CN114577844A - 模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置，包括上法兰、下法兰、承压筒体作为整个装置的外部支撑设备，装置内部设置有X、Y及Z向组合液压缸。X向组合液压缸与Y向组合液压缸依靠支撑杆和弧形立板固定在装置腔体内。Z向液压缸固定在腔体堵头上。三个组合液压缸加热端内部装有内部加热装置，用于对样品进行加热；该装置具有的优点如下：（1）本装置及方法可以模拟真实地层应力条件，测得的热导率数值更接近真实值。（2）本装置可以不必拆卸实验样品，对样品三个方向的热导率进行测量，有效避免了由于拆卸样品使岩石样品内部骨架及颗粒排布发生变化而导致测量数据不准确。

Description

模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置
技术领域
本发明具体涉及一种模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置。
背景技术
现有的岩石热导率各向异性实验中，通常是对比水平与垂直两个方向的热导率，但地层岩石热导率各向异性不仅仅是水平方向与垂直方向的差异。地层岩石水平不同方向的热导率也各不相同，岩石内部的热传导主要靠颗粒之间的接触面进行，岩石内部矿物的定向排列以及定向排列的微裂缝是影响岩石热导率各向异性的重要因素，平行层面不同的方向热导率也是不一样的。而应力会使岩石内部的颗粒排列发生改变，如何模拟真实地层应力，且在保证岩石内部颗粒排列不改变的条件下测试岩石样品不同方向的热导率是需要解决的问题。
目前测试岩石热导率各向异性的实验仪器不能模拟真实地层应力条件，且在实验过程中对岩石样品进行拆卸重新测试其他方向热导率时会破坏岩石样品内部的颗粒排列，从而会影响岩石样品其他方向热导率的实验结果。本发明可以模拟真实地层应力，在对岩石样品施加应力后不需要对样品进行拆卸就能够测试岩石样品水平两个方向与垂直方向的热导率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置，该模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置可以很好地解决上述问题。
为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置，该模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置包括外部支撑设备及装置内部结构；外部支撑设备包括上法兰、下法兰及承压筒体；装置内部结构包括X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸； X向组合液压缸与Y向组合液压缸依靠支撑杆和弧形立板固定在装置腔体内，所述Z向液压缸固定在腔体堵头上； X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸的加热端内部装有内部加热装置，用于对样品进行加热； X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸的热接收端面内部装有热接收装置，用于接收通过样品的热流；每一个所述X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸端面都装有匀热块，所述匀热块均与参比物接触，共有六个参比物将样品包围在框架式真空绝热套中心位置；装置框架式真空绝热套中间用来放置用于实验测试的样品，所述X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸对样品施加应力，匀热块、参比物和样品均被框架式真空绝热套包裹，框架式真空绝热套采用热绝缘材料且内部设置有真空夹层用于防止热量的流失；参比物与样品的每一个端面会设置有热电偶，热电偶用于测量参比物与样品每一个端面的温度；环压泵会从外部对装置内部腔体施加环压，使框架式真空绝热套进一步密封，每一个所述X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸表面都会包裹真空绝热材料。
该模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置具有的优点如下：
（1）本装置及方法可以模拟真实地层应力条件，测得的热导率数值更接近真实值。
（2）本装置可以不必拆卸实验样品，对样品三个方向的热导率进行测量，有效避免了由于拆卸样品使岩石样品内部骨架及颗粒排布发生变化而导致测量数据不准确。
（3）本发明可以实现模拟真实地层应力条件，对岩石样品三向热导率进行测量，得到的热导率各向异性更加准确。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置的侧视结构示意图。
图2示意性地示出了根据本申请一个实施例的模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置的俯视结构示意图。
图3示意性地示出了根据本申请一个实施例的模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置的框架式真空绝热套的结构示意图。
