提出内外结合的方式，实现对岩土的高温加压试验，实现岩土整体的均匀受热，以获得更可靠的试验模拟参数。
3)在本发明中，磁流体到达的裂缝就是相互连通的裂缝和孔隙，磁流体未到达的裂缝就是不连通的裂缝，岩石破裂过程中在岩石周围施加交变磁场，可以提高磁流体的温度，这样既提高了磁流体的流动性和渗透性，也可以达到从内部为岩石加热的效果，同时可以获得岩石样品在不同设定参数下裂缝的扩展发育过程；通过本发明的模拟试验，在页岩油气开采过程中，可基于试验获得的可靠参数数据对储层进行地质体改造，以获得岩石内部较多的孔隙、裂缝连通，建立更多的油气运移通道，便于油气资源开采效率的提高。
4)本发明中的可视化试验系统设计合理，加热功率调整方便，加热响应时间短，加热功率大，可视化程度高，获得的试验参数可靠。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明中的可视化试验系统的一种具体实施例的立体结构示意图；
图2是图1中的试验舱系统的剖视结构示意图；
图3是图1中的试件封装装置的爆炸示意图；
图4是图3中的下垫块的透视示意图；
图5是图1中的试验舱系统的部分结构示意图；
图6是图1中的加载油缸的剖视结构示意图；
图7是图1中的电阻丝加热垫块的爆炸示意图；
图8是图1中的高能加速器CT探测系统的立体结构示意图。
附图标记说明：
100、试验舱系统；110、压力室，111、压力室端盖，112、压力室筒体，113、压力室筒底座；120、试件封装装置，121、热缩管；130、上垫块，131、第一磁流体通道，132、第一热电偶；140、第一渗透垫块；150、下垫块，151、第二磁流体通道，152、第二热电偶，153、透水槽；160、第二渗透垫块；170、试件；
210、交变磁场控制器；220、交变磁场发生装置，221、磁芯，222、铁圈，223、连接板，224、支座；
300、磁流体加载泵；
410、电阻丝加热控制器；420、电阻丝加热垫块，421、加热上垫块，422、热电阻丝，423、加热下垫块；430、温度检测装置；
500、压控系统；510、轴压装置，511、加载油缸，5111、加载油缸活塞，5112、加载油缸端盖，5113、加载油缸缸体，5114、加载油缸底座；520、围压装置；530、顶部压力传感器；540、调平球铰；
600、高能加速器CT探测系统；610、射线源，611、射线源立柱；620、探测器，621、探测器立柱；630、底座；640、拖链；650、转台。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。
参照附图1，图示是本发明中的可视化试验系统的一种具体实施例的立体结构示意图，该系统包括试验舱系统100、加热系统、压控系统500和高能加速器CT探测系统600，其中，高能加速器CT探测系统600设置于试验舱系统100的侧边，通过检测的不同压力、不同温度作用下磁流体在试件内部的渗流运移扩散路径，以获得岩体或岩土试件内部裂缝与孔隙的扩展发育以及连通情况，进而获得岩体或岩土内部的不同条件下孔隙与裂缝连通情况，为页岩油气开采过程中的储层地质体改造提供可靠试验数据，以实现更多孔隙、裂缝的连通，建立更多油气运移通道，提高油气开采效率；试验舱系统100包括压力室和试件封装装置，试件封装装置浸入设置于压力室内部的液压油中；加热系统包括磁流体加热装置、电阻丝加热装置和温度检测装置，温度检测装置用于检测压力室内不同位置的温度；磁流体加热装置包括磁流体加载泵、交变磁场控制装置，磁流体加载泵用于供应及回收注入试件封装装置内部的磁流体，交变磁场控制装置用于提供磁流体发热所用的交变磁场，利用磁流体在交变磁场内的发热现象，达到从内部为岩体或岩土样品加热的目的；电阻丝加热装置用于对压力室内部的液压油加热，以实现对试件封装装置内部的试件加热，即从试件外部进行加热；压控系统500包括轴压控制装置和围压控制装置，用于分别提供试件封装装置内部试件的轴向压力及周侧压力，以模拟地应力；其中，轴压控制装置和围压控制装置均包括设置在外侧的对应控制装置以及设置于实验舱系统内部的试件作用装置。
