一种岩石三轴加载模型用承载及装样机构的制作方法

本发明涉及岩石试验设备领域，具体为一种岩石三轴加载模型用承载及装样机构。

背景技术

水力压裂自首次试验成功后，以成为现代石油工业油气增产的主要措施之一，对低渗油气藏的生产起了重要的作用。但是现场作业表明，如果裂缝贯穿水层，不仅导致压裂作业失败，还将造成油层压力体系的破坏，而作业失败的一个主要原因是未能对裂缝的几何形态实现有效地控制。

地壳中干热岩所蕴含的地热能量巨大，已成为世界各国重点研究开发的新能源。干热岩资源开发的增强型地热工程的场地试验研究投资大、周期长、风险大，在现场压裂和人工热储层建造示范工程前，实施干热岩水力压裂实验室研究很有必要。为此，建立岩石三轴加载模型就非常有价值，为现场压裂工艺设计和储层改造提供参数和技术支持。通过水力压裂技术建造干热岩人工储层过程，测试经济有效的压裂参数，监测水力裂缝的几何形态和展布特征，为干热岩人工储层建造的发展提供必要的技术支持和基础科研数据，这样岩石三轴加载模型用承载及装样机构显得尤为重要。

目前，国内如太原理工大学、中国勘探开发研究院廊坊分院等研究裂缝起裂以及延伸的装置均为大型真三轴模拟实验装置，。这类装置采用开口向上，岩石试件和密封盖均采用吊装的方式安装、拆卸。虽然采用大尺寸真三轴模拟试验系统可以模拟储层地应力条件下的压裂裂缝扩展机理模拟实验。但仍存在不足之处：

1、岩石太大，定位不准，操作不便。真三轴压裂模拟实验采用的岩石试件体积都是较大且具有代表性的。普遍采用的是300×300×300(mm)规格的岩石，甚至更大规格。在吊装岩石试件进入模型腔体时位置不好确定，且操作不便。

2、密封盖体重，拆装不便、定位不准。岩石试件的大小直接决定了密封盖体的重量。以300×300×300(mm)规格的岩石试件为例，密封盖体承压20mpa

压力，密封盖体尺寸至少为600×600×120(mm)，重量为60cm×60cm×12cm×7.8g/cm=336960g=336.96kg,300多公斤的密封盖体要悬空安装和拆卸，显然靠人工完成太费力，即使使用行吊，悬空的密封盖体也会来回摆动，不易对准固定孔和控制高度。且一般实验室也不具备装行吊的条件。

3、密封盖体从上方盖在模型上，液流管线就很难从岩石试件上连接出来。况且上面也提到密封盖体很重，固定和定位不容易，而且也不安全。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种岩石三轴加载模型用承载及装样机构，可以有效解决背景技术中的问题。

实现上述目的的技术方案是：一种岩石三轴加载模型用承载及装样机构，其特征在于：包括机架，机架上安装有横向设置的导轨以及滑动安装在导轨上的移动平板，机架上还安装有驱动移动平板沿导轨滑动的驱动机构；

所述机架的一端设置有模型，模型的一端为开口，移动平板上设置有用于与模型开口端配合的密封盖，密封盖上连接有水平布置、用于放置岩石试件的承载板，所述驱动机构用于驱动移动平板沿导轨向前、并带动承载板上的岩石试件沿模型的开口端输送至模型内，同时将密封盖密封盖合在模型的开口端，密封盖的周向设置有用于与模型固定的螺栓孔。

本发明的密封盖体固定在移动平板上，利用驱动机构实现移动平板的直线运动，从而达到密封盖体的移动，操作简单，而且省力，密封盖体移动平稳、装拆安全。

进一步地，所述岩石试件通过装卸样板支撑在承载板上，承载板的上端面设置有间隔布置的多个第一半圆槽，装卸样板的下端面设置有多个分别与第一半圆槽对应的第二半圆槽，第一半圆槽与第二半圆槽对合形成多个贯通的圆孔，圆孔内配合穿置有圆柱棒，圆柱棒的两端分别向外伸出圆孔。

圆孔以及穿置在圆孔内的圆柱棒的设置，便于铲车能够轻松装（卸）岩石试件，这样，不仅操作简单，同时通过圆柱棒还能起到定位的作用，并能避免在装卸件时直接接触岩石试件，而损坏岩石试件的棱角。

