真三軸巖石參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及涉及油、氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種真三軸巖石參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于巖體在原位狀態(tài)下一般受三維應(yīng)力作用，因而實(shí)驗(yàn)室研宄三維應(yīng)力條件下巖體的力學(xué)性能、電學(xué)性能、聲學(xué)性能和滲流性能更能反映天然地質(zhì)巖體的實(shí)際情況。不等壓三軸應(yīng)力狀態(tài)下中間主應(yīng)力對(duì)巖石變形強(qiáng)度的影響，一直以來都是巖體工程領(lǐng)域探索的前沿課題之一，為此常用真三軸試驗(yàn)機(jī)來模擬不等壓三軸應(yīng)力條件下的巖石力學(xué)行為。
[0003]目前，已有的真三軸試驗(yàn)機(jī)大多用于評(píng)價(jià)巖土的力學(xué)行為，而對(duì)于石油天然氣行業(yè)，為了方便對(duì)巖石施加三個(gè)方向相互正交的荷載，巖石試樣通常加工成正方體或者長(zhǎng)方體，采用X，I, Z三個(gè)方向相互正交的加載單元組成真三軸加載系統(tǒng)。
[0004]根據(jù)加載方式和壓力室結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，真三軸儀可分為剛性板加載、柔性囊加載和復(fù)合加載三種類型。剛性板加載為試樣安裝在六個(gè)剛性板之間，當(dāng)在三個(gè)應(yīng)力方向施加壓力時(shí)，試樣會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的主應(yīng)變，這類加載方式雖能精確測(cè)量應(yīng)變、能產(chǎn)生均勻應(yīng)變、達(dá)到較大的軸向應(yīng)變、模擬復(fù)雜的應(yīng)力應(yīng)變路徑，但是難以檢驗(yàn)應(yīng)力的不均勻性，且當(dāng)應(yīng)變較大時(shí)，加載板之間會(huì)產(chǎn)生相互干擾，不能進(jìn)行預(yù)定的應(yīng)力路徑試驗(yàn)。柔性囊加載為全部由液壓系統(tǒng)控制三個(gè)主應(yīng)力，通過橡皮囊對(duì)試樣施加液壓，這種加載方式無明顯的邊界干擾，能按預(yù)定的復(fù)雜應(yīng)力路徑進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量變形，但在不采取特殊預(yù)防措施時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生邊界干擾，如果不加專門潤(rùn)滑措施，則難以達(dá)到均勻應(yīng)變，只有通過逐步矯正作用于平面的法向應(yīng)力，才能達(dá)到平面應(yīng)變條件。復(fù)合加載在某些方向采用剛性壓膜，其它方向上采用柔性壓膜，以剛性邊界作為壓縮方向，應(yīng)力控制的柔性邊界作為擠伸方向可免除邊界干擾，若預(yù)定的實(shí)驗(yàn)面與儀器軸成某一固定方向，則可按應(yīng)力路徑或應(yīng)變路徑進(jìn)行試驗(yàn)，但是預(yù)定的復(fù)雜應(yīng)力路徑試驗(yàn)難以進(jìn)行或根本不可能進(jìn)行，剛性板和柔性板上法向應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的均勻性難以確定。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，CN103207114A公布了一種三向剛性加載巖石真三軸儀，其剛性加載板使用剛?cè)峄旌霞訅浩?，雖然能夠避免加載板之間的相互干擾和試樣變形后受到的側(cè)向干擾，但是剛?cè)峄旌霞訅浩系膹椥云土⒎襟w剛性快之間的對(duì)接部位采用強(qiáng)力膠等粘接在一起，若在應(yīng)力加載過程中，巖石試樣端面應(yīng)力不均勻，很容易造成粘接處破損；高溫下，粘接處易脫落，因此該裝置不能進(jìn)行高溫試驗(yàn)；并且彈性片的承壓范圍有限，造成整塊加載板的加載應(yīng)力有限，無法進(jìn)行高應(yīng)力條件下的試驗(yàn)；另外，巖石試樣六個(gè)面的剛性加載板無法密封試樣，四周的剛性加載板也未采用絕緣措施，因此該裝置無法進(jìn)行滲流實(shí)驗(yàn)，并且不能測(cè)試試樣的電學(xué)性能。