其中：1：上法兰；2：腔体堵头；3：Z向组合液压缸；4：环压泵；5：承压筒体；6：内部加热装置；7：X向组合液压缸；8：支撑杆；9：下法兰；10：参比物；11：匀热块；12：热接收装置；13：框架式真空绝热套；14：弧形立板；15：支撑底板；16：Y向组合液压缸；17：样品；18：热电偶；19：真空绝热套；20：真空夹层。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。
为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
根据本申请的一个实施例，提供一种模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置，如图1-3所示，包括上法兰1、下法兰9、承压筒体5作为整个装置的外部支撑设备，装置内部设置有X向组合液压缸7、Y向组合液压缸16、Z向组合液压缸3。X向组合液压缸与Y向组合液压缸依靠支撑杆8和弧形立板1固定在装置腔体内。Z向液压缸3固定在腔体堵头2上。三个组合液压缸加热端内部装有内部加热装置6，用于对样品17进行加热；三个组合液压缸热接收端面内部装有热接收装置12，用于接收通过样品17的热流。每一个组合液压缸端面都装有匀热块11，匀热块11均与参比物10接触，总共有六个参比物10将样品17包围在框架式真空绝热套13中心位置。装置框架式真空绝热套13中间用来放置用于实验测试的样品17，三个方向的组合液压缸会在实验进行时对样品17施加应力，匀热块11、参比物10和样品17均被框架式真空绝热套13包裹，框架式真空绝热套13采用热绝缘材料且内部设置有真空夹层20用于防止热量的流失。参比物10与样品17的每一个端面会设置有热电偶18，热电偶18用于测量参比物10与样品17每一个端面的温度。环压泵4会从外部对装置内部腔体施加环压，使框架式真空绝热套13进一步密封，以防止热量流失。每一个组合液压缸表面都会包裹真空绝热材料19，在实验中防止热量通过组合液压缸流失。
根据本申请的一个实施例，该模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置中三向组合液压缸所能施加的三向应力不低于50MPa；参比物10可以根据需求调换，但是参比物10必须是均质的且热导率是已知的，且要远大于样品17的热导率。样品17尺寸为65mm×65mm×65mm或100mm×100mm×100mm的正方体样品。
根据本申请的一个实施例，该模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置的使用时包括如下步骤：
第一步：实验前准备。准备好所需尺寸的样品17，将上法兰1打开，确保腔体内干燥。将样品17放入框架式真空绝热套13中心位置，确认参比物10、匀热块11位置都已组装好，将Z向组合液压缸3的加热端放置到样品17上部，关闭上法兰1。
第二步：施加应力。利用控制设备，使三向组合液压缸对实验样品施加应力。三向应力的大小可以根据实验需求自行调整。打开环压泵4，利用环压将框架式真空绝热套13密封。当三向应力稳定后，可开始下一步操作。
第三步：加热测温。当三向应力稳定后，先打开X向组合液压缸7加热端的内部加热装置6和X向组合液压缸7受热端的热接收装置12，加热温度根据实验要求可以自行调节。加热温度稳定后，通过专业设备收集X向每一个热电偶18所测得的温度数值（TX1，TX2，TX3，TX4）。停止加温，待到样品降到常温后，打开Y向组合液压缸16加热端的内部加热装置6和Y向组合液压缸16受热端的热接收装置12。加热温度稳定后，通过专业设备收集Y向每一个热电偶18所测得的温度数值（TY1，TY2，TY3，TY4）。停止加温，待到样品降到常温后，打开Z向组合液压缸3加热端的内部加热装置6和Z向组合液压缸3受热端的热接收装置12。加热温度稳定后，通过专业设备收集Z向每一个热电偶18所测得的温度数值（TZ1，TZ2，TZ3，TZ4）。
因为各向参比物10尺寸恒定且都是均质的且热导率也是已知的，通过热电偶18测得单个方向两个参比物的两端温度，可以分别计算出通过样品单个方向两个参比物10的热量。通过单个方向样品两端热量的差值和样品17两端的温度值，就可通过计算得出样品17这个方向的热导率Ki，i=X,Y,Z。
根据本申请的一个实施例，该模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置能够模拟地层应力条件，三个方向对样品施加的应力可以自行调节，应力范围在0~50MPa之间。同时实验测试中无需对样品进行拆卸，即可对样品三个方向的热导率分别进行测试。
根据本申请的一个实施例，该模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置的三个方向的组合液压缸分别设置有加热端和热接收端。同时框架式真空绝热套可以防止实验过程中所施加的热量流失。且每一个组合液压缸都会被真空绝热材料包裹防止实验过程中所施加的热量流失。样品匀热块安装在组合液压缸端面，参比物可根据实验需求自行调换。
以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (4)

