专利名称：圆柱形岩心真三轴夹持器的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油地质领域，用于渗流模拟实验的圆柱形岩心真三轴夹持器，本发明可以使圆柱形岩心模拟在地下的真实受力状况，可实现X、Y、Z三个轴向应力的单独加载，从而针对圆柱形岩心开展岩心真三轴力学性能、渗流模拟等试验研究。
背景技术：
常规的岩心夹持设备，通过在橡胶圆筒外围施加压力夹持岩心来模拟岩石在地层中的受力状况，在石油、地质领域的各种试验研究中普遍使用；其结构通常为单轴、两轴或假三轴，一般采用圆筒形橡胶筒包覆岩心，并在胶筒外围施加包覆压力，岩心端面施加轴向压力挤压岩心，从而实现夹持密封的作用；岩心在这种夹持器中圆柱面为均勻受力状态，没有方向区别，其模拟的地层应力状况不能真实反应岩心在地下的实际受力状态，因此开展实验所得的结果与真实状态会有一定的误差。
发明内容
本发明的目的是要提供一种圆柱形岩心真三轴夹持器，应用于圆柱形岩心，能够实施三维应力加载，模拟岩心在地下真实受力状况的岩心受力状态，该夹持器可以实现对圆柱形岩心X、Y、Z三个轴向单独加载应力，从而开展岩心真三轴力学性能、渗流模拟等试验研究。本发明在做圆柱形岩心力学性能，渗流模拟试验研究时能够实施三维应力加载， 模拟岩心在地下的真实受力状况，实现对圆柱形岩心从、x、Y、z三个轴向单独加载应力的真三轴的模拟实验研究工作；具体结构是在夹持器主体中心从内向外设有圆柱形岩心，岩心胶筒、X轴向围压胶筒、Y轴向围压胶筒；上端面中心设有Z轴柱塞，套在Z轴上的Z轴压力腔体、套在Z轴上的Z轴压力腔体上的上盖、压在Z轴压力腔体和上盖下面的密封压盘、压在密封压盘下的胶筒衬环，胶筒衬环套在X轴向围压胶筒和Y轴向围压胶筒上，密封压盘下端分别套进X轴向围压胶筒和Y轴向围压在胶筒内，Z轴柱塞下部套在岩心胶筒内，上盖、密封压盘与夹持器主体之间螺栓连接；夹持器主体下端中心从内向外设有止动柱塞，套在止动柱塞上的止动衬环和止动丝堵，止动丝堵与夹持器主体螺纹连接，与止动柱塞凹槽连接； 夹持器主体固定在旋转支架上。主体为金属材质圆柱体，中间沿轴向加工有十字异形孔，在空间上形成四个相对的凹槽，凹槽用来放置X轴向Y轴向围压胶筒和岩心胶筒，夹持器主体上端面设有用来固定上盖的螺纹孔，下端中部设有一个内螺纹孔，与止动丝堵配合。X轴向Y轴向围压胶筒为4支扁长四方形空心筒，橡胶材质，一端密封，上端为带有翻边的开口，用来插入密封压盘、密封X轴向、Y轴向方向的压力；加压后，X轴向Y轴向围压胶筒会膨胀变形，挤压岩心胶筒，向岩心胶筒传递应力。岩心胶筒为十字形，中心开有圆柱型通孔，橡胶材质，外形与夹持器主体上的十字异形孔相匹配，在岩心胶筒中心可装入圆柱形岩心，两端分别压入胶筒衬环和止动衬环，用来支撑和辅助密封。Z轴压力腔体设为圆柱形，外周下部设有对称的两个弧形台，中心设有上直径小， 下直径大的通孔，在下通孔的上部设有压力接口。上盖为圆柱形，上直径小下直径大，在变径台阶上设有螺栓孔，在直径小的端面上沿中心孔向下开有对称的两个凹形槽，上部槽底直径小，下部直径大。密封压盘设有中心孔，上端面为平面，在下端面中心孔的外周面上对称设有四个长方形凸台，通过上盖压紧，用来定位和密封X轴向和Y轴向围压胶筒，密封压盘上开有4 个带χ轴向压力接口和Y轴向压力接口的流体通道；在密封压盘的外端面上设有与上盖螺栓孔对应的螺栓孔。