CN218726149U - 一种岩石多场时效变形平行控制实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩石多场时效变形平行控制实验装置，包括有三个独立测试标准岩样的加载舱室，每个加载舱室包括有压力室上顶板和筒状的压力室壁固定在压力室上顶板和压力室底座之间形成密封的岩样压力室；岩样压力室内设置有若干数据采集装置；压力室壁的外部设置有加热套的上部连接有轴压压力室，轴压压力室包括有桶状的轴压室外壁和设置在轴压室外壁内的轴压室顶板；压力室上顶板上贯穿设置有轴压传递轴；岩样压力室还连接有伺服围压加载系统、伺服轴压加载系统、渗透压下加载系统和渗透压上加载系统。本实用新型能在实验时，对标准岩样的围压、轴压和渗透压进行独立的加压，加压过程更加稳定，使多场耦合蠕变试验达到良好的试验效果。

Description

一种岩石多场时效变形平行控制实验装置

技术领域

本实用新型涉及岩石多场加载试验设备技术领域，具体为一种岩石多场时效变形平行控制实验装置。

背景技术

近年来对于多场耦合环境下岩石的力学性能方面有诸多的研究，一般常见的耦合有流-固耦合、化学-应力耦合、热-流-固耦合以及THMC耦合，而岩石的多场耦合一般就是在温度场、应力场和渗流场的叠加作用下，对岩石的力学性能、骨架结构变化、渗流通道等方面进行观测研究，例如高温高压下岩石的渗流试验等；而蠕变的概念就是指在保持环境状态不变的条件下，将试件置于其中经过很长时间的作用，来进一步观察材料的物理力学性能变化情况，常见的蠕变试验有应力松弛试验、高温高压蠕变试验、持久强度试验等；岩石多场耦合蠕变实验一方面要求持续的时间比较长，同时所处的环境状态必须保持一致；另一方面要在实验室里模拟出温度-流体-应力-化学耦合场，同时要保持在长时间的试验过程中各个耦合场的参数随时间不产生变化；可以看出岩石多场耦合蠕变试验要想实现并且达到良好的试验效果，对所处环境的要求和其随时间的变化要求很高，这就增加了试验装置研发的难度。

目前存在的实验装置中存在如下问题，1.各个加压系统加压时不能独立加压，使得实验的各个分实验操作不方便；2.在加压系统加载时，加压系统的加压泵的油不够时，容易引起标准岩样的加压力出现变化波动，从而影响实验数据的准确性。为了解决上述问题，有必要提出一种岩石多场时效变形平行控制装置。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种各个加压系统可以进行独立加压、加压标准岩样时压力更加稳定的岩石多场时效变形平行控制装置。

为达到上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案为：包括有三个独立测试标准岩样的加载舱室，每个加载舱室包括有压力室上顶板和筒状的压力室壁固定在压力室上顶板和压力室底座之间形成密封的岩样压力室；岩样压力室内设置有若干数据采集装置；压力室壁的外部设置有加热套的上部连接有轴压压力室，轴压压力室包括有桶状的轴压室外壁和设置在轴压室外壁内的轴压室顶板，轴压室顶板与轴压压力室过盈配合；轴压室外壁的顶部设置有外部固定装置，外部固定装置贯穿轴压室外壁后与轴压室顶板连接；压力室上顶板上贯穿设置有轴压传递轴，轴压传递轴的下端位于岩样压力室内，上端位于轴压压力室内；岩样压力室还连接有伺服围压加载系统、伺服轴压加载系统、渗透压下加载系统和渗透压上加载系统。

进一步地，压力室底座上设置有围压油进油通道和围压油出油通道，围压油进油通道、围压油出油通道与所述伺服围压加载系统连接；轴压室顶板、外部固定装置和轴压室外壁上设置有连通的轴压油通道，轴压油通道与伺服轴压加载系统连接；压力室底座上设置有下渗透压通道，所述下渗透压通道与渗透压下加载系统连接；压力室底座上和轴压传递轴上设置有通过管道连通的上渗透压通道，上渗透压通道与渗透压上加载系统连接。