1.一种模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置，其特征在于：包括外部支撑设备及装置内部结构；
所述外部支撑设备包括上法兰、下法兰及承压筒体；
所述装置内部结构包括X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸；
所述X向组合液压缸与Y向组合液压缸依靠支撑杆和弧形立板固定在装置腔体内，所述Z向液压缸固定在腔体堵头上；
所述X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸的加热端内部装有内部加热装置，用于对样品进行加热；
所述X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸的热接收端面内部装有热接收装置，用于接收通过样品的热流；
每一个所述X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸端面都装有匀热块，所述匀热块均与参比物接触，共有六个参比物将样品包围在框架式真空绝热套中心位置；
装置框架式真空绝热套中间用来放置用于实验测试的样品，所述X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸对样品施加应力，匀热块、参比物和样品均被框架式真空绝热套包裹，框架式真空绝热套采用热绝缘材料且内部设置有真空夹层用于防止热量的流失；
参比物与样品的每一个端面会设置有热电偶，热电偶用于测量参比物与样品每一个端面的温度；
环压泵会从外部对装置内部腔体施加环压，使框架式真空绝热套进一步密封，每一个所述X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸表面都会包裹真空绝热材料。
2.根据权利要求1所述的模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置，其特征在于：所述X向组合液压缸、Y向组合液压缸及Z向组合液压缸 三向应力不低于50Mpa。
3.根据权利要求1所述的模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置，其特征在于：所述参比物为均质且热导率是已知的结构，且所述参比物的热导率远大于样品。
4.根据权利要求1所述的模拟地层应力的岩石热导率各向异性实验装置，其特征在于：所述样品尺寸为65mm×65mm×65mm或100mm×100mm×100mm的正方体结构。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106442614A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 中国地质大学（武汉） 一种高温高压下岩石热物性参数测试方法及测试系统
CN106596628A (zh) * 2016-12-06 2017-04-26 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种可测试岩石导热系数的真三轴试验方法
CN106770449A (zh) * 2017-02-22 2017-05-31 中国地质调查局南京地质调查中心 高温高压条件下岩石导热系数的测量装置
CN106932433A (zh) * 2017-02-28 2017-07-07 湖北工业大学 测试岩石温度和应力变化下导热系数的真三轴装置及方法
CN108387499A (zh) * 2018-02-08 2018-08-10 成都理工大学 一种岩石地下原位多参数各向异性测定装置
CN110779954A (zh) * 2019-11-20 2020-02-11 上海交通大学 塑性变形状态下接触导热系数测量装置及测量方法
CN110879235A (zh) * 2018-09-06 2020-03-13 昭和电工株式会社 热导率测定装置、加热装置、热导率测定方法和品质保证方法
RU2754715C1 (ru) * 2020-12-09 2021-09-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» Способ определения тепловых свойств материалов

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106442614A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 中国地质大学（武汉） 一种高温高压下岩石热物性参数测试方法及测试系统
CN106596628A (zh) * 2016-12-06 2017-04-26 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种可测试岩石导热系数的真三轴试验方法
CN106770449A (zh) * 2017-02-22 2017-05-31 中国地质调查局南京地质调查中心 高温高压条件下岩石导热系数的测量装置
CN106932433A (zh) * 2017-02-28 2017-07-07 湖北工业大学 测试岩石温度和应力变化下导热系数的真三轴装置及方法
CN108387499A (zh) * 2018-02-08 2018-08-10 成都理工大学 一种岩石地下原位多参数各向异性测定装置
CN110879235A (zh) * 2018-09-06 2020-03-13 昭和电工株式会社 热导率测定装置、加热装置、热导率测定方法和品质保证方法
CN110779954A (zh) * 2019-11-20 2020-02-11 上海交通大学 塑性变形状态下接触导热系数测量装置及测量方法
RU2754715C1 (ru) * 2020-12-09 2021-09-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» Способ определения тепловых свойств материалов

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