真三轴岩石参数测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及油、气储层评价技术领域，尤其涉及一种真三轴岩石参数测试系统。
【背景技术】
[0002]由于岩体在原位状态下一般受三维应力作用，因而实验室研宄三维应力条件下岩体的力学性能、电学性能、声学性能和渗流性能更能反映天然地质岩体的实际情况。不等压三轴应力状态下中间主应力对岩石变形强度的影响，一直以来都是岩体工程领域探索的前沿课题之一，为此常用真三轴试验机来模拟不等压三轴应力条件下的岩石力学行为。
[0003]目前，已有的真三轴试验机大多用于评价岩土的力学行为，而对于石油天然气行业，为了方便对岩石施加三个方向相互正交的荷载，岩石试样通常加工成正方体或者长方体，采用X，I, Z三个方向相互正交的加载单元组成真三轴加载系统。
[0004]根据加载方式和压力室结构特点，真三轴仪可分为刚性板加载、柔性囊加载和复合加载三种类型。刚性板加载为试样安装在六个刚性板之间，当在三个应力方向施加压力时，试样会产生相应的主应变，这类加载方式虽能精确测量应变、能产生均匀应变、达到较大的轴向应变、模拟复杂的应力应变路径，但是难以检验应力的不均匀性，且当应变较大时，加载板之间会产生相互干扰，不能进行预定的应力路径试验。柔性囊加载为全部由液压系统控制三个主应力，通过橡皮囊对试样施加液压，这种加载方式无明显的边界干扰，能按预定的复杂应力路径进行试验，测量变形，但在不采取特殊预防措施时，也会产生边界干扰，如果不加专门润滑措施，则难以达到均匀应变，只有通过逐步矫正作用于平面的法向应力，才能达到平面应变条件。复合加载在某些方向采用刚性压膜，其它方向上采用柔性压膜，以刚性边界作为压缩方向，应力控制的柔性边界作为挤伸方向可免除边界干扰，若预定的实验面与仪器轴成某一固定方向，则可按应力路径或应变路径进行试验，但是预定的复杂应力路径试验难以进行或根本不可能进行，刚性板和柔性板上法向应力场和应变场的均匀性难以确定。
[0005]在现有技术中，CN103207114A公布了一种三向刚性加载岩石真三轴仪，其刚性加载板使用刚柔混合加压片，虽然能够避免加载板之间的相互干扰和试样变形后受到的侧向干扰，但是刚柔混合加压片上的弹性片和立方体刚性快之间的对接部位采用强力胶等粘接在一起，若在应力加载过程中，岩石试样端面应力不均匀，很容易造成粘接处破损；高温下，粘接处易脱落，因此该装置不能进行高温试验；并且弹性片的承压范围有限，造成整块加载板的加载应力有限，无法进行高应力条件下的试验；另外，岩石试样六个面的刚性加载板无法密封试样，四周的刚性加载板也未采用绝缘措施，因此该装置无法进行渗流实验，并且不能测试试样的电学性能。
[0006]CN101701887A公布了一种多功能三轴岩心夹持器装置，该装置采用橡胶材质的液压囊加载，液压囊放置在主体上四个相对的凹槽内，凹槽在横截面上呈“十”字形，液压囊之间通过相邻凹槽之间的倒角隔开，这种液压囊加工工艺复杂，成本高。设计的柔性加载方式无法保证应变的均匀性，当三向应力差值较大时，橡胶材质的液压囊会受压变形经过凹槽倒角流向相邻的凹槽内，应力较大时，倒角容易刺穿液压囊。CN101761333A公布了一种多功能真三轴应力煤心夹持器，该装置采用复合加载方式，试样外套有胶套，能进行渗流试验，但是Y轴加压柱塞直接作用在试样外的胶套上，承压能力有限，不能进行高应力下的试验。Y轴加压柱塞端面未采取任何绝缘措施，故该装置无法测试试样的电学性能。美国专利US3728895公布了一种三向压缩测试装置，该装置采用刚性加载，试样放置在金属矩形主体中间的空隙中，六个金属刚性模块插入通向主体空隙的开口中与岩心直接接触，金属刚性模块通过螺杆固定在矩形主体上，承压能力低，只能做低应力下的力学试验，此外，该装置不能测试三轴压力下试样的渗流性能、电学性能以及声学性能。
