[發明專利]高溫巖樣應變與聲波測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201710484758.0
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107101890B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 李皋;陳澤;陳一健;于鑫;劉棟;張毅
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/18;G01N29/04
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了高溫巖樣應變與聲波測試裝置及測試方法，該裝置主要由聲波發射端、上承壓軸、剛玉頂針、上位移滑片、下位移滑片、隔熱外殼、碳纖維套、巖樣、下承壓軸、聲波接收端、下銅電極、珍珠巖粉、溫度傳感器、變壓器、溫度?聲波控制箱、示波器、上銅電極、數據采集與處理系統組成。該方法包括：（1）將裝置安裝在單軸力學實驗機沖程上；（2）對巖樣加熱；（3）進行壓縮實驗；（4）上位移滑片、下位移滑片的差值即為巖樣的軸向應變值；（5）從聲波發射端發射聲波，經過巖樣后被聲波接收端接收，得到巖樣的聲波時差；（6）采集各項數據并儲存。本發明原理可靠，操作簡便，實時獲得高溫下巖石的力學參數，具有廣闊的市場應用前景。

技術領域

本發明涉及高溫巖體地熱開發及油氣井工程領域中一種用于單軸力學實驗機的高溫巖樣應變與聲波測試裝置及測試方法。

背景技術

在高溫條件下，由于組成巖石的多種礦物顆粒熱膨脹不同，會使得巖石內部出現微裂紋，從而導致巖石力學性能劣化，這就會引起地熱開發井或油氣井井壁失穩，從而造成井塌等嚴重安全事故。因此研究高溫下巖石力學參數的變化規律，具有十分重要的現實意義。

中國專利CN205643032U公開了一種瀝青混合料高溫穩定性單軸試驗裝置，能模擬瀝青路面受熱后溫度自路表向下變化的過程，但該裝置研究對象是瀝青，且只能獲得單軸抗剪強度；中國專利CN104865137A與中國專利CN105092387A分別公開了一種測試導體材料高溫環境下單軸拉伸力學性能的試驗裝置與一種單晶硅小尺寸試件高溫力學性能原位拉伸測試系統，這兩種裝置都是進行拉伸力學測試。目前存在的巖石單軸力學實驗裝置有的無法加溫，有的所加溫度十分有限，無法測試更高溫度下的巖石力學參數，且基本不具備聲速測試功能。因此，將巖石作為研究對象，直接進行壓縮力學測試，獲得巖石的單軸抗壓強度、彈性模量和泊松比等力學參數，為高溫巖體地熱開發及油氣井工程提供科學分析手段和理論依據，已成為當務之急。

發明內容

本發明的目的在于提供高溫巖樣應變與聲波測試裝置，該裝置可用于單軸力學實驗機上，進行高溫下的巖樣應變與聲波測試實驗，實時記錄單軸壓縮過程中巖樣的溫度、軸向應變與聲波時差，并計算獲得抗壓強度、彈性模量和泊松比等巖石力學參數，為高溫巖體地熱開發及油氣井工程提供科學分析手段。

本發明的另一目的還在于提供利用上述裝置對高溫巖樣進行應變與聲波測試的方法，該方法原理可靠，操作簡便，能快速高效加熱巖石，實時獲得高溫下巖石的力學參數，得到的實驗數據更加準確可靠，具有廣闊的市場應用前景。

為達到以上技術目的，本發明提供以下技術方案。

高溫巖樣應變與聲波測試裝置，主要由上承壓壓頭、聲波發射端、上承壓軸、剛玉頂針、上位移滑片、上固定腳塊、下固定腳塊、下位移滑片、隔熱外殼、碳纖維套、巖樣、下承壓軸、下承壓壓頭、聲波接收端、下銅電極、珍珠巖粉、溫度傳感器、變壓器、溫度-聲波控制箱、示波器、上銅電極、數據采集與處理系統組成。

所述碳纖維套包裹巖樣，由上下兩對剛玉頂針固定在隔熱外殼中，碳纖維套與隔熱外殼之間的空隙充填有珍珠巖粉；上部的剛玉頂針通過上固定腳塊固定上位移滑片，下部的剛玉頂針通過下固定腳塊固定下位移滑片，上位移滑片與下位移滑片分別連接數據采集與處理系統。

所述巖樣上端通過上承壓軸連接聲波發射端和上承壓壓頭，巖樣下端通過下承壓軸連接聲波接收端和下承壓壓頭，所述上承壓軸和下承壓軸分別安裝有上銅電極和下銅電極，上銅電極和下銅電極連接變壓器；巖樣中端連接溫度傳感器、變壓器和溫度-聲波控制箱，溫度-聲波控制箱連接示波器，還分別連接聲波發射端和聲波接收端。

所述碳纖維套、溫度傳感器、示波器、變壓器和溫度-聲波控制箱均連接數據采集與處理系統。

本裝置包括智能加熱部分、巖樣軸向應變測試部分、聲波測試部分、數據采集與處理部分，以下簡要闡述這四個部分的工作流程。