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原文传递一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置及其测量方法

专利名称：	一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置及其测量方法
摘要：	本发明公开了一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置及其测量方法，包括：压力仓，其内部下端可拆卸设置有下压头，内部上端滑动设置有上压头；所述下压头和上压头之间可拆卸设置有柱状岩样；所述柱状岩样中部设置有压裂通孔；所述压裂通孔内壁两侧对称开设有预制裂纹；所述下压头下端与手控液压装置连接，上端一体设置有嵌入压裂通孔的压裂管；所述压力仓内外部还分别连接有加热装置和伺服液压装置。本发明能够在对柱状岩样进行断裂韧性测试时，更好的模拟深部地层高温高压条件，而且计算精度高，测试结果与工程实际值相差值较小，适用性和功能拓展强。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南科技大学
发明人：	李军润;刘俊新;唐伟;尹彬瑞;徐恒威;袁槐岑
专利状态：	有效
申请日期：	2021-12-08T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-15T00:00:00+0800
申请号：	CN202111492364.2
公开号：	CN114184486A
代理机构：	北京远大卓悦知识产权代理有限公司
代理人：	张忠庆
分类号：	G01N3/12;G01N3/02;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/12;G01N3/02
申请人地址：	621010 四川省绵阳市涪城区青龙大道中段59号
主权项：	1.一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置，其特征在于，包括：压力仓，其内部下端可拆卸设置有下压头，内部上端滑动设置有上压头；所述下压头和上压头之间可拆卸设置有柱状岩样；所述柱状岩样中部设置有压裂通孔；所述压裂通孔内壁两侧对称开设有预制裂纹；所述下压头下端与手控液压装置连接，上端一体设置有嵌入压裂通孔的压裂管；所述压力仓内外部还分别连接有加热装置和伺服液压装置。 2.如权利要求1所述的一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置，其特征在于，所述压力仓包括一个底座；所述底座中部设置有内螺纹管；所述底座中内嵌设置有L型加压管；所述L型加压管较长端径向设置于底座中，且延伸至底座外沿处设置有加压口；所述L型加压管较短端轴向设置于底座中部，且上端与底座中部的内螺纹管一体连通；所述下压头下端设置有与内螺纹管相匹配的外螺纹管；通过所述外螺纹管与内螺纹管的螺合，从而实现了可拆卸连接。 3.如权利要求1所述的一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置，其特征在于，所述压力仓还包括一个可与底座扣合密封的筒罩；筒罩上端设置有活动压头；所述活动压头上端抵靠有外部轴压机的顶杆；所述底座上端固定设置有两根分别位于下压头两侧的导杆；两根所述导杆上端共同滑动套设有上压头；所述上压头为盘状结构，且分别开设有两个与两个导杆相对应的滑孔；所述上压头通过两个滑孔套设在两个导杆上后，形成滑动连接；所述上压头中部上端设置有上顶块；所述上顶块与活动压头下端相对应；所述上压头中部下端设置有顶紧柱状岩样上端的下顶块；所述柱状岩样上端与下顶块之间设置有密封片。 4.如权利要求1所述的一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置，其特征在于，所述压力仓外壁上下侧分别设置有注油管和出油管；所述注油管和出油管分别与伺服液压装置连接，从而形成用于给压力仓补油放油的循环油路；所述伺服液压装置还包括一个用于给压力仓内部液压增压的伺服增压器；所述伺服增压器的信号控制端连接有伺服控制系统。 5.如权利要求1所述的一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置，其特征在于，所述手控液压装置包括一个超高压手动泵；所述超高压手动泵的压力输出端通过软管对接至加压口；所述超高压手动泵的数据采集端连接有应变采集系统。 6.如权利要求1所述的一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置，其特征在于，所述柱状岩样下端设置有与压裂通孔同轴一体的扩大槽；所述下压头上端设置有与扩大槽相匹配的密封块；所述压裂管一体设置在密封块上端；所述下压头从最上端压裂管端口至最下端外螺纹管端口之间，均通过内置的空腔实现一体的上下连通；所述压裂管和密封块依次陆续嵌入压裂通孔和扩大槽中，从而形成了可拆卸了连接；所述下压头和柱状岩样对接嵌合后，其所有的接触面全部均匀填充有高温密封胶。 7.如权利要求1所述的一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置，其特征在于，所述加热装置包括三根固定设置在底座上端同侧的加温棒；三根所述加温棒分别关于所述底座轴心互呈30度配置。 8.如权利要求1所述的一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置，其特征在于，还包括轴压围压采集装置；所述轴压围压采集装置包括一个设置在上压头上的轴向传感器；所述柱状岩样外壁套设有挂具；所述挂具上设置有径向传感器。所述轴向传感器与径向传感器与外部数据控制终端电连接。 9.如权利要求1所述的一种高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置，其特征在于，还包括温度采集装置；所述温度采集装置包括一个设置压力仓的温度传感器；所述温度传感器与外部温度控制系统电连接。 10.一种如权利要求1～9任一项所述的基于高温高压条件下岩石断裂韧性测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将用于试压的岩石材料加工为直径为50mm，高度为100mm的柱状岩样；在柱状岩样中心轴线处钻取一个的压裂通孔，在该压裂通孔的内壁两侧开设两道预制裂纹；步骤二、在柱状岩样下端开设一个与压裂通孔一体连通的扩大槽；使用勺子将高温密封胶填充到柱状岩样端部的整个扩大槽中，将下压头的压裂管的端口使用卫生纸和保鲜膜封堵住，再将压裂管嵌入压裂通孔中，此时，密封块也和扩大槽紧密嵌合，使用橡胶锤对下压头进行捶打，使得高温密封胶能够均匀填充至整个扩大槽中，最后用水平仪放在下压头底部，看是否水平，若不平，继续用橡胶锤轻敲，直到水平为止，完成后放置1～2天，直至高温密封胶硬化；步骤三、使用管钳，将已经和柱状岩样粘接稳定的下压头通过外螺纹管螺合拧动至底座上端的内螺纹管中固定稳定；将上压头通过两个滑孔套设至两个导杆上；将筒罩下端与底座外沿部的多个锁定爪进行卡合锁定，将整个压力仓形成密封的空间，试验准备完成；步骤四、通过伺服控制系统向压力仓中注入液压油，打开加热装置中的三根加热棒，加热至预加热温度时，保温一个小时；使用伺服增压器对压力仓中的液压油加压至稳定值，从而为柱状岩样提供了围压；通过外部轴压机的顶杆对筒罩的活动顶块进行向下施压，带动上顶块连同上压头对柱状岩样提供了向下的轴压，并保持10分钟；步骤五、作业人员手动操控以液压油为介质的超高压手动泵，将泵压通过软管打入底座的L型加压孔中，然后从下压头的压裂管打入到柱状岩样的压裂通孔中，逐渐增加泵压，升至最高点后，突然降低至与外部围压相同，维持稳定状态后，即可认为此时柱状岩样已经通过两个预制裂纹裂开；步骤六、重复进行多次步骤五，直至最后一次试验中，泵压上升至与围压相等后不再继续大幅度上升，维持稳定状态后，即可认为此时柱状岩样已经通过两个预制裂纹完全压裂；在这个过程中，应变采集系统采集到了相关试压数据，完成了本次试压测量，实验停止后，关闭加热装置，降低轴向压力至0，降低围压值至0，关闭伺服液压装置，关闭应变采集装置，试验结束。
所属类别：	发明专利