[0006]CN101701887A公布了一種多功能三軸巖心夾持器裝置，該裝置采用橡膠材質(zhì)的液壓囊加載，液壓囊放置在主體上四個(gè)相對(duì)的凹槽內(nèi)，凹槽在橫截面上呈“十”字形，液壓囊之間通過相鄰凹槽之間的倒角隔開，這種液壓囊加工工藝復(fù)雜，成本高。設(shè)計(jì)的柔性加載方式無法保證應(yīng)變的均勻性，當(dāng)三向應(yīng)力差值較大時(shí)，橡膠材質(zhì)的液壓囊會(huì)受壓變形經(jīng)過凹槽倒角流向相鄰的凹槽內(nèi)，應(yīng)力較大時(shí)，倒角容易刺穿液壓囊。CN101761333A公布了一種多功能真三軸應(yīng)力煤心夾持器，該裝置采用復(fù)合加載方式，試樣外套有膠套，能進(jìn)行滲流試驗(yàn)，但是Y軸加壓柱塞直接作用在試樣外的膠套上，承壓能力有限，不能進(jìn)行高應(yīng)力下的試驗(yàn)。Y軸加壓柱塞端面未采取任何絕緣措施，故該裝置無法測(cè)試試樣的電學(xué)性能。美國(guó)專利US3728895公布了一種三向壓縮測(cè)試裝置，該裝置采用剛性加載，試樣放置在金屬矩形主體中間的空隙中，六個(gè)金屬剛性模塊插入通向主體空隙的開口中與巖心直接接觸，金屬剛性模塊通過螺桿固定在矩形主體上，承壓能力低，只能做低應(yīng)力下的力學(xué)試驗(yàn)，此外，該裝置不能測(cè)試三軸壓力下試樣的滲流性能、電學(xué)性能以及聲學(xué)性能。
[0007]以上所述四類三軸儀均不能在滿足三軸應(yīng)力條件下同時(shí)進(jìn)行高溫高壓滲流試驗(yàn)、電學(xué)性能測(cè)試、力學(xué)性能測(cè)試和聲學(xué)性能測(cè)試。而且國(guó)內(nèi)的三軸儀設(shè)計(jì)中，三軸儀的各向加載裝置均伸向三軸儀主體外，這種設(shè)計(jì)方法增大了裝置尺寸，裝置顯得笨重并且難以操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種真三軸巖石參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，所述測(cè)試系統(tǒng)能在不等三向壓力下同時(shí)測(cè)試高溫高壓條件下巖石的力學(xué)性能、聲學(xué)性能、電學(xué)性能和滲流性能。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種真三軸巖石參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)試系統(tǒng)包括巖石加載機(jī)構(gòu)、加載機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)升降裝置以及檢測(cè)控制系統(tǒng)，所述巖石加載機(jī)構(gòu)連接于所述旋轉(zhuǎn)升降裝置上，用于在不等的三向壓力下同時(shí)測(cè)試高溫高壓條件下巖層樣品的力學(xué)性能、聲學(xué)性能、電學(xué)性能和滲流性能；所述旋轉(zhuǎn)升降裝置用于驅(qū)動(dòng)所述巖石加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)；巖石加載機(jī)構(gòu)以及加載機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)升降裝置內(nèi)的電學(xué)元件與所述檢測(cè)控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，所述檢測(cè)控制系統(tǒng)用于通過所述巖石加載機(jī)構(gòu)對(duì)巖層樣品進(jìn)行作用，采集巖層樣品的參數(shù)變化，并控制所述旋轉(zhuǎn)升降裝置驅(qū)動(dòng)所述巖石加載機(jī)構(gòu)做旋轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。