胶筒衬环设为圆柱形，中心设有中心孔，上端面设为平面，下端面中心孔外周设为环形锥形台，在中心孔的外周端面上设有上大下小四个对称的长方形孔。止动柱塞、Z轴柱塞与岩心接触的端面上，开设有环状相互通联的水线槽，保证流过的试验介质可以与岩心有较大的接触面积，使实验介质更均勻的分布，提供可靠的渗流面积。本发明解决了圆柱形岩心真三轴室内模拟实验的问题，能模拟在地下的真实应力状况，可实现X、Y、Z三个轴向应力的单独加载，能从圆柱形岩心的X、Y、Z三个轴向而开展真三轴力学性能、渗流模拟实验研究。给石油开发提供真实可靠理论数据。
图1是夹持器装配剖面示意图；图2是图1旋转90°结构示意图；图3是夹持器主体俯视结构示意图；图4是XY轴向围压胶筒结构示意图；图5是岩心胶筒结构示意图；图6是胶筒衬环结构示意图。图中01-夹持器主体，02-XY围压胶筒，03-岩心胶筒，04-圆柱形岩心，05-Z 轴柱塞，06—Z轴压力腔体，07—上盖，08—密封压盘，09—胶筒衬环，10-轴承，11-锁止环，12-中心转轴，13—止动衬环，14—止动丝堵，15—止动柱塞，16—旋转支架，17-X轴向压力接口，18-Y轴向压力接口，19-凹槽，20-十字异形孔，21-螺栓孔，22-内螺纹孔。
具体实施例方式参照图1，本发明在于在做圆柱形岩心力学性能，渗流模拟试验研究时能够实施三维应力加载，模拟岩心在地下的真实受力状况，实现对圆柱形岩心从、X、Y、Z三个轴向单独加载应力的真三轴的模拟实验研究工作；具体结构是在夹持器主体中心从内向外设有圆柱形岩心04，岩心胶筒03、X轴向围压胶筒02、Y轴向围压胶筒2 ；上端面中心设有Z轴柱塞 05，套在Z轴上的Z轴压力腔体06、套在Z轴上的Z轴压力腔体上的上盖07、压在Z轴压力腔体和上盖下面的密封压盘08、压在密封压盘下的胶筒衬环09，胶筒衬环套在X轴向围压胶筒和Y轴向围压胶筒上，密封压盘下端分别套进X轴向围压胶筒和Y轴向围压在胶筒内， Z轴柱塞05下部套在岩心胶筒内；上盖、密封压盘与夹持器主体01之间螺栓连接；夹持器主体下端中心从内向外设有止动柱塞15，套在止动柱塞上的止动衬环13和止动丝堵14，止动丝堵与夹持器主体螺纹连接，与止动柱塞凹槽连接；夹持器主体固定在旋转支架16上。
在应用本发明时首先将圆柱形岩心真三轴夹持器安装在设有轴承10、锁止环11、 中心转轴12的旋转支架16上，将Z轴柱塞05和止动柱塞15的压力接口分别与压力源管路相接，X轴向压力接口 17和Y轴向压力接口 18分别与压力源管路相接，各自有独立的压力源，做三轴向加载模式下的渗流实验时，从Z轴柱塞加压模拟地层所受纵向压力；分别从 X轴向压力接口 17或Y轴向力接口 18向X轴向围压胶筒02或Y轴向围压胶筒02施压，通过岩心胶筒传递给圆柱形岩心4，模拟圆柱岩心外围地层压力，在从X轴向、Y轴向、Z轴向同时向圆柱形岩心模拟地层压力施压后，保持静止状态，再从止动柱塞15上的通孔注入流体，流体将通过岩心4和Z轴柱塞上的通孔流出，测量注入的压力和流体的流量便可算出岩心在三轴应力状况下的渗透率参数。
权利要求