进一步地，试验舱系统100与高能加速器CT探测系统600设置于同一底座，以保证试验装置中试件的水平标准，最大限度地限度减少外界因素对模拟试验的影响。
进一步地，实验舱系统内部的装置与外侧设置的对应控制器通过对应的线缆连接，线缆设置于实验舱系统的下方周侧，不影响实验舱系统的旋转调节以及高能加速器CT探测系统的三维可视化检测。
参照附图2，图示是图1中的试验舱系统的剖视结构示意图，其中，压力室110包括压力室端盖111、压力室筒体112、压力室底座113，压力室端盖、压力室底座分别密封设置于压力室筒体的上端开口、下端开口，压力室端盖、压力室筒体以及压力室底座形成试件的密封结构；压力室端盖、压力室筒体、压力室底座以及压力室筒体内部设置的液压油(未示出)构成围压控制装置，以模拟地应力的围压，同时为轴压加载提供反力支撑；通过设置的液压油，与电阻丝加热装置配合使用，以进行岩土或岩体试件外侧的温度控制，在实验过程中，液压油与试件互不接触，密封隔绝；轴压控制装置设置于压力室底座113的下方，用于提供试件的轴向压力，以进行设定温度、压力条件下的单轴加压试验模拟。
优选地，试件170设置于试件封装装置120的内部，试件的轴线与实验舱系统的轴线重合设置。
进一步地，试件封装装置120用于密封设置岩土或岩体试件，其上方依次设置有调平球铰540、顶部压力传感器530，调平球铰用于调节试件上下两个端面的不平整度，压力传感器用于检测试件在轴压控制装置的加载作用下受到的轴向力；试件封装装置120的下方依次设置有电阻丝加热垫块、压力室底座；压力室的外侧下方依次设置有加载油缸511以及转台。
优选地，试件封装装置竖直设置。
优选地，轴压控制装置的轴线与试件封装装置的轴线一致设置。
进一步地，温度检测装置430包括多个温度传感器，多个温度传感器分别设置于试件封装装置的上部、底部、压力室底座上，用于检测压力室内不同位置的温度，根据检测的温度以进行对应的磁流体加热装置、电阻丝加热装置的加热控制，达到模拟试验所需温度。
参照附图2的同时参照附图3，图3是图1中的试件封装装置的爆炸示意图，为了便于描述，图中热缩管只示出一半；试件封装装置包括上垫块130、第一渗透垫块140、第二渗透垫块160、下垫块150和热缩管121；第一渗透垫块140、上垫块130依次设置于试件170的上方，第二渗透垫块160、下垫块150依次设置于试件的下方；热缩管121设置于第一渗透垫块、试件、第二渗透垫块的外侧，且热缩管的长度大于第一渗透垫块与第二渗透垫块之间的距离，以实现试件的密封，热缩管与上垫块、下垫块连接的上下区域分别与上垫块、下垫块的外侧密封贴合。
进一步地，上垫块130的侧部设置有磁流体注入孔，其内部设置有连通磁流体注入孔的第一磁流体通道131，其上部设置有容纳第一热电偶132的第一凹槽，第一磁流体通道用于连通磁流体注入孔与上垫块的底部，以实现注入的磁流体经过上垫块、第一渗透垫块到试件样品中的渗流；下垫块150的侧部设置有磁流体排出孔，其内部设置有第二磁流体通道151、其下部设置有容纳第二热电偶152的第二凹槽，第二磁流体通道用于连通磁流体排出孔与下垫块的顶部，以实现排出的磁流体经过试件样品、第二渗透垫块160、下垫块150、磁流体排出管路的流出；上垫块通过磁流体注入管路与磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体注入；下垫块通过磁流体排出管路与磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体排出。