进一步地，围压油进油通道的出口侧和围压油出油通道的进口侧位于压力室底座的上表面，围压油进油通道的进口侧和围压油出油通道的出口侧位于压力室底座的侧面，围压油通道的出口侧和围压油进油通道的出口侧连接伺服围压加载系统，伺服围压加载系统包括有围压压力泵和围压安全阀，伺服轴压加载系统包括有轴压压力泵、缓冲压力泵和轴压安全阀的支撑部上，下渗透压通道的出口侧位于压力室底座的侧部，下渗透压通道的出口侧连接渗透压下加载系统，渗透压下加载系统包括有渗透压下压力泵和渗透压下安全阀的侧部，上渗透压通道的进口侧连接有渗透压上加载系统，渗透压上加载系统包括有渗透压上压力泵和渗透压上安全阀安装在压力室底座上，位于标准岩样的外部；内部轴向应变计一端固定在压力室顶盖上，一端固定在压力室底座上。

进一步地，外部固定装置包括有与轴压室顶板固定连接的连接轴、与连接轴连接的限位盘、与限位盘上连接的外部固定轴，外部固定轴上连接有安装杆，安装杆上设置有外部轴向应变计。

进一步地，轴压传递轴的底部设置有固定标准岩样的上支撑部，轴压传递轴还设置有安装数据采集装置的压力室顶盖的上表面设置有放置标准岩样的下支撑部。

进一步地，压力室底座的上支撑部、轴压传递轴的下支撑部与标准岩样之间均设置有密封环和多孔隔板的上支撑部螺纹连接。

进一步地，标准岩样的外部设置有橡胶套，环向应变计固定在橡胶套的外部。

进一步地，轴压室顶板的上表面设置有上密封圈，轴压室顶板的下表面设置有下密封圈。

进一步地，压力室上顶板和压力室底座的边缘分别设置有法兰边，法兰边上设置有若干法兰孔，压力室上顶板和压力室底座的边缘通过外部固定螺杆连接。

进一步地，内部轴向应变计设置有两处，压力室底座上还设置有与内部轴向应变计配合的接触杆。

进一步地，压力室底座上还设置有若干个轴向应变计数据接口。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的每处加载舱室具有独立的伺服围压加载系统、伺服轴压加载系统、渗透压下加载系统和渗透压上加载系统，能在岩石多场耦合蠕变试验实现对标准岩样的围压、轴压和渗透压进行独立的加压测试，整个加压过程更加稳定，使石多场耦合蠕变试验达到良好的试验效果。本实用新型的每处加载舱室包括有压力室上顶板、压力室底座和筒状的压力室壁组成的密封岩样压力室，通过设置的压力室底座和可活动的轴压传递轴对标准岩样进行固定夹持，进行标准岩样的围压、轴压和渗透压试验，方便连续进行各项实验。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中的A-A剖视图；

其中各部件的符号如下；

1、围压压力泵；2、轴压压力泵；3、渗透压下压力泵；4、渗透压上压力泵；6、缓冲压力泵；7、密封环；8、橡皮套；9、环向应变计；10、内部轴向应变计；11、多孔隔板；12、标准岩样；13、加热套；14、压力室顶板；15、压力室底座；16、压力室壁；17、温度采集仪；18、压力室顶盖；19、内部轴线应变计数据接口；20、外部固定螺杆；21、围压油进油通道；22、围压油出油通道；23、下渗透压通道；24、轴压传递轴；25、轴压压力室；26、轴压室外壁；27、轴压室顶板；28、外部固定装置；29、上密封圈；30、下密封圈； 31、外部轴向应变计；51、围压安全阀；52、轴压安全阀；53、渗透压下安全阀；54、渗透压上安全阀。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1和2所示，岩石多场时效变形平行控制实验装置包括有三个独立测试标准岩样12的加载舱室，每个加载舱室包括有压力室上顶板14、压力室底座15和筒状的压力室壁16，压力室壁16固定在压力室上顶板14和压力室底座15 之间形成密封的岩样压力室；岩样压力室内设置有若干数据采集装置；压力室壁16的外部设置有加热套13。

压力室上顶板14的上部连接有轴压压力室25，轴压压力室25包括有桶状的轴压室外壁26和设置在轴压室外壁26内的轴压室顶板27，轴压室顶板27与轴压压力室25过盈配合；轴压室外壁26的顶部设置有外部固定装置28，外部固定装置28贯穿轴压室外壁26后与轴压室顶板27连接。