1.一种圆柱形岩心真三轴夹持器，其特征在于在做圆柱形岩心力学性能，渗流模拟试验研究时能够实施三维应力加载，模拟岩心在地下的真实受力状况，实现对圆柱形岩心从、 X、Y、Z三个轴向单独加载应力的真三轴的模拟实验研究工作；具体结构是在夹持器主体中心从内向外设有圆柱形岩心，岩心胶筒、X轴向围压胶筒、Y轴向围压胶筒；上端面中心设有 Z轴柱塞，套在Z轴上的Z轴压力腔体、套在Z轴上的Z轴压力腔体上的上盖、压在Z轴压力腔体和上盖下面的密封压盘、压在密封压盘下的胶筒衬环，胶筒衬环套在X轴向围压胶筒和Y轴向围压胶筒上，密封压盘下端分别套进X轴向围压胶筒和Y轴向围压在胶筒内，Z轴柱塞下部套在岩心胶筒内，上盖、密封压盘与夹持器主体之间螺栓连接；夹持器主体下端中心从内向外设有止动柱塞，套在止动柱塞上的止动衬环和止动丝堵，止动丝堵与夹持器主体螺纹连接，与止动柱塞凹槽连接；夹持器主体固定在旋转支架上。
2.根据权利要求书1所述的圆柱形岩心真三轴夹持器，其特征在于主体为金属材质圆柱体，中间沿轴向加工有十字异形孔，在空间上形成四个相对的凹槽，凹槽用来放置X轴向 Y轴向围压胶筒和岩心胶筒，夹持器主体上端面设有用来固定上盖的螺纹孔，下端中部设有一个内螺纹孔，与止动丝堵配合。
3.根据权利要求1所述的圆柱形岩心真三轴夹持器，其特征在于X轴向Y轴向围压胶筒为4支扁长四方形空心筒，橡胶材质，一端密封，上端为带有翻边的开口，用来插入密封压盘、密封X轴向、Y轴向方向的压力；加压后，X轴向Y轴向围压胶筒会膨胀变形，挤压岩心胶筒，向岩心胶筒传递应力。
4.根据权利要求1所述的圆柱形岩心真三轴夹持器，其特征在于岩心胶筒为十字形， 中心开有圆柱型通孔，橡胶材质，外形与夹持器主体上的十字异形孔相匹配，在岩心胶筒中心可装入圆柱形岩心，两端分别压入胶筒衬环和止动衬环，用来支撑和辅助密封。
5.根据权利要求1所述的圆柱形岩心真三轴夹持器，特征在于Z轴压力腔体设为圆柱形，外周下部设有对称的两个弧形台，中心设有上直径小，下直径大的通孔，在下通孔的上部设有压力接口。
6.根据权利要求1所述的圆柱形岩心真三轴夹持器，其特征在于上盖为圆柱形，上直径小下直径大，在变径台阶上设有螺栓孔，在直径小的端面上沿中心孔向下开有对称的两个凹形槽，上部槽底直径小，下部直径大。
7.根据权利要求1所述的圆柱形岩心真三轴夹持器，其特征在于密封压盘设有中心孔，上端面为平面，在下端面中心孔的外周面上对称设有四个长方形凸台，通过上盖压紧， 用来定位和密封X轴向和Y轴向围压胶筒，密封压盘上开有4个带X轴向压力接口和Y轴向压力接口的流体通道；在密封压盘的外端面上设有与上盖螺栓孔对应的螺栓孔。
8.根据权利要求1所述的圆柱形岩心真三轴夹持器，其特征在于胶筒衬环设为圆柱形，中心设有中心孔，上端面设为平面，下端面中心孔外周设为环形锥形台，在中心孔的外周端面上设有上大下小四个对称的长方形孔。
9.根据权利要求1所述的圆柱形岩心真三轴夹持器，其特征在于止动柱塞、Z轴柱塞与岩心接触的端面上，开设有环状相互通联的水线槽，保证流过的试验介质可以与岩心有较大的接触面积，使实验介质更均勻的分布，提供可靠的渗流面积。
全文摘要
一种圆柱形岩心真三轴夹持器，在做圆柱形岩心力学性能，渗流模拟试验研究时能够实施三维应力加载，模拟岩心在地下的真实受力状况，实现对圆柱形岩心从、X、Y、Z三个轴向单独加载应力的真三轴的模拟实验研究工作；得出地层岩心在真实状态下的物性参数，指导石油开发方案的制定，获得良好的经济效益。
文档编号G01N3/04GK102353584SQ20111014525
公开日2012年2月15日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者侯立群, 宋树才, 朱金堂, 李晓东, 邵东亮, 黄少华 申请人:山东中石大石仪科技有限公司