进一步地，容纳第一热电偶的第一凹槽靠近上垫块内部设置的第一磁流体通道，容纳第二热电偶的第二凹槽靠近下垫块内部设置的第二磁流体通道，进一步提高对应热电偶检测的温度精准度。
进一步地，第一渗透垫块140、第二渗透垫块160均贯穿设置有多个通孔，以进行磁流体的注入和流出；第一渗透垫块、第二渗透垫块分别设置于上、下垫块与试件之间，用于增加试件端面的受力面积。
进一步地参照附图4，图4是图3中下垫块的透视示意图；下垫块的顶部设置有透水槽153，该透水槽包括环向连通结构和轴向连通结构，轴向连通结构贯穿多个环向连通结构设置，多个环向连通结构同心等间隔设置，便于磁流体的渗透；设置于下垫块之中的第二磁流体通道151与设置第二热电偶的凹槽互补干涉设置；下垫块的底部设置有容纳第二热电偶的凹槽，便于该系统测量试件样品下方的温度。
进一步地，第一热电偶和第二热电偶的设置位置还可以为对应的第一磁流体通道、第二磁流体通道中，可以获得精度更高的试件样品内部的由于磁流体发热产生的温度，提高试验温度的精准控制。
进一步地，上垫块中的透水槽设置于底部，结构与下垫块中设置的透水槽结构相同。
参照附图5，图示是图1中的试验舱系统的部分结构示意图；试件封装装置120的外侧设置有交变磁场发生装置，该交变磁场发生装置与外部设置的交变磁场控制器信号连接，可在交变磁场控制器的控制下调节其内产生的磁场强度和频率，以实现试件中注入的磁流体的发热。
进一步地，交变磁场发生装置包括磁芯221、缠绕设置于磁芯周侧的线圈222以及支座224，支座固定设置于压力室底座顶部；磁芯为多个，多个磁芯阵列设置于试件封装装置的周侧；磁芯通过连接板223固定设置于支座上部；在本实施例中，设置于岩体或岩土试件周侧的磁芯和线圈为八组，八组阵列设置；交变磁场控制器输出交流电源给线圈222，对线圈内的铁氧体进行激励，从而会在试件位置产生可控交变磁场。
优选地，试件封装装置设置于交变磁场发生装置的中心。
优选地，试件封装装置的上部依次设置的调平球铰540、顶部压力传感器530的中心轴线与试件封装装置的轴线重合设置。
优选地，试件封装装置的下方设置的电阻丝加热垫块420的轴线与试件封装装置的轴线重合设置。
进一步地，支座224与电阻丝加热垫块420均固定设置于压力室底座顶部。
进一步地，支座包括支撑圈、以及多个支腿，多个支腿相对于交变磁场发生装置的轴线阵列设置，支撑圈设置于多个支腿上部以进行磁芯的装设；通过多个支腿的设置，在满足承载的同时，使交变磁场发生装置实现轻量化设置，降低成本。
参照附图6，图示是图1中的加载油缸的剖视结构示意图，加载油缸用于进行轴压控制装置的轴向压力控制；加载油缸包括加载油缸端盖5112、加载油缸缸体5113、加载油缸活塞5111和加载油缸底座5114，加载油缸端盖固设于压力室底座下方，加载油缸活塞设置于加载油缸缸体内部，并且加载油缸活塞贯穿加载油缸端盖5112、压力室底座设置。
参照附图7，图示是图1中的电阻丝加热垫块的爆炸示意图；电阻丝加热装置设置于试件封装装置的下方；电阻丝加热装置包括电阻丝加热控制器和电阻丝加热垫块；电阻丝加热垫块包括加热上垫块421、热电阻丝422和加热下垫块423，加热上垫块的面积大于下垫块的面积；热电阻丝设置于加热上垫块与加热下垫块之间，并通过电线与电阻丝加热控制器连接，热电阻丝发热，传到给加热上、下垫块，热量再传到给液压油，以实现对浸入其中的试件的加热。电阻丝加热垫块用于为压力室内的液压油加热，与磁流体共同为试件加热，提高加热效率。