[0010]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述巖石加載機(jī)構(gòu)包括壓力室，X軸、Y軸、Z軸加載組件以及巖心膠套，所述X軸、Y軸、Z軸加載組件位于所述壓力室內(nèi)，所述X軸、Y軸、Z軸加載組件各設(shè)有兩個(gè)，分別位于所述巖層樣品的前、后、左、右、上、下側(cè)，所述X軸加載組件包括X軸前加載組件和X軸后加載組件，以Y軸為中心對(duì)稱線進(jìn)行設(shè)置且結(jié)構(gòu)相同，X軸前加載組件和X軸后加載組件包括X軸加載活塞，X軸加載活塞上設(shè)有X軸的壓力傳感器、位移傳感器以及與壓力位移測(cè)試線；所述Y軸加載組件包括Y軸左加載組件和Y軸右加載組件，以X軸為中心對(duì)稱線進(jìn)行設(shè)置且結(jié)構(gòu)相同，Y軸左加載組件和Y軸右加載組件包括Y軸加載活塞和活塞底座，所述Y軸加載活塞上設(shè)有Y軸的壓力傳感器、位移傳感器、加壓控制線以及壓力位移測(cè)試線；所述Z軸加載組件包括Z軸上加載組件和Z軸下加載組件，所述Z軸下加載組件包括Z軸加載活塞，固定在壓力室的底座上，所述Z軸上加載組件包括Z軸加載活塞和活塞底座，所述Z軸加載活塞上設(shè)有Z軸的壓力傳感器、位移傳感器、加壓控制線、壓力位移測(cè)試線以及滲透率測(cè)試線；所述巖心膠套的中心為矩形空間，用于放置巖層樣品，巖心膠套沿巖層樣品的六個(gè)面分別設(shè)有一開口，開口的形狀與X軸、Y軸、Z軸加載活塞的外部形狀相適配，加載活塞伸入到各個(gè)面的開口內(nèi)，將開口堵死；x軸加載活塞以及Y軸加載活塞的端面通過陶瓷墊片與巖層樣品的前、后、左、右側(cè)面相接觸，Z軸的加載活塞上安裝有壓電陶瓷，壓力室內(nèi)充有液壓油，壓力室上安裝有圍壓加壓管線，加載機(jī)構(gòu)中所有的管線、測(cè)試線以及數(shù)據(jù)采集線都經(jīng)過壓力室底部的圓形通孔引到壓力室外，與檢測(cè)控制系統(tǒng)相連。
[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述X軸加載活塞、Y軸加載活塞以及Z軸下加載組件上的Z軸加載活塞靠近巖層樣品的部分為長(zhǎng)方體，與長(zhǎng)方體相連的部分為圓柱體，長(zhǎng)方體與巖層樣品接觸的端面的對(duì)角線長(zhǎng)度與圓柱體的直徑相同；z軸上加載組件上的Z軸加載活塞靠近巖層樣品的部分為長(zhǎng)方體，中部為圓柱體，長(zhǎng)方體與巖層樣品接觸的端面的對(duì)角線長(zhǎng)度與圓柱體的直徑相同，底部為直徑比中部圓柱體的直徑大的圓柱體。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述Y軸加載組件上的Y軸的活塞底座與壓力室接觸的面為圓弧曲面，與壓力室的內(nèi)壁相適配，圓弧曲面的直徑與壓力室釜體內(nèi)徑相同。
[0013]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述陶瓷墊片的四周進(jìn)行倒角處理；
[0014]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述陶瓷墊片的外表面貼有彈性膜。
[0015]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述壓力室包括壓力室底座和壓力室釜體，所述壓力室底座螺紋連接于所述壓力室釜體的底部。
[0016]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述壓力室釜體的