一种高温高压实验装置、实验系统及实验方法与流程

本发明涉及地质样品的实验，具体而言，涉及一种高温高压实验装置、实验系统及实验方法。

背景技术：

1、目前，在现有技术中，高温高压实验装置主要用于对处于高温、高压环境下的样品例如地质样品在空间三个坐标方向施加压力以进行三轴实验，以测定样品的力学数据，例如该力学数据主要包括轴压数据、围压数据、孔隙压力数据等；其中，该地质样品通常为标准尺寸样品(即直径与高度的比值在0.5-1的圆柱状样品)，例如直径20mm，高度40mm；高温高压实验装置主要包括机壳以及设置于机壳内的轴压组件，轴压组件的中部设有用于安放样品的样品仓，当在进行轴压测试时，需要将高温高压实验装置放置到单轴压机处，使轴压组件的顶端和底端分别与单轴压机的框架和伸缩杆抵接，通过单轴压机对轴压组件施加作用力，以测定上述标准尺寸样品的轴压数据。

2、但是对于一些小样品例如钻井岩屑、行星样品等，这类小样品来源珍贵、数量小体积小、形状不规则，因此制备符合实验的样品其长径比变化较大，如直径为8mm,高度可在5-20mm。另外，为避免外加温对压力加载系统损伤影响，势必增加了装样系统的长度，在单轴压机通过轴压组件对小样品施加轴向压力时，小样品很容易出现弯曲、倾斜等事故。因此，上述用于对标准尺寸样品进行三轴实验的高温高压实验装置无法对这类小样品进行三轴实验，进而导致高温高压实验装置的适用范围有限。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何扩大对样品进行三轴实验的高温高压实验装置的适用范围。

2、为解决上述问题，第一方面，本发明提供一种高温高压实验装置，包括机壳和三轴压力总成，所述三轴压力总成包括轴压组件和保护套，所述机壳的内部设有主腔体，所述轴压组件的至少部分嵌设于所述主腔体内；

3、所述轴压组件包括沿所述机壳的轴向依次排列分布的第一压头、第一安装座、第二安装座、第二压头和压力加载结构，所述第一安装座和所述第二安装座之间形成样品仓，所述样品仓内用于安装样品；

4、所述保护套套设于所述第一压头和所述第二压头的部分，以及所述第一安装座、所述样品和所述第二安装座。

5、可选地，所述三轴压力总成还包括第三压头和固定套，所述第三压头嵌设于所述主腔体内，所述第三压头滑动套设于所述压力加载结构；

6、所述压力加载结构包括同轴设置的压力加载杆和环形凸起，所述环形凸起固定套设于所述压力加载杆的周向外壁，所述第三压头的内部设有沿所述压力加载杆的轴向方向依次连通的第一腔体和第二腔体，所述固定套滑动嵌设于所述第一腔体内，且所述固定套套设于所述第二压头和所述压力加载杆的顶端；所述环形凸起滑动设置于所述第二腔体内。

7、可选地，所述保护套与所述机壳的内壁之间形成围压腔；

8、所述三轴压力总成还包括加热炉和两个导热套管，所述机壳为凸型结构，所述凸型结构环绕于所述样品仓设置，所述加热炉套设于所述凸型结构的窄部处，用于对所述围压腔内的围压流体进行加热；

9、两个所述导热套管沿所述机壳的轴向间隔排列，且所述导热套管套设于所述保护套外，且两个所述导热套管分别包裹于所述样品与所述第一安装座以及所述样品与所述第二安装座的连接处；

10、所述导热套管与所述机壳的内壁之间处形成用于所述围压流体流过的第一通道，和/或，所述导热套管与所述保护套之间形成用于所述围压流体流过的第二通道。

11、可选地，所述三轴压力总成还包括两个隔热套管，两个所述隔热套管沿所述机壳的轴向间隔排列，所述隔热套管套设于所述保护套外，且两个所述导热套管处于两个所述隔热套管之间；

12、所述隔热套管与所述机壳的内壁之间处形成用于所述围压流体流过的第三通道，和/或，所述隔热套管与所述保护套之间形成用于所述围压流体流过的第四通道。

13、可选地，所述三轴压力总成还包括热电偶，所述隔热套管和导热套管的内壁均设置安装槽，所述热电偶的一端处于所述第一压头外，所述热电偶的另一端依次穿设于第一压头以及所述隔热套管和导热套管的所述安装槽，并延伸至所述样品仓处。

