多功能加载实验装置

本发明涉及油气地质开采，尤其涉及一种多功能加载实验装置。

背景技术：

1、本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

2、在油气地质开采技术领域，由于油气储层位于地下深处，其井下的储层岩石的裂缝以及层理无法直接观测，从而导致无法直接研究地应力作用及井下多条件下的岩石物理性质参数以及水力裂缝拓展机理，这对于井下开采技术领域的研究来说面临着现实的困难。

3、在实践中，已有针对井下环境的岩石物理特性等机理研究设置有多种实验装置，例如模拟井下压裂实验过程的压裂装置，以及模拟井下压力环境的轴压和围压装置，但该些装置需要在实验后将试样取出后观测，无法满足对实际岩石裂缝及层理的物理特性拓展等问题实时观测的需求，同时也有采用ct等装置对水压裂实验进行研究的装置，但该装置仅能测得水力压裂缝的状态，无法满足实时观测多种加载情况下的裂缝应力变化以及获得裂缝的三维体积测量，对于研究深层岩石特性仍有不足。

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多功能加载实验装置，解决了在油气地质开采技术领域中，需要解决在多种加载情况下的测量岩石裂缝应力变化以及获得裂缝的三维体积测量等问题。

2、本发明的上述实施目的主要由以下技术方案来实现：

3、本发明提供一种多功能加载实验装置，包括：

4、夹持单元，具有能装载待测样品的装载腔，所述装载腔的相对两端设有可拆卸的压盖机构；

5、压力单元，具有提供轴向力的轴压机构和提供径向力的围压机构，所述轴压机构具有轴压杆，所述轴压杆与其中一所述压盖机构连接，所述围压机构具有提供径向力的轴套，所述轴套位于所述装载腔内；

6、监测单元，具有用于监测轴向力的轴向力传感器、用于监测径向力的力传感器、用于监测轴向位移的位移传感器、以及设置在所述装载腔外的射线机构。

7、在一具体实施例中，所述压盖机构包括密封连接在所述装载腔的一端的第一堵头、以及密封连接在所述装载腔的另一端的第二堵头，所述第一堵头与所述第二堵头均能与所述待测样品抵接。

8、在一具体实施例中，所述第一堵头与所述第二堵头分别与所述待测样品胶结，所述轴压杆与所述第二堵头连接。

9、在一具体实施例中，所述装载腔内设有限位机构，所述限位机构包括相对设置的第一限位模具和第二限位模具，所述第一限位模具连接在所述第一堵头与所述轴套之间，所述第二限位模具的一端套接在所述轴套上，其另一端套接在所述第二堵头和所述轴压杆上。

10、在一具体实施例中，所述第一堵头包括对扣在一起的第一固定堵头和第一剪切堵头，所述装载腔的一端连接有第一压盖，所述第一剪切堵头的一端通过弹性件与所述第一压盖抵接，其另一端能与所述待测样品抵接，所述第一固定堵头夹设在所述第一压盖与所述待测样品之间。

11、在一具体实施例中，所述第一剪切堵头相对所述第一固定堵头的移动方向与所述轴压机构提供的轴向力相平行；所述第一固定堵头的长度为所述第一剪切堵头的长度与所述弹性件的长度之和。

12、在一具体实施例中，所述第二堵头包括对扣在一起的第二固定堵头和第二剪切堵头，所述装载腔的另一端连接有第二压盖，所述第二剪切堵头的一端与所述轴压杆抵接，其另一端能与所述待测样品抵接，所述第二固定堵头夹设在所述第二压盖与所述待测样品之间。

13、在一具体实施例中，所述第二剪切堵头相对所述第二固定堵头的移动方向与所述轴压机构提供的轴向力相平行；所述第二剪切堵头的长度大于所述第二固定堵头的长度。

14、在一具体实施例中，所述第一堵头具有流体通道，所述流体通道靠近所述待测样品的一端形成有内径大于所述流体通道的注入腔，所述待测样品内穿设有注入管，所述注入管密封穿设在所述注入腔中。

15、在一具体实施例中，所述射线机构包括设置在所述装载腔的外侧的射线源和探测器，所述射线源和所述探测器位于所述装载腔的相对两侧。

16、在一具体实施例中，所述轴套包括密封套接于所述待测样品上的胶套，所述胶套与所述装载腔的内壁形成围压密封腔。

17、在一具体实施例中，所述围压机构具有围压泵，所述围压密封腔通过围压管线与所述围压泵连通，所述力传感器设置在所述围压管线上。

18、在一具体实施例中，所述轴压机构包括液压缸和可移动地穿设在所述液压缸内的活塞，所述轴压杆与所述活塞可拆卸相连。

19、在一具体实施例中，所述活塞将所述液压缸分隔为独立的第一液压腔与第二液压腔，所述第一液压腔通过轴压管线与第一轴压泵相连，所述第二液压腔通过轴压管线与第二轴压泵相连。