压力室上顶板14上贯穿设置有轴压传递轴24，轴压传递轴24的下端位于岩样压力室内，上端位于轴压压力室25内；轴压传递轴24的底部设置有固定标准岩样12的上支撑部，轴压传递轴24还设置有安装数据采集装置的压力室顶盖18；压力室底座15的上表面设置有放置标准岩样12的下支撑部。放置岩样12的下支撑部用于支撑固定标准岩样12，压力室顶盖18用于安装内部轴向应变计10，轴压传递轴24用于标准岩样12的加压。

岩样压力室还连接有伺服围压加载系统、伺服轴压加载系统、渗透压下加载系统和渗透压上加载系统。

在本实施例中，压力室底座15上设置有围压油进油通道21和围压油出油通道22，围压油进油通道21、围压油出油通道22与伺服围压加载系统连接；轴压室顶板27、外部固定装置28和轴压室外壁26上设置有连通的轴压油通道，轴压油通道连接有伺服轴压加载系统；压力室底座15上设置有下渗透压通道，下渗透压通道连接有渗透压下加载系统；压力室底座15上和轴压传递轴24上设置有通过管道连通的上渗透压通道，上渗透压通道连接有渗透压上加载系统。

在本实施例中，围压油进油通道21的出口侧和围压油出油通道22的进口侧位于压力室底座15的上表面，围压油进油通道21的进口侧和围压油出油通道22的出口侧位于压力室底座15的侧面，围压油通道的出口侧和围压油进油通道的出口侧连接伺服围压加载系统。

在本实施例中，轴压油通道的出口侧位于轴压室顶板27的底部，轴压油通道的进口侧位于轴压室外壁26的外表面，轴压油通道的进口连接有伺服轴压加载系统，伺服轴压加载系统包括有轴压压力泵2、缓冲压力泵6和轴压安全阀 52。

在本实施例中，下渗透压通道的进口侧位于压力室底座15的支撑部上，下渗透压通道的出口侧位于压力室底座15的侧部，下渗透压通道的出口侧连接渗透压下加载系统，渗透压下加载系统包括有渗透压下压力泵3和渗透压下安全阀53渗透压上压力泵4和渗透压上安全阀54。

在本实施例中，上渗透压通道的出口侧位于轴压传递轴24的下表面，上渗透压通道的进口侧位于压力室底座15的侧部，上渗透压通道的进口侧连接有渗透压上加载系统，渗透压上加载系统包括有渗透压上压力泵4和渗透压上安全阀54。

在本实施例中，若干数据采集装置分别为温度采集仪17、环向应变计9、内部轴向应变计10；环向应变计9安装在压力室底座15上，位于标准岩样12 的外部；内部轴向应变计10一端固定在压力室顶盖18上，一端固定在压力室底座15上。

在本实施例中，外部固定装置28包括有与轴压室顶板27固定连接的连接轴、与连接轴连接的限位盘、与限位盘上连接的外部固定轴，外部固定轴上连接有安装杆，安装杆上设置有外部轴向应变计31。

在本实施例中，压力室底座15的上支撑部、轴压传递轴24的下支撑部与标准岩样12之间均设置有密封环7和多孔隔板11，密封环7分别与轴压传递轴 24的下支撑部、压力室底座15的上支撑部螺纹连接。多孔隔板11方便加压水流进标准岩样12.

在本实施例中，标准岩样12的外部设置有橡胶套8，环向应变计9固定在橡胶套8的外部。橡皮套8与密封环7用于密封标准岩样，提高实验的精度。橡皮套8为耐高温材质。

在本实施例中，轴压室顶板27的上表面设置有上密封圈29，轴压室顶板 27的下表面设置有下密封圈30。上密封圈29和下密封圈30用于限位固定轴压室顶板27，同时就有一定的形变范围，方便外部轴向应变计31的测量。

在本实施例中，压力室上顶板14和压力室底座15的边缘分别设置有法兰边，法兰边上设置有若干法兰孔，压力室上顶板14和压力室底座15的边缘通过外部固定螺杆20连接。压力室上顶板14和压力室底座15通过法兰边连接，安装拆卸方便。