进一步地，加热上垫块的底部设置有与热电阻丝形状相适配的凹槽，加热下垫块的顶部设置有与热电阻丝形状相适配的凹槽，以进行热电阻丝的安装；此外，加热下垫块的上部中间设置有凸起，加热上垫块的下部中间设置有与该凸起对应的凹槽，以实现该加热上垫块与加热下垫块的卡合设置。
参照附图8，图示是图1中的高能加速器CT探测系统的立体结构示意图，该系统还包括底座630，试验舱系统、高能加速器CT探测系统均设置于底座上部；高能加速器CT探测系统包括射线源装置和探测器装置，射线源装置、探测器装置分别设置于试验舱系统的两侧；射线源装置包括射线源610和射线源立柱611，探测器装置包括探测器620和探测器立柱621，射线源、探测器分别通过射线源立柱、探测器立柱设置于底座；射线源发出X射线，穿过岩土或岩体试件后，被探测器接收，探测器根据接收到的信号，获得其内部裂缝、孔隙在对应的温度、压力调节下扩展、发展状态。
需要说明的是，由于岩土样品内的磁流体密度远大于岩土样品，因此CT可以识别岩土内部的磁流体位置，磁流体所到位置，是岩土样品内孔隙和裂缝连通的位置区域，因此这种试验方法，不仅可以探测岩土样品内的孔隙和裂缝，还可以探测岩土样品内部孔隙和裂缝的连通情况(磁流体能到达的孔隙和裂缝是连通的，不能到达的孔隙和裂缝是不连通的)。
优选地，射线源、探测器的高度大于试验舱系统的高度。
进一步地，该系统还包括旋转承载装置，旋转承载装置设置于试验舱系统的下方，用于带动试验舱系统旋转；旋转承载装置包括转台650和拖链640，拖链的一端固设于转台，拖链用于拖拽压力室(旋转试验机)的线路和管路；转台周侧设置有拖链缠绕部；在转台动力装置驱动下，拖链可沿着拖链缠绕部环绕。
该系统还包括总控装置，该总控装置与交变磁场控制器、电阻丝加热控制器、温度检测装置、轴向加载装置信号连接，以进行对应数据的存储，以备后期进行岩土或岩体的热物性参数核算。
一种利用磁流体模拟岩体裂缝渗流的可视化试验方法，利用磁流体在交变磁场内的发热以及电阻丝加载垫块实现对试件封装装置的加热，通过内外设置的装置进一步提高岩土或岩体试件均匀加热效果，提高试验结果可靠性。
一种岩体加热方法，包括以下步骤：
步骤S100，通过依次设置于试件样品上侧的第一渗透垫块和上垫块、依次设置于试件样品下侧的第二渗透垫块和下垫块，以及设置于第一渗透垫块、试件样品、第二渗透垫块外侧的热缩管形成的试件封装装置，进行试件样品的封装，然后将其放到压力室内；
步骤S200，通过磁流体注入管路、上垫块、第一渗透垫块连通试件样品与磁流体加载泵以形成磁流体注入通道，通过磁流体排出管路、下垫块、第二渗透垫块连通试件样品与磁流体加载泵以形成磁流体排出通道；启动高能加速器CT探测系统，获取第一状态试件样品，即初始状态的试件样品中的裂缝扩展发育的初始状态；
步骤S300，注入液压油至压力室内，直至液压油密封封装的试件样品，形成围压油以模拟地围压；通过试件样品轴向设置的轴压控制装置，施加压力至设定轴压值，以模拟地应力；基于高能加速器CT探测系统的扫描检测，获取第二状态试件样品，即在围压、轴压作用条件下的试件样品中的裂缝的扩展发育状态，进一步地为裂缝与孔隙的连通状态；
步骤S400，通过磁流体注入管路进行试件样品的磁流体注入，基于高能加速器CT探测系统检测的磁流体在试件样品内部的渗流状态或者基于设定注入时间，获取第三状态试件样品；其中，设定注入时间可为30分钟；基于高能加速器CT探测系统检测的磁流体在试件样品内部的渗流状态可为磁流体均匀渗透至试件样品中的裂缝；或者当磁流体从下垫块中流出时，停止磁流体的注入；
步骤S500，基于第三状态试件样品，通过外侧设置的交变磁场发生装置，进行磁流体的发热以进行对第三状态试件样品的内部加热；通过试件样品下侧设置的电阻丝加热装置对围压油加热，以进行对第三状态试件样品的外部加热；基于温度检测装置检测的压力室内不同位置的温度，直至达到设定目标温度，实现对试件样品的均匀加热。其中，通过交变磁场对试件样品从内部加热、通过电阻丝对液压油从试件样品从外部加热无硬性顺序要求，可根据实际需要灵活设置。