20、在一具体实施例中，所述力传感器设置在所述轴压管线上，和/或，所述轴向力传感器设置在所述轴压杆与所述活塞之间，和/或，所述位移传感器连接在所述活塞上。

21、与现有技术相比，本发明所述的技术方案具有以下特点和优点：

22、1、本发明能够通过可拆卸的压盖机构，实现了针对不同测试条件的不更换测量装置，使用同一条件下的装置，控制了变量，最大程度的避免了因切换多台设备导致数据误差等情况。

23、2、本发明能够通过射线机构和各种传感器，实时测得在不同加载条件下，岩石裂缝拓展和岩石层理结构的应力变化机理以及裂缝的三维构图，通过两种数据的结合，能够更高效的提供研究数据，便于快速得出研究成果。

技术特征：

1.一种多功能加载实验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述压盖机构包括密封连接在所述装载腔的一端的第一堵头、以及密封连接在所述装载腔的另一端的第二堵头，所述第一堵头与所述第二堵头均能与所述待测样品抵接。

3.根据权利要求2所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述第一堵头与所述第二堵头分别与所述待测样品胶结，所述轴压杆与所述第二堵头连接。

4.根据权利要求3所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述装载腔内设有限位机构，所述限位机构包括相对设置的第一限位模具和第二限位模具，所述第一限位模具连接在所述第一堵头与所述轴套之间，所述第二限位模具的一端套接在所述轴套上，其另一端套接在所述第二堵头和所述轴压杆上。

5.根据权利要求2所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述第一堵头包括对扣在一起的第一固定堵头和第一剪切堵头，所述装载腔的一端连接有第一压盖，所述第一剪切堵头的一端通过弹性件与所述第一压盖抵接，其另一端能与所述待测样品抵接，所述第一固定堵头夹设在所述第一压盖与所述待测样品之间。

6.根据权利要求5所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述第一剪切堵头相对所述第一固定堵头的移动方向与所述轴压机构提供的轴向力相平行；所述第一固定堵头的长度为所述第一剪切堵头的长度与所述弹性件的长度之和。

7.根据权利要求5所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述第二堵头包括对扣在一起的第二固定堵头和第二剪切堵头，所述装载腔的另一端连接有第二压盖，所述第二剪切堵头的一端与所述轴压杆抵接，其另一端能与所述待测样品抵接，所述第二固定堵头夹设在所述第二压盖与所述待测样品之间。

8.根据权利要求7所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述第二剪切堵头相对所述第二固定堵头的移动方向与所述轴压机构提供的轴向力相平行；所述第二剪切堵头的长度大于所述第二固定堵头的长度。

9.根据权利要求2所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述第一堵头具有流体通道，所述流体通道靠近所述待测样品的一端形成有内径大于所述流体通道的注入腔，所述待测样品内穿设有注入管，所述注入管密封穿设在所述注入腔中。

10.根据权利要求1所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述射线机构包括设置在所述装载腔的外侧的射线源和探测器，所述射线源和所述探测器位于所述装载腔的相对两侧。

11.根据权利要求1所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述轴套包括密封套接于所述待测样品上的胶套，所述胶套与所述装载腔的内壁形成围压密封腔。

12.根据权利要求11所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述围压机构具有围压泵，所述围压密封腔通过围压管线与所述围压泵连通，所述力传感器设置在所述围压管线上。

13.根据权利要求1所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述轴压机构包括液压缸和可移动地穿设在所述液压缸内的活塞，所述轴压杆与所述活塞可拆卸相连。

14.根据权利要求13所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述活塞将所述液压缸分隔为独立的第一液压腔与第二液压腔，所述第一液压腔通过轴压管线与第一轴压泵相连，所述第二液压腔通过轴压管线与第二轴压泵相连。

15.根据权利要求14所述的多功能加载实验装置，其特征在于，所述力传感器设置在所述轴压管线上，和/或，所述轴向力传感器设置在所述轴压杆与所述活塞之间，和/或，所述位移传感器连接在所述活塞上。

技术总结
本发明提供了一种多功能加载实验装置，包括：夹持单元，具有能装载待测样品的装载腔，装载腔的相对两端设有可拆卸的压盖机构；压力单元，具有提供轴向力的轴压机构和提供径向力的围压机构，轴压机构具有轴压杆，轴压杆与其中一压盖机构连接，围压机构具有提供径向力的轴套，轴套位于装载腔内；监测单元，具有用于监测轴向力和径向力的力传感器、用于监测轴向位移的位移传感器、以及设置在装载腔外的射线机构。其中，通过可拆卸的压盖机构，实现了针对不同测试条件下不更换测量装置，最大程度的避免因切换多台设备导致数据误差等情况，能够通过射线机构和各种传感器，实时获取岩石裂缝拓展内部的应力及轴向应变情况，提供更直观的研究数据。

技术研发人员：盛茂,任乐佳,王天宇,李根生,田守嶒,宋先知
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16