[0007]以上所述四类三轴仪均不能在满足三轴应力条件下同时进行高温高压渗流试验、电学性能测试、力学性能测试和声学性能测试。而且国内的三轴仪设计中，三轴仪的各向加载装置均伸向三轴仪主体外，这种设计方法增大了装置尺寸，装置显得笨重并且难以操作。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种真三轴岩石参数测试系统，所述测试系统能在不等三向压力下同时测试高温高压条件下岩石的力学性能、声学性能、电学性能和渗流性能。
[0009]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:一种真三轴岩石参数测试系统，其特征在于:所述测试系统包括岩石加载机构、加载机构旋转升降装置以及检测控制系统，所述岩石加载机构连接于所述旋转升降装置上，用于在不等的三向压力下同时测试高温高压条件下岩层样品的力学性能、声学性能、电学性能和渗流性能；所述旋转升降装置用于驱动所述岩石加载机构进行旋转和升降运动；岩石加载机构以及加载机构旋转升降装置内的电学元件与所述检测控制系统进行连接，所述检测控制系统用于通过所述岩石加载机构对岩层样品进行作用，采集岩层样品的参数变化，并控制所述旋转升降装置驱动所述岩石加载机构做旋转和升降运动。
[0010]进一步的技术方案在于:所述岩石加载机构包括压力室，X轴、Y轴、Z轴加载组件以及岩心胶套，所述X轴、Y轴、Z轴加载组件位于所述压力室内，所述X轴、Y轴、Z轴加载组件各设有两个，分别位于所述岩层样品的前、后、左、右、上、下侧，所述X轴加载组件包括X轴前加载组件和X轴后加载组件，以Y轴为中心对称线进行设置且结构相同，X轴前加载组件和X轴后加载组件包括X轴加载活塞，X轴加载活塞上设有X轴的压力传感器、位移传感器以及与压力位移测试线；所述Y轴加载组件包括Y轴左加载组件和Y轴右加载组件，以X轴为中心对称线进行设置且结构相同，Y轴左加载组件和Y轴右加载组件包括Y轴加载活塞和活塞底座，所述Y轴加载活塞上设有Y轴的压力传感器、位移传感器、加压控制线以及压力位移测试线；所述Z轴加载组件包括Z轴上加载组件和Z轴下加载组件，所述Z轴下加载组件包括Z轴加载活塞，固定在压力室的底座上，所述Z轴上加载组件包括Z轴加载活塞和活塞底座，所述Z轴加载活塞上设有Z轴的压力传感器、位移传感器、加压控制线、压力位移测试线以及渗透率测试线；所述岩心胶套的中心为矩形空间，用于放置岩层样品，岩心胶套沿岩层样品的六个面分别设有一开口，开口的形状与X轴、Y轴、Z轴加载活塞的外部形状相适配，加载活塞伸入到各个面的开口内，将开口堵死；x轴加载活塞以及Y轴加载活塞的端面通过陶瓷垫片与岩层样品的前、后、左、右侧面相接触，Z轴的加载活塞上安装有压电陶瓷，压力室内充有液压油，压力室上安装有围压加压管线，加载机构中所有的管线、测试线以及数据采集线都经过压力室底部的圆形通孔引到压力室外，与检测控制系统相连。
[0011]进一步的技术方案在于:所述X轴加载活塞、Y轴加载活塞以及Z轴下加载组件上的Z轴加载活塞靠近岩层样品的部分为长方体，与长方体相连的部分为圆柱体，长方体与岩层样品接触的端面的对角线长度与圆柱体的直径相同；z轴上加载组件上的Z轴加载活塞靠近岩层样品的部分为长方体，中部为圆柱体，长方体与岩层样品接触的端面的对角线长度与圆柱体的直径相同，底部为直径比中部圆柱体的直径大的圆柱体。
[0012]进一步的技术方案在于:所述Y轴加载组件上的Y轴的活塞底座与压力室接触的面为圆弧曲面，与压力室的内壁相适配，圆弧曲面的直径与压力室釜体内径相同。
[0013]进一步的技术方案在于:所述陶瓷垫片的四周进行倒角处理；
[0014]进一步的技术方案在于:所述陶瓷垫片的外表面贴有弹性膜。
[0015]进一步的技术方案在于:所述压力室包括压力室底座和压力室釜体，所述压力室底座螺纹连接于所述压力室釜体的底部。
[0016]进一步的技术方案在于:所述压力室釜体的侧壁上设有加热管和降温