上端的下部和岩心夹持器10下端的上部分别用四个螺钉固定轴向位移传感器17 ;
S (2):在塑封后的岩心夹持器岩心中部用四个螺钉紧固径向位移传感器18，同时在螺钉下紧扣一个橡胶圈，以防止径向位移传感器18轴向向下滑动；
S (3):在岩心21的中部加装温度传感器23，轴向位移传感器17、径向位移传感器18、安装在加热圈5内的温度传感器23、岩心21中部的温度传感器23和安装在轴压加载实验台下压杆4b的压力传感器传递给计算机3电信号，计算机3将电信号转换为数值信号。
[0013]步骤三、超临界二氧化碳的实现:
S(I):先将S2中的岩心夹持器10置于轴压加载实验台上压杆4a与轴压加载实验台下压杆4b之间，再将加热圈5、温度传感器23、轴向位移传感器17和径向位移传感器18与计算机3连接，然后关闭三轴试验舱1，启动油泵使液压油充满三轴试验舱I同时开启加压油泵使加压油泵活塞按照加载速率50mm/min加载将岩心21围压提升至20MPa，随后关闭加压油泵和进油阀6，使整个实验过程中围压稳定在20MPa ;
S (2):经计算机3控制加热圈5对三轴试验舱I加温，并控制舱内温度在35°C -40°C之间并稳定30min ；
S (3):关紧三轴试验舱I的进气阀8和出气阀9，打开二氧化碳气瓶14的阀门，使适量二氧化碳进入气体增压器15后关闭气瓶，用空气压缩机16对气体增压器15加压，使气体增压器15中二氧化碳压力提升至1MPa并保持不变；
S (4):打开三轴试验舱I的进气阀8，使上述S (3)中压力为10 MPa的二氧化碳顺次经进气阀8和进气口 19进入到岩心21中；
S (5):维持注入二氧化碳lh，维持温度在35°C ~40°C之间，岩心21被二氧化碳完全饱和，关闭三轴试验舱I的进气阀8，使二氧化碳密封在绝缘自粘密封带12内，在该温度和压力条件下二氧化碳已达到超临界状态，且岩心21已完全被超临界二氧化碳所饱和，从而实现了超临界二氧化碳条件；
步骤四、轴压加载开始实验:
S(I):在计算机3中输入岩心21初始尺寸参数，对轴向位移传感器17和径向位移传感器18清零，准备开始加载轴压；
S (2):开始执行实验程序，采用应变控制实验，其控制速率为0.04mm/min，为防止加载时冲击载荷对测得数据的影响，实验轴压加载不能过快，在施加轴向载荷的过程中，测试人员记录下岩心21中温度、围压、二氧化碳压力以及各级应力下的应力、应变值。增加轴向荷载直到试样发生破坏；
步骤五、实验后计算:
S (I):岩心失效破坏后，停止加载轴向载荷，打开三轴试验舱I的出气阀9将二氧化碳排放放空，同时打开回油阀7并启动油泵将三轴试验舱I内液压油抽回油箱； S (2):打开三轴试验舱1，拆卸岩心夹持器10与三轴试验舱I连接的各传感器的数据线和气体进出管线；
S (3):取回岩心夹持器10并切下位于岩心21上、下端的气垫11，保存好实验后的岩心21和实验数据，准备下次实验；
S (4):计算岩心21在超临界二氧化碳条件下的弹性模量、抗压强度和泊松比，最后绘制岩心21在超临界二氧化碳条件下的应力应变曲线，求解弹性模量的方法为:应变=加载过程中轴向变形/岩心试件的长度；画出加载过程中的应力、应变图；求取曲线中直线段的斜率，即为弹性模量。求解泊松比的方法为:轴向应变=加载过程中轴向变形/岩心试件的长度；径向应变=加载过程中径向变形/岩心试件的直径；画出加载过程中的轴向应变、径向应变图；求取曲线中直线段的斜率，即为泊松比。
【主权项】
1.一种测定超临界二氧化碳条件下岩石三轴强度的装置，其特征在于:它包括三轴试验舱(1)、岩心夹持装置、气体供给系统、液压油围压加载系统(2)和安装有控制器以及实验数据采集器的计算机(3)，所述的三轴试验舱(I)内且位于三轴试验舱(I)的上、下两端分别设置有轴压加载实验台上压杆(4a)和轴压加载实验台下压杆(4b)，轴压加载实验台上压杆(4a)固定于三轴试验舱(I)上，轴压加载实验台下压杆(4b)可上、下活动以加载轴压，轴压加载实验台下压杆(4b)与轴压加载装置连接，三轴试验舱(I)外壁上设置有带有温度控制装置和温度传感器的加热圈(5)、连通三轴试验舱(I)的进油阀(6)和回油阀(7)，三轴试验舱(I)的底部设置有进气阀(8)和出气阀(9)，所述的液压油围压加载系统(2)由油泵、加压泵和油箱组成，加压泵和油泵的吸引口均与油箱连接，加压泵和油泵的出油口均与进油阀(6)连接，油泵还与回油阀(7)连接，所述的岩心夹持装置由岩心夹持器(10)、气垫(11)、绝缘自粘密封带(12)和热缩套(13)组成，岩心夹持器(10)的上、下端分别设置有与进气阀(8)连接的进气口( 19)和与出气阀(9)连接的出气口(20)，所述的气体供给系统由顺次连接的二氧化碳气瓶(14)、气体增压器(15)和空气压缩机(16)组成，气体增压器(15)还与进气阀(8)连接。