进一步地，所述装卸样板朝向模型的一端与承载板之间设置有相互配合的限位台阶，实现装卸样板的定位。

进一步地，承载板的前端两侧分别连接有用于使承载板在模型内滚动位移的滚轮，目的在于减少与模型底面的摩擦力，达到省力的效果。

进一步地，密封盖的内侧还设置方形的密封槽，密封槽内设置有与模型的开口端配合的密封圈，避免岩心试件装进模型腔体后因空间限制、操作不便甚至无法连接管路的窘境。

进一步地，穿线孔的两端设置成阶梯形、并加工有内螺纹，便于连接管接头。

进一步地，为保证密封效果，密封盖与模型之间设置有密封圈。

进一步地，为减少检测时的进油量，所述岩石试件与密封盖之间设置有补偿块，补偿块连接在密封盖上。

进一步地，在于减轻重量、增加强度，补偿块设置有空腔，空腔之间设置有多个加强筋，加强筋设置有贯穿补偿块、并用于与密封盖螺纹连接的螺纹沉孔。

进一步地，所述机架的两端分别设置有限位开关，限位开关与移动平板配合、分别用于在移动平板移动至初始位置、以及移动至密封盖与模型配合的位置时，控制驱动机构停止动作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为密封盖和补偿块的连接结构示意图；

图3为支撑在装卸样板上的岩石试件的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明包括机架1，机架1上安装有横向设置的导轨2以及通过直线轴承3滑动安装在导轨2上的移动平板4，机架1上还安装有驱动移动平板4沿导轨2滑动的驱动机构5，驱动机构5包括通过轴承座5.1安装在移动平板4下方机架1上的丝杆5.2，丝杆5.2上螺纹连接有与移动平板4固定的螺母5.3，机架1上还安装有驱动丝杆5.2转动的、并且相互之间传动连接的伺服电机5.4和减速机5.5。

机架1的一端设置有模型6，模型6的一端为开口，移动平板4上设置有用于与模型6开口端配合的密封盖7，密封盖7通过垫块8安装在移动平板4上，通过垫块8控制密封盖7的安装高度，密封盖7与移动平板4之间连接密封盖体支架9，密封盖7朝向模型6的一侧连接有水平布置、用于放置岩石试件10的承载板11，驱动机构5用于驱动移动平板4沿导轨2向前、并带动承载板11上的岩石试件10沿模型6的开口端输送至模型6内，同时将密封盖7密封盖合在模型6的开口端，密封盖7的周向设置有用于与模型6固定的螺栓孔12。.

机架1两端分别设置有限位开关30，限位开关30与移动平板4配合、分别用于在移动平板4移动至初始位置、以及移动至密封盖7与模型6配合的位置时，控制驱动机构5停止动作。

岩石试件10与密封盖7之间设置有补偿块22，补偿块22设置有空腔，空腔之间设置有多个加强筋23，加强筋23设置有贯穿补偿块22、并用于与密封盖7螺纹连接的螺纹沉孔24，螺纹沉孔24内设置有与密封盖螺纹连接的沉头螺栓29。

密封盖7上设置有用于穿置岩石试件试验管路的穿线孔13，穿线孔13的两端设置成阶梯形、并加工有内螺纹，穿线孔13两端口内设置有密封圈14。

密封盖7的内侧还设置方形的密封槽15，密封槽15内设置有与模型6的开口端配合的密封圈16。

岩石试件10通过装卸样板16支撑在承载板11上，承载板11的前端两侧分别连接有用于使承载板11在模型6内滚动位移的滚轮21，装卸样板16朝向模6型的一端与承载板11之间设置有相互配合的限位台阶17，承载板11的上端面设置有间隔布置的多个第一半圆槽18，装卸样板16的下端面设置有多个分别与第一半圆槽18对应的第二半圆槽19，第一半圆槽18与第二半圆槽19对合形成多个贯通的圆孔，圆孔内配合穿置有圆柱棒20，圆柱棒20的两端分别向外伸出圆孔。

本发明的装样过程：

岩石试件10置于装卸样板16上，装卸样板16下端面的第二半圆槽19内配合设置有圆柱棒20，铲车以伸出第二半圆槽19的圆柱棒20两端作为支撑点将置于装卸样板16上的岩石试件10移动至承载板11上，同时圆柱棒20配合设置在相对应的第一半圆槽18内，之后连接好岩石试件10与密封盖7之间的管线。

岩石试件10搬运到位后，通过伺服电机5.4驱动移动平板4沿导轨2向前、并带动承载板11上的岩石试件10沿模型6的开口端输送至模型6内，同时将密封盖7密封盖合在模型6的开口端，再通过螺栓紧固。

本发明的取样过程与装样过程相反，具体原理相同，在此不再赘述。

本发明中所述的岩石试件10、模型6、岩石试件10的管路连接以及试验过程均为现有技术，在此对其结构以及试验方法不在赘述。例如，岩石力学与工程学报在2000年6月的19卷中，由作者陈勉等发表的、标题为：大尺寸真三轴水力压裂模拟与分析的论文中就公开有岩石试件，容置岩石试件的模型的结构以及试验方法。