进一步地，本发明还包括上位机，上位机可设置各项参数，包括当前时间、采样间隔、仪器数据组组号、高温高压报警值、加热功率值、磁流体加载泵的注入流量以及压控系统的加载压力；上位机可记录压力室内不同的温度变化、压力加载值以及高能加速器CT探测系统实时检测的岩体样品内部的磁流体渗流运移情况，获得对应参数下岩体样品内部的裂缝的扩展发育过程，以及裂缝与孔隙的连通变化情况，即记录每组数据，存入仪器内部，在移动网络良好时可实时存入移动云端平台；采集数据完成后通过由上位机(台式机)完成后续的分析工作，以获得最优的地质体改造方法，得到裂缝与孔隙连通最多的方案，建立最优的油气运移通道，为实际页岩油气开采提供可靠参数。
在本发明中，目前采用高能加速器CT探测系统观测岩石高温高压条件下破裂全过程已经能够实现，尽管此方法能够获得岩石内部裂缝的分布，但是不能准确识别岩石内部裂缝的相互连通性；将磁流体注入到岩石样品中，在岩石样品高温三轴压缩变形破坏的过程中，磁流体会进入到相互连通的裂缝中，由于磁流体的密度远大于岩石，因此高能加速器CT探测系统就可以识别出磁流体在岩石中的分布。磁流体到达的裂缝就是相互连通的裂缝，磁流体未到达的裂缝就是不连通的裂缝。岩石破裂过程中在岩石周围施加交变磁场，可以提高磁流体的温度，这样既提高了磁流体的流动性和渗透性，也可以达到从内部为岩石加热的效果。
一种可视化试验方法，包括以下步骤：步骤S100，通过依次设置于试件样品上侧的第一渗透垫块和上垫块、依次设置于试件样品下侧的第二渗透垫块和下垫块，以及设置于第一渗透垫块、试件样品、第二渗透垫块外侧的热缩管形成的试件封装装置，进行试件样品的封装，然后将其放到压力室内；
步骤S200，通过磁流体注入管路、上垫块、第一渗透垫块连通试件样品与磁流体加载泵以形成磁流体注入通道，通过磁流体排出管路、下垫块、第二渗透垫块连通试件样品与磁流体加载泵以形成磁流体排出通道；启动高能加速器CT探测系统，获取第一状态试件样品，即初始状态的试件样品中的裂缝扩展发育的初始状态；
步骤S300，注入液压油至压力室内，直至液压油密封封装的试件样品，形成围压油以模拟地围压；通过试件样品轴向设置的轴压控制装置，施加压力至设定轴压值，以模拟地应力；基于高能加速器CT探测系统的扫描检测，获取第二状态试件样品，即在围压、轴压作用条件下的试件样品中的裂缝的扩展发育状态，进一步地为裂缝与孔隙的连通状态；
步骤S400，通过磁流体注入管路进行试件样品的磁流体注入，基于高能加速器CT探测系统检测的磁流体在试件样品内部的渗流状态或者基于设定注入时间，获取第三状态试件样品；其中，设定注入时间可为30分钟；基于高能加速器CT探测系统检测的磁流体在试件样品内部的渗流状态可为磁流体均匀渗透至试件样品中的裂缝；或者当磁流体从下垫块中流出时，停止磁流体的注入；
步骤S500，基于第三状态试件样品，通过外侧设置的交变磁场发生装置，进行磁流体的发热以进行对第三状态试件样品的内部加热；通过试件样品下侧设置的电阻丝加热装置对围压油加热，以进行对第三状态试件样品的外部加热；基于温度检测装置检测的压力室内不同位置的温度，直至达到设定目标温度，实现对试件样品的均匀加热。其中，通过交变磁场对试件样品从内部加热、通过电阻丝对液压油从试件样品从外部加热无硬性顺序要求，可根据实际需要灵活设置。