2.根据权利要求1中的一种测定超临界二氧化碳条件下岩石三轴强度的装置，其特征在于:所述的轴压加载实验台下压杆(4b)的顶部设置有温度传感器(23)。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的一种测定超临界二氧化碳条件下岩石三轴强度的方法，其特征在于:它包括以下步骤: S1、塑封岩心:先将端面磨平后的岩心(21)的两端加装气垫(11)，再先后用绝缘自粘密封带(12)和热缩套(13)将岩心(21)包裹固定于岩心夹持器(10)之间，从而实现了岩心的塑封； S2、加装传感器:在岩心夹持器(10)上端的下部和岩心夹持器(10)下端的上部安装轴向位移传感器(17)，热缩套(13)外表面上且位于岩心(21)的中部安装径向位移传感器(18)，岩心(21)的中部安装温度传感器(23)； S3、超临界二氧化碳的实现: S (1):先将S2中的岩心夹持器(10)置于轴压加载实验台上压杆(4a)与轴压加载实验台下压杆(4b)之间，再将加热圈(5)、温度传感器(23)、轴向位移传感器(17)和径向位移传感器(18)与计算机(3)连接，然后关闭三轴试验舱(I )，启动油泵使液压油充满三轴试验舱(I)同时开启加压油泵使加压油泵活塞按照加载速率50mm/min加载将岩心(21)围压提升至20MPa，随后关闭加压油泵和进油阀(6)，使整个实验过程中围压稳定在20MPa ; S (2):经加热圈(5)对三轴试验舱(I)加温，并控制舱内温度在35°C ~40°C之间并稳定 30min ； S (3):关紧三轴试验舱(I)的进气阀(8)和出气阀(9)，打开二氧化碳气瓶(14)的阀门，使适量二氧化碳进入气体增压器(15)后关闭气瓶，用空气压缩机(16)对气体增压器(15)加压，使气体增压器(15)中二氧化碳压力提升至1MPa并保持不变； S (4):打开三轴试验舱(I)的进气阀(8)，使上述S (3)中压力为10 MPa的二氧化碳进入到岩心(21)中； S (5):维持注入二氧化碳lh，维持温度在35°C ~40°C之间，岩心(21)被二氧化碳完全饱和，关闭三轴试验舱(I)的进气阀(8)，使二氧化碳密封在绝缘自粘密封带(12)内，在该温度和压力条件下二氧化碳已达到超临界状态，且岩心(21)已完全被超临界二氧化碳所饱和，从而实现了超临界二氧化碳条件； S4、轴压加载开始实验:在计算机(3)中输入岩心(21)初始尺寸参数，对轴向位移传感器(17)和径向位移传感器(18)清零，开始执行实验程序，采用应变控制实验，其控制速率为0.04mm/min，增加轴向荷载直到试样发生破坏，在施加轴向载荷的过程中记录下岩心(21)中温度、围压、二氧化碳压力以及各级应力下的应力、应变值； S5、实验后计算: S (1):岩心失效破坏后，停止加载轴向载荷，打开三轴试验舱(I)的出气阀(9)将二氧化碳排放放空，同时打开回油阀(7)并启动油泵将三轴试验舱(I)内液压油抽回油箱； S (2):打开三轴试验舱(1)，拆卸岩心夹持器(10)与三轴试验舱(I)连接的各传感器的数据线和气体进出管线； S (3):取回岩心夹持器(10)并切下位于岩心(21)上、下端的气垫(11)，保存好实验后的岩心(21)和实验数据，准备下次实验； S (4):计算岩心(21)在超临界二氧化碳条件下的弹性模量、抗压强度和泊松比，最后绘制岩心(21)在超临界二氧化碳条件下的应力应变曲线，从而实现了测定超临界二氧化碳条件下岩石的三轴强度。
【专利摘要】本发明公开了一种测定超临界二氧化碳条件下岩石三轴强度的装置，它包括三轴试验舱（1）、岩心夹持装置、气体供给系统、液压油围压加载系统（2）和安装有控制器以及实验数据采集器的计算机，三轴试验舱（1）外壁上设置有加热圈（5）、连通三轴试验舱（1）的进油阀（6）和回油阀（7），岩心夹持装置由岩心夹持器（10）、气垫（11）、绝缘自粘密封带（12）和热缩套（13）组成，气体供给系统由顺次连接的二氧化碳气瓶（14）、气体增压器（15）和空气压缩机（16）组成，它还公开了测定方法。本发明的有益效果是：很好地实现了超临界二氧化碳条件下岩石的三轴强度测量，且装置改装便捷易行、测量误差小、工作效率高、二氧化碳利用率高。
【IPC分类】G01N3-10
【公开号】CN104596854
【申请号】CN201410848369
【发明人】朱海燕, 陶雷, 刘清友
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月31日