在本实施例中，内部轴向应变计10设置有两处，压力室底座15上还设置有与内部轴向应变计10配合的接触杆。接触杆与内部轴向应变计10配合，用于提高部轴向应变计10的灵敏度和测量精度。

在本实施例中，压力室底座15上还设置有若干个内部轴向应变计19，用于内部轴向应变计10与外部设备连接。

本方案的实际操作过程如下：

装样过程：将标准岩样12(R＝25mm，H＝100mm)套上橡皮套8，将密封环7 和环向应变计9轻轻套入，标准岩样12上下部各装上一个多孔隔板11，然后将装好的标准岩样12放到压力室底座15上，再将压力室顶盖18安装好，用扳手旋紧橡皮套8与压力室底座15和压力室顶盖18之间的密封环7，注意一定要旋紧密封环7，否则容易导致漏水，造成孔压和围压相通而无法试验；将2个内部轴向应变计10依次装入压力室顶盖18并与安装在底座上的2个接触杆接触，调整内部轴向应变计10到合适的安装位置，并锁紧，将内部轴向应变计10与对应的轴向应变计数据接口19接好，保证数据的传输，同样的三个舱室中的标准岩样12安装都是如此。

实验过程：将岩样压力室上升固定之后，对岩样压力室中充油，将岩样压力室充满油保证压力室中的空气全部排出，然后给各个压力泵中冲油，包括围压压力泵1、轴压压力泵2、渗透压下压力泵3、渗透压上压力泵4；进行多场耦合实验时，要先对温度进行操作，首先把每个舱室中的温度稳定到预定的温度后在进行其他的操作，岩样压力室中的温度一般在0-200℃；再进行加压时，先进行围压的加载，然后进行轴压的加载，如果在使用时，遇到在未加载完时压力泵中的油已用完的情况，这时只要把缓冲压力泵6锁定再给轴压压力泵2中充油，之后再把轴压调整至与缓冲压力泵中6的压力一样或略高(不排除管道中有低压油存在)时，再打开缓冲压力泵6，这样就能保证岩样压力室中的轴压继续稳定加载，最后将上下渗透压加载，实验开始后，由环向应变计9、内部轴向应变计10、温度采集仪17等传感器接收的数据将直接反映到高性能计算机上，更直观的实时观察到标准岩样12的变化情况。

卸样过程：在实验结束后，关闭加热套13，使本装置整体温度降下来，等待本装置整体温度稳定到室温后，再降压，防止高温液体在回油时与低温液体相遇而对管路产生的危害，保证管路的使用寿命；降压时先把降低渗透压，再是降低轴压，最后再降低围压，之后把岩样压力室中的油回收到油箱里，以便于循环利用，等到岩样压力室中的油排尽后再把岩样压力室下降，进行标准岩样12的拆卸；每个舱室的卸样操作一样。

Claims (10)

1.一种岩石多场时效变形平行控制实验装置，包括有三个独立测试标准岩样(12)的加载舱室，其特征在于，

每个所述加载舱室包括有压力室上顶板(14)、压力室底座(15)和筒状的压力室壁(16)，所述压力室壁(16)固定在所述压力室上顶板(14)和压力室底座(15)之间形成密封的岩样压力室；所述岩样压力室内设置有若干数据采集装置；所述压力室壁(16)的外部设置有加热套(13)；

所述压力室上顶板(14)的上部连接有轴压压力室(25)，所述轴压压力室(25)包括有桶状的轴压室外壁(26)和设置在轴压室外壁(26)内的轴压室顶板(27)；所述轴压室外壁(26)的顶部设置有外部固定装置(28)，所述外部固定装置(28)贯穿轴压室外壁(26)后与所述轴压室顶板(27)连接；

所述压力室上顶板(14)上贯穿设置有轴压传递轴(24)，所述轴压传递轴(24)的下端位于所述岩样压力室内，上端位于所述轴压压力室(25)内；

所述岩样压力室还连接有伺服围压加载系统、伺服轴压加载系统、渗透压下加载系统和渗透压上加载系统。

2.根据权利要求1所述的岩石多场时效变形平行控制实验装置，其特征在于，所述压力室底座(15)上设置有围压油进油通道(21)和围压油出油通道(22)，所述围压油进油通道(21)、所述围压油出油通道(22)与所述伺服围压加载系统连接；所述轴压室顶板(27)、外部固定装置(28)和轴压室外壁(26)上设置有连通的轴压油通道，所述轴压油通道与所述伺服轴压加载系统连接；所述压力室底座(15)上设置有下渗透压通道(23)，所述下渗透压通道与所述渗透压下加载系统连接；所述压力室底座(15)上和轴压传递轴(24)上设置有通过管道连通的上渗透压通道，所述上渗透压通道与所述渗透压上加载系统连接。