步骤S600，达到设定目标温度后，维持温度、围压和磁流体压力不变，通过轴压控制装置按照预设压力梯度增加轴向压力到第一目标值后，基于高能加速器CT探测系统，获取不同压力作用下试件样品中裂缝的扩展发育变化状态；若检测到施加轴向压力后试件样品中的磁流体渗透完后，停止轴压施加，进行磁流体的补充渗透，基于高能加速器CT探测系统检测的磁流体在试件样品内部的渗流状态或者基于设定注入时间，获取第三状态试件样品；其中，设定注入时间可为30分钟；基于高能加速器CT探测系统检测的磁流体在试件样品内部的渗流状态可为磁流体均匀渗透至试件样品中的裂缝；或者当磁流体从下垫块中流出时，停止磁流体的注入。
步骤S700，基于预设压力梯度，循环执行步骤S600，直至试件样品破坏，获取不同设定参数对应的岩体裂缝扩展发育状态，获得可靠的岩石样品内部裂缝连通与不连通区域的扩展发育过程，从而为页岩油气开采过程中储层地质体的改造提供可靠试验参数。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可视化试验系统，该系统包括高能加速器CT探测系统，其特征在于，还包括试验舱系统、加热系统和压控系统，所述高能加速器 CT 探测系统用于扫描检测试件中磁流体在裂缝中的渗流运移；
所述试验舱系统包括压力室和试件封装装置，所述试件封装装置浸入设置于所述压力室内部的液压油中；
所述加热系统包括磁流体加热装置、电阻丝加热装置和温度检测装置，所述温度检测装置用于检测所述压力室内不同位置的温度；所述磁流体加热装置包括磁流体加载泵、交变磁场控制装置，所述磁流体加载泵用于供应注入所述试件封装装置内部的磁流体，所述交变磁场控制装置用于提供磁流体发热所用的交变磁场；所述电阻丝加热装置用于对所述压力室内部的液压油加热，以实现对所述试件封装装置内部的试件加热；
所述压控系统包括轴压控制装置和围压控制装置，用于分别提供所述试件封装装置内部试件的轴向压力及周侧压力。
2.根据权利要求1所述的可视化试验系统，其特征在于，所述试件封装装置包括上垫块、第一渗透垫块、第二渗透垫块、下垫块和热缩管；所述第一渗透垫块、所述上垫块依次设置于试件的上方，所述第二渗透垫块、所述下垫块依次设置于试件的下方；所述热缩管设置于所述第一渗透垫块、试件、所述第二渗透垫块的外侧，且所述热缩管的长度大于所述第一渗透垫块与所述第二渗透垫块之间的距离。
3.根据权利要求2所述的可视化试验系统，其特征在于，所述试件封装装置的上方依次设置有调平球铰、压力传感器，所述调平球铰用于调节试件上下两个端面的不平整度；所述压力传感器用于检测试件在所述轴压控制装置的加载作用下受到的轴向力。
4.根据权利要求3所述的可视化试验系统，其特征在于，所述电阻丝加热装置设置于所述试件封装装置的下方；
所述电阻丝加热装置包括电阻丝加热控制器和电阻丝加热垫块；所述电阻丝加热垫块包括加热上垫块、热电阻丝和加热下垫块，所述加热上垫块的面积大于所述下垫块的面积；所述热电阻丝设置于所述加热上垫块与所述加热下垫块之间，并通过电线与所述电阻丝加热控制器连接。
5.根据权利要求2所述的可视化试验系统，其特征在于，所述上垫块的侧部设置有磁流体注入孔，所述上垫块的内部设置有连通所述磁流体注入孔、所述第一渗透垫块的第一磁流体通道；
所述下垫块的侧部设置有磁流体排出孔，所述下垫块的内部设置有连通所述磁流体排出孔、所述第二渗透垫块的第二磁流体通道；
所述上垫块通过磁流体注入管路与所述磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体注入；所述下垫块通过磁流体排出管路与所述磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体排出。
6.根据权利要求1所述的可视化试验系统，其特征在于，所述压力室包括压力室端盖、压力室筒体、压力室底座，所述压力室端盖、所述压力室底座分别密封设置于所述压力室筒体的上端开口、下端开口；所述压力室端盖、所述压力室筒体、所述压力室底座以及所述压力室筒体内部设置的液压油构成所述围压控制装置；
