[發(fā)明專利]深層超深層巖石高溫-滲流-應(yīng)力-化學(xué)耦合試驗(yàn)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110120230.1
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112924300A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊文東;姚軍;王柄淇;王世潔;王子玉;呂顯先;李屹偉;楊永飛;嚴(yán)俠;張旭
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）;中國石油化工股份有限公司西北油田分公司
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N33/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種深層超深層巖石高溫-滲流-應(yīng)力-化學(xué)耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括超高溫調(diào)控系統(tǒng)、高溫高壓加載系統(tǒng)、滲流-化學(xué)配套模塊、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及一個適應(yīng)多場耦合試驗(yàn)的多功能高強(qiáng)度合金底座；

所述超高溫調(diào)控系統(tǒng)包括超高溫三軸圍壓室、鋁合金加載套、溫度控制調(diào)節(jié)器；所述高溫高壓加載系統(tǒng)包括加載框架、液壓伺服系統(tǒng)、高溫三軸圍壓室；所述滲流-化學(xué)配套模塊包括耐腐的孔壓加載泵、耐腐的背壓加載泵、精密電子天平；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括水下試驗(yàn)荷載傳感器、巖石變形引伸計(jì)、壓力傳感器、荷載傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備；

根據(jù)試驗(yàn)溫度要求選擇適合的三軸圍壓室，當(dāng)試驗(yàn)溫度小于200℃時選用高溫三軸圍壓室，當(dāng)試驗(yàn)溫度大于200℃時選用超高溫三軸圍壓室。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深層超深層巖石高溫-滲流-應(yīng)力-化學(xué)耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述超高溫三軸圍壓室采用鎳基合金構(gòu)成，最大安全承壓210MPa，耐溫400℃；其內(nèi)部構(gòu)成：上巖心塞和下巖心塞分別位于試樣上、下方，并分別貫穿有入口管線和出口管線，試樣周圍是鋁合金加載套或退火紫銅；上巖心塞和下巖心塞周圍設(shè)有楔形填料、楔形鋼圈，內(nèi)填圈包裹于鋁合金加載套外側(cè)；筒體緊貼于上述整體；加熱爐上部與拉緊螺釘和保溫套相連，其下部與下法蘭和軸向加載連接法蘭連接，上述整體和保溫套相接；待試驗(yàn)穩(wěn)定后，由筒體中圍壓液排除的體積確定巖石體積應(yīng)變，進(jìn)而推測試驗(yàn)過程中巖石的側(cè)向應(yīng)變；

所述超高溫三軸圍壓室由加熱爐和保溫套加熱，配合快速充液和循環(huán)裝置加熱圍壓液，使試樣均勻加溫受熱，解決加熱溫度斷層和常規(guī)橡膠套在超高溫失效的問題，其保溫隔熱材料采用保溫性能好的硅酸鋁填充材料，并使外露部件溫度控制在30℃以下；所述溫度控制調(diào)節(jié)器與計(jì)算機(jī)相連，加熱最高溫度400℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深層超深層巖石高溫-滲流-應(yīng)力-化學(xué)耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述加載框架剛度由立柱、上下頂板、液壓缸串聯(lián)而成；所述液壓伺服系統(tǒng)對巖樣進(jìn)行軸壓、圍壓加載；所述高溫三軸圍壓室自帶提升和扶正導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，卸去圍壓后可自動升降，采用自鎖結(jié)構(gòu)，下端連接不受圍壓影響；加熱采用兩步措施：外部鋪熱與內(nèi)部加熱；外部使用柔性高溫隔熱的保溫套進(jìn)行輔熱，施加溫度由室溫～100℃，隔熱起安全保護(hù)和減少圍壓室吸熱作用；內(nèi)置加熱棒，加熱溫度由室溫～200℃。高溫三軸圍壓室內(nèi)安置有水下載荷稱重傳感器，耐壓210MPa，耐溫200℃，耐腐蝕，直接測試施加在巖樣上的軸向荷載。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深層超深層巖石高溫-滲流-應(yīng)力-化學(xué)耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述孔壓加載泵和背壓加載泵采用恒速恒壓泵，最高壓力達(dá)150MPa，能夠長時間連續(xù)不斷提供高精度的速度恒定、壓力恒定流體；孔壓加載泵施加液體壓力于巖樣的上游，流體滲透通過巖石孔隙、裂隙從下游流出，由背壓加載泵控制接收并監(jiān)測流量；采用氧化鋯陶瓷柱塞，具有極高耐磨損、抗腐蝕、抗沖擊特點(diǎn)，并且柱塞與泵體間的密封為彈簧蓄能密封圈，彈性系數(shù)小，耐腐耐溫，并可注入化學(xué)溶液，研究不同化學(xué)溶劑下巖石力學(xué)性質(zhì)的改變；所述精密電子天平采集排除液體積。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深層超深層巖石高溫-滲流-應(yīng)力-化學(xué)耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述水下試驗(yàn)荷載傳感器在圍壓室內(nèi)直接測試施加在巖樣上的軸向荷載并忽略活塞桿摩擦的影響；所述巖石變形引伸計(jì)分為軸向引伸計(jì)和徑向引伸計(jì)；其軸向變形傳感器裝置夾在巖樣上，并且采用2個LVDT式傳感器取平均值提高軸向測量精度，避免試樣由于無法絕對平行和無法有光滑平面端部引起的誤差；其徑向引伸計(jì)使用彈簧安裝，采用鏈條式結(jié)構(gòu)，夾持在試樣上進(jìn)行測量整個圓周變化；所述磁致伸縮位移傳感器具有耐高溫、耐腐蝕、抗電磁干擾特點(diǎn)，安裝在活塞桿中。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深層超深層巖石高溫-滲流-應(yīng)力-化學(xué)耦合試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述多功能高強(qiáng)度合金底座在平臺可自由拖動，包含引伸計(jì)、聲波、電阻率、滲流等多功能接口，進(jìn)行聲速測試、電阻率測試和聲發(fā)射試驗(yàn)的同時完全適應(yīng)多場耦合試驗(yàn)。