3.根据权利要求2所述的岩石多场时效变形平行控制实验装置，其特征在于，所述围压油进油通道(21)的出口侧和所述围压油出油通道(22)的进口侧位于所述压力室底座(15)的上表面，所述围压油进油通道(21)的进口侧和所述围压油出油通道(22)的出口侧位于所述压力室底座(15)的侧面，所述围压油通道的出口侧和所述围压油进油通道的出口侧连接伺服围压加载系统，所述伺服围压加载系统包括有围压压力泵(1)和围压安全阀(51)；所述轴压油通道的出口侧位于所述轴压室顶板(27)的底部，所述轴压油通道的进口侧位于所述轴压室外壁(26)的外表面，所述轴压油通道的进口连接有伺服轴压加载系统，所述伺服轴压加载系统包括有轴压压力泵(2)、缓冲压力泵(6)和轴压安全阀(52)；所述下渗透压通道的进口侧位于压力室底座(15)的支撑部上，所述下渗透压通道的出口侧位于所述压力室底座(15)的侧部，所述下渗透压通道的出口侧连接渗透压下加载系统，所述渗透压下加载系统包括有渗透压下压力泵(3)和渗透压下安全阀(53)；所述上渗透压通道的出口侧位于所述轴压传递轴(24)的下表面，所述上渗透压通道的进口侧位于所述压力室底座(15)的侧部，所述上渗透压通道的进口侧连接有渗透压上加载系统，所述渗透压上加载系统包括有渗透压上压力泵(4)和渗透压上安全阀(54)。

4.根据权利要求1所述的岩石多场时效变形平行控制实验装置，其特征在于，所述外部固定装置(28)包括有与轴压室顶板(27)固定连接的连接轴、与所述连接轴连接的限位盘、与所述限位盘上连接的外部固定轴，所述外部固定轴上连接有安装杆，所述安装杆上设置有外部轴向应变计(31)。

5.根据权利要求1所述的岩石多场时效变形平行控制实验装置，其特征在于，所述轴压传递轴(24)的底部设置有固定标准岩样(12)的上支撑部，所述轴压传递轴(24)还设置有安装所述数据采集装置的压力室顶盖(18)；所述压力室底座(15)的上表面设置有放置标准岩样(12)的下支撑部。

6.根据权利要求5所述的岩石多场时效变形平行控制实验装置，其特征在于，若干所述数据采集装置分别为温度采集仪(17)、环向应变计(9)、内部轴向应变计(10)；所述环向应变计(9)安装在所述压力室底座(15)上，位于所述标准岩样(12)的外部；所述内部轴向应变计(10)一端固定在所述压力室顶盖(18)上，一端固定在压力室底座(15)上。

7.根据权利要求5所述的岩石多场时效变形平行控制实验装置，其特征在于，所述压力室底座(15)的上支撑部、所述轴压传递轴(24)的下支撑部与标准岩样(12)之间均设置有密封环(7)和多孔隔板(11)；所述密封环(7)分别与所述轴压传递轴(24)的下支撑部、所述压力室底座(15)的上支撑部螺纹连接。

8.根据权利要求6所述的岩石多场时效变形平行控制实验装置，其特征在于，所述标准岩样(12)的外部设置有橡胶套(8)，所述环向应变计(9)固定在所述橡胶套(8)的外部。

9.根据权利要求1所述的岩石多场时效变形平行控制实验装置，其特征在于，所述轴压室顶板(27)的上表面设置有上密封圈(29)，所述轴压室顶板(27)的下表面设置有下密封圈(30)。

10.根据权利要求6所述的岩石多场时效变形平行控制实验装置，其特征在于，所述内部轴向应变计(10)设置有两处，所述压力室底座(15)上还设置有与内部轴向应变计(10)配合的接触杆；所述压力室底座(15)上还设置有若干个轴向应变计数据接口(19)。

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