所述轴压控制装置设置于所述压力室底座的下方，且所述轴压控制装置的轴线与所述试件封装装置的轴线重合设置。
7.根据权利要求6所述的可视化试验系统，其特征在于，所述轴压控制装置包括加载油缸，所述加载油缸包括加载油缸端盖、加载油缸缸体、加载油缸活塞和加载油缸底座，所述加载油缸端盖固设于所述压力室底座下方，所述加载油缸活塞设置于所述加载油缸缸体内部，并且所述加载油缸活塞贯穿所述压力室底座设置。
8.根据权利要求6所述的可视化试验系统，其特征在于，所述交变磁场控制装置包括交变磁场控制器和交变磁场发生装置，所述交变磁场控制器与所述交变磁场发生装置通信连接，用于控制所述交变磁场发生装置内的磁场强度和频率；
所述交变磁场发生装置包括磁芯、支座以及缠绕设置于所述磁芯周侧的线圈，所述支座固定设置于所述压力室底座的顶部；所述磁芯为多个，多个所述磁芯阵列设置于所述试件封装装置的周侧；所述磁芯通过连接板固定设置于所述支座上部。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的可视化试验系统，其特征在于，该系统还包括底座和旋转承载装置，所述试验舱系统、所述高能加速器CT探测系统均设置于所述底座上部；
所述高能加速器CT探测系统包括射线源装置和探测器装置，所述射线源装置、所述探测器装置分别设置于所述试验舱系统的两侧；所述射线源装置包括射线源和射线源立柱，所述探测器装置包括探测器和探测器立柱，所述射线源、所述探测器分别通过所述射线源立柱、所述探测器立柱设置于所述底座；所述射线源、所述探测器的高度大于所述试验舱系统的高度；
所述旋转承载装置设置于所述试验舱系统的下方，用于带动所述试验舱系统旋转；所述旋转承载装置包括转台和拖链，所述拖链的一端固设于所述转台；所述转台周侧设置有拖链缠绕部；在转台动力装置驱动下，所述拖链可沿着所述拖链缠绕部环绕。
10.一种岩体加热方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100，通过试件封装装置，进行试件样品的封装；所述试件封装装置包括上垫块、第一渗透垫块、第二渗透垫块、下垫块和热缩管；所述第一渗透垫块、所述上垫块依次设置于试件的上方，所述第二渗透垫块、所述下垫块依次设置于试件的下方；所述热缩管设置于所述第一渗透垫块、试件、所述第二渗透垫块的外侧，且所述热缩管的长度大于所述第一渗透垫块与所述第二渗透垫块之间的距离；
步骤S200，通过磁流体注入管路、上垫块、第一渗透垫块连通试件样品与磁流体加载泵以形成磁流体注入通道，通过磁流体排出管路、下垫块、第二渗透垫块连通试件样品与磁流体加载泵以形成磁流体排出通道；
启动高能加速器CT探测系统，获取第一状态试件样品；
步骤S300，注入液压油至压力室内，直至液压油密封封装的试件样品，形成围压油以模拟地围压；
通过试件样品轴向设置的轴压控制装置，施加压力至设定轴压值，以模拟地应力；
基于高能加速器CT探测系统的扫描检测，获取第二状态试件样品；
步骤S400，通过磁流体注入管路进行第二状态试件样品的磁流体注入，基于高能加速器CT探测系统检测的磁流体在试件样品内部的渗流状态或者基于设定注入时间，获取第三状态试件样品；
步骤S500，通过外侧设置的交变磁场发生装置，进行磁流体的发热以进行对第三状态试件样品的内部加热；
通过试件样品下侧设置的电阻丝加热装置对围压油加热，以进行对第三状态试件样品的外部加热；
基于温度检测装置检测的压力室内不同位置的温度，直至达到设定目标温度，实现对试件样品的均匀加热。
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