14、可选地，所述三轴压力总成还包括隔热环，所述隔热环套设于所述保护套外，且所述隔热环处于所述隔热套管与所述第一压头之间处。

15、可选地，所述三轴压力总成还包括第一密封圈、第二密封圈和检测器件，所述第一密封圈嵌设于所述固定套与所述压力加载杆之间处，所述第二密封圈嵌设于所述固定套与所述第三压头之间处；

16、所述环形凸起与所述固定套之间形成第三腔体，所述第三压头上还设有相互连通的第一流道和第二流道，所述第二流道通过所述第一流道与所述第三腔体连通，所述检测器件与所述第二流道连通，用于检测所述围压腔内的围压流体在所述第一密封圈和所述第二密封圈处是否产生泄露，以及所述第三腔体内的空气从所述第二流道的排气压力。

17、与现有技术相比，本发明在对样品例如小样品进行三轴实验中的轴压测试时，可使轴压组件的顶端和底端例如第一压头和压力加载结构分别与压机的固定框架和伸缩杆抵接，通过压机对轴压组件施加轴向压力并作用于小样品，以实现对小样品的轴压测试；在轴压测试过程中，由于保护套套设于所述第一压头的下部分和所述第二压头的上部分，以及所述第一安装座、所述样品和所述第二安装座，换言之，保护套将所述第一压头和所述第二压头，以及所述第一安装座、所述样品和所述第二安装座始终固定于同一竖直轴线上，可以对样品起到定位作用，有效防止样品在轴压测试过程中被压弯、偏移等，以确保轴压测试作业的正常工作，不仅能够适用于小样品的三轴实验，而且还能适用于标准尺寸样品的三轴实验，进而扩大了高温高压实验装置的适用范围，而且还可以有效防止在后续的围压测试中围压流体直接进入样品内，从而对后续对样品的孔隙压力测试产生干扰。

18、再者，由于保护套只套设于第一压头的下部分和第二压头的上部分，换言之，保护套的顶端和底端分别与第一压头的顶端和第二压头的底端之间预留一定的间隔，该间隔可作为压机在对轴压组件施加轴向压力时样品的变形距离，例如在进行轴压测试时，样品被压缩变短，第一压头和第二压头之间的距离变小，此过程中由于保护套顶端和底端预留的间隔不会对压机通过轴压组件对样品的轴压测试作业产生干涉，直至轴压测试结束，保护套的顶端和底端分别与第一压头和第二压头之间存在微小间隔或者相抵，从而确保轴压测试顺利进行。

19、另外，第一压头、第一安装座、第二安装座、第二压头和压力加载结构可采用分体例如可拆卸连接的方式，从而不仅方便装卸样品，而且在取出样品的过程中，还可以避免较长的第二压头和压力加载结构出现断裂，相应的减少维修频次，延长其使用寿命。

20、第二方面，本发明另一实施例提供一种实验系统，包括如上所述的高温高压实验装置，还包括压机，所述压机包括框架和伸缩杆，所述高温高压实验装置中轴压组件的相对两端分别对应连接所述框架和伸缩杆。

21、由于，实验系统包括高温高压实验装置，故实验系统至少具有高温高压实验装置的全部技术效果，在此不再赘述。

22、第三方面，本发明另一实施例提供一种实验方法，基于如上所述的实验系统，包括如下步骤：

23、将挑选好的毛坯料加工以形成符合实验要求的样品；

24、将所述样品以及所述轴压组件组装于所述高温高压实验装置的机壳内；

25、通过所述压机对所述轴压组件施加轴向压力，以进行轴压实验，并实时采集第一轴压数据；

26、控制所述实验系统的围压装置向所述样品所在的围压腔和三轴压力总成的内充入围压流体，以使所述三轴压力总成处于静压状态；

27、控制孔隙压力装置向所述样品输入孔隙流体，多次增加所述围压流体的流量，多次对所述轴压组件施加轴向压力，采集记录样品的力学数据；

28、保存所述力学数据，卸载所述轴向压力、所述围压流体和所述孔隙流体，拆卸所述三轴压力总成，并取出样品。

29、由于，实验方法基于如上所述的实验系统，故实验方法至少具有实验系统的全部技术效果，在此不再赘述。

30、可选地，所述将挑选好的毛坯料加工以形成符合实验要求的样品包括：

31、挑选符合实验要求的毛坯料；

32、通过胶质物对所述毛坯料进行固定和修补；

33、对修补后的所述毛坯料进行磨削，以形成符合实验要求的样品。