详情

原文传递一种高温可视化微米压痕试验装置及方法

专利名称：	一种高温可视化微米压痕试验装置及方法
摘要：	本发明属于岩石力学试验技术与设备领域，具体涉及了一种高温可视化微米压痕试验装置及方法，旨在解决难以满足深部储层高温赋存环境条件下力学特性试验需求，以及不能实现压痕、划痕过程中的动态损伤过程测量的问题。本发明中的压痕机构包括柔性铰链和压头，柔性铰链由驱动装置驱动，柔性铰链与压头连接，压头用于对岩石样品进行压痕；电阻丝用于提供高温环境，CT成像机构配置在压痕机构的两侧，CT成像机构用于对岩石样品内部进行成像。本发明能够对岩石的内部压裂情况达到可视化的效果，从而得到更加准确的数据，为研究高温条件下储层岩石及其时间相关细观力学特性，提供了准确的数据支持。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京大学
发明人：	刘扣其;王雅旻;张正辰;张虹
专利状态：	有效
申请日期：	2023-10-23T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-28T00:00:00+0800
申请号：	CN202311369268.8
公开号：	CN117129355A
代理机构：	北京市恒有知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	郭文浩;尹文会
分类号：	G01N3/54;G01N3/02;G01N3/06;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/54;G01N3/02;G01N3/06
申请人地址：	100871 北京市海淀区颐和园路5号
主权项：	1.一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，该装置包括底座（100）、加载框架（200）、样品台（300）、样品室（400）、电阻丝（500）、CT成像机构（600）和压痕机构（700）；所述底座（100）与地面固定，所述底座（100）上固定有所述加载框架（200），所述加载框架（200）上固定有所述样品台（300），所述样品台（300）与所述样品室（400）固定，所述样品室（400）内配置有岩石样品（301）；所述电阻丝（500）固定在所述样品台（300）上，并配置在所述样品室（400）的内表面和所述岩石样品（301）之间；所述压痕机构（700）配置在所述岩石样品（301）的上方，所述压痕机构（700）包括柔性铰链（701）和压头（702），所述柔性铰链（701）由驱动装置驱动，所述驱动装置与所述加载框架（200）固定，所述柔性铰链（701）与所述压头（702）连接，所述压头（702）用于对所述岩石样品（301）进行压痕；所述CT成像机构（600）与所述底座（100）固定，所述CT成像机构（600）配置在所述压痕机构（700）的两侧，所述CT成像机构（600）用于对所述岩石样品（301）内部进行成像。 2.根据权利要求1所述的一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，所述CT成像机构（600）包括探测器升降支架（601）、探测器升降机构（602）、探测器（603）、射线源升降支架（604）、射线源升降机构（605）、射线源托架（606）和射线源（607）；所述探测器升降支架（601）与所述底座（100）固定，所述探测器升降支架（601）上安装有所述探测器升降机构（602），所述探测器升降机构（602）与所述探测器（603）固定，所述探测器（603）用于对所述岩石样品（301）的内部进行成像；所述射线源升降支架（604）与所述底座（100）固定，所述射线源升降支架（604）上安装有所述射线源升降机构（605），所述射线源升降机构（605）与所述射线源托架（606）固定，所述射线源托架（606）与所述射线源（607）固定，所述射线源（607）用于向所述岩石样品（301）发射射线。 3.根据权利要求2所述的一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，所述驱动装置包括轴向作动器（703）和压电叠堆（704）；所述压痕机构（700）还包括压力传感器（705）、位移传感器（706）和压杆（707）；所述轴向作动器（703）包括固定端和移动端，所述轴向作动器（703）的固定端与所述加载框架（200）固定，所述轴向作动器（703）的移动端与所述柔性铰链（701）固定，所述柔性铰链（701）与所述压电叠堆（704）的一端搭接，所述压电叠堆（704）的另一端与所述加载框架（200）固定，所述柔性铰链（701）与所述压力传感器（705）固定，所述压力传感器（705）与所述位移传感器（706）固定，所述位移传感器（706）与所述压杆（707）固定，所述压杆（707）与所述压头（702）固定，所述压头（702）配置在所述岩石样品（301）的上方。 4.根据权利要求3所述的一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，所述样品室（400）为哈氏合金样品室，所述样品室（400）内的所述电阻丝（500）沿所述样品室（400）的宽度方向均匀设置多组。 5.根据权利要求4所述的一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，所述压力传感器（705）用于获取所述压头（702）在对所述岩石样品（301）进行压痕时的压力数据，所述位移传感器（706）用于获取所述压头（702）的轴向位移数据。 6.根据权利要求5所述的一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，所述样品室（400）的表面开设有视窗（401），所述视窗（401）用于查看所述压头（702）与所述岩石样品（301）的位置关系，所述视窗（401）的正前方配置有高速摄像机（800），所述高速摄像机（800）与地面固定。 7.根据权利要求6所述的一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，所述视窗（401）的材料包括蓝宝石。 8.根据权利要求7所述的一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，所述压头（702）的材料包括金刚石。 9.根据权利要求8所述的一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，所述轴向作动器（703）由加载油泵驱动，所述加载油泵由伺服控制器控制，所述伺服控制器与计算机连接，所述加载油泵的电源模块包括电池、电控模块和无线通信模块，所述无线通信模块与所述计算机连接，所述无线通信模块与电控模块电连接，所述电控模块与电池和所述加载油泵连接。 10.一种高温可视化微米压痕试验方法，基于权利要求1-9任一项所述的一种高温可视化微米压痕试验装置，其特征在于，该方法包括如下步骤： S1、打开计算机和伺服控制器，连接所述计算机和所述伺服控制器通讯； S2、打开所述样品室（400），将所述岩石样品（301）放置在所述样品台（300）上； S3、启动所述CT成像机构（600），对所述样品台（300）上的所述岩石样品（301）进行原始状态扫描； S4、在所述计算机上设置好所述压痕机构（700）中的压力传感器（705）和位移传感器（706）的采样参数； S5、启动所述电阻丝（500），对所述样品室（400）加载到预设温度； S6、打开高速摄像机（800）开始记录试验过程； S7、启动所述CT成像机构（600），对所述样品台（300）上的所述岩石样品（301）进行试验状态扫描； S8、打开加载油泵，启动轴向作动器（703）使所述压头（702）向下运动，持续增加加载载荷，进行压痕、划痕实验； S9、完成试验后，在所述计算机上保存试验过程中所述压力传感器（705）和所述位移传感器（706）的数值，保存所述高速摄像机（800）测得的数据和所述CT成像机构（600）扫描的数据，完成试验。
所属类别：	发明专利