上端的下部和巖心夾持器10下端的上部分別用四個螺釘固定軸向位移傳感器17 ;
S (2):在塑封后的巖心夾持器巖心中部用四個螺釘緊固徑向位移傳感器18，同時在螺釘下緊扣一個橡膠圈，以防止徑向位移傳感器18軸向向下滑動；
S (3):在巖心21的中部加裝溫度傳感器23，軸向位移傳感器17、徑向位移傳感器18、安裝在加熱圈5內(nèi)的溫度傳感器23、巖心21中部的溫度傳感器23和安裝在軸壓加載實驗臺下壓桿4b的壓力傳感器傳遞給計算機3電信號，計算機3將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號。
[0013]步驟三、超臨界二氧化碳的實現(xiàn):
S(I):先將S2中的巖心夾持器10置于軸壓加載實驗臺上壓桿4a與軸壓加載實驗臺下壓桿4b之間，再將加熱圈5、溫度傳感器23、軸向位移傳感器17和徑向位移傳感器18與計算機3連接，然后關(guān)閉三軸試驗艙1，啟動油泵使液壓油充滿三軸試驗艙I同時開啟加壓油泵使加壓油泵活塞按照加載速率50mm/min加載將巖心21圍壓提升至20MPa，隨后關(guān)閉加壓油泵和進油閥6，使整個實驗過程中圍壓穩(wěn)定在20MPa ;
S (2):經(jīng)計算機3控制加熱圈5對三軸試驗艙I加溫，并控制艙內(nèi)溫度在35°C -40°C之間并穩(wěn)定30min ；
S (3):關(guān)緊三軸試驗艙I的進氣閥8和出氣閥9，打開二氧化碳氣瓶14的閥門，使適量二氧化碳進入氣體增壓器15后關(guān)閉氣瓶，用空氣壓縮機16對氣體增壓器15加壓，使氣體增壓器15中二氧化碳壓力提升至1MPa并保持不變；
S (4):打開三軸試驗艙I的進氣閥8，使上述S (3)中壓力為10 MPa的二氧化碳順次經(jīng)進氣閥8和進氣口 19進入到巖心21中；
S (5):維持注入二氧化碳lh，維持溫度在35°C ~40°C之間，巖心21被二氧化碳完全飽和，關(guān)閉三軸試驗艙I的進氣閥8，使二氧化碳密封在絕緣自粘密封帶12內(nèi)，在該溫度和壓力條件下二氧化碳已達到超臨界狀態(tài)，且?guī)r心21已完全被超臨界二氧化碳所飽和，從而實現(xiàn)了超臨界二氧化碳條件；
步驟四、軸壓加載開始實驗:
S(I):在計算機3中輸入巖心21初始尺寸參數(shù)，對軸向位移傳感器17和徑向位移傳感器18清零，準備開始加載軸壓；
S (2):開始執(zhí)行實驗程序，采用應變控制實驗，其控制速率為0.04mm/min，為防止加載時沖擊載荷對測得數(shù)據(jù)的影響，實驗軸壓加載不能過快，在施加軸向載荷的過程中，測試人員記錄下巖心21中溫度、圍壓、二氧化碳壓力以及各級應力下的應力、應變值。增加軸向荷載直到試樣發(fā)生破壞；
步驟五、實驗后計算:
S (I):巖心失效破壞后，停止加載軸向載荷，打開三軸試驗艙I的出氣閥9將二氧化碳排放放空，同時打開回油閥7并啟動油泵將三軸試驗艙I內(nèi)液壓油抽回油箱； S (2):打開三軸試驗艙1，拆卸巖心夾持器10與三軸試驗艙I連接的各傳感器的數(shù)據(jù)線和氣體進出管線；
S (3):取回巖心夾持器10并切下位于巖心21上、下端的氣墊11，保存好實驗后的巖心21和實驗數(shù)據(jù)，準備下次實驗；
S (4):計算巖心21在超臨界二氧化碳條件下的彈性模量、抗壓強度和泊松比，最后繪制巖心21在超臨界二氧化碳條件下的應力應變曲線，求解彈性模量的方法為:應變=加載過程中軸向變形/巖心試件的長度；畫出加載過程中的應力、應變圖；求取曲線中直線段的斜率，即為彈性模量。求解泊松比的方法為:軸向應變=加載過程中軸向變形/巖心試件的長度；徑向應變=加載過程中徑向變形/巖心試件的直徑；畫出加載過程中的軸向應變、徑向應變圖；求取曲線中直線段的斜率，即為泊松比。
【主權(quán)項】
1.一種測定超臨界二氧化碳條件下巖石三軸強度的裝置，其特征在于:它包括三軸試驗艙(1)、巖心夾持裝置、氣體供給系統(tǒng)、液壓油圍壓加載系統(tǒng)(2)和安裝有控制器以及實驗數(shù)據(jù)采集器的計算機(3)，所述的三軸試驗艙(I)內(nèi)且位于三軸試驗艙(I)的上、下兩端分別設置有軸壓加載實驗臺上壓桿(4a)和軸壓加載實驗臺下壓桿(4b)，軸壓加載實驗臺上壓桿(4a)固定于三軸試驗艙(I)上，軸壓加載實驗臺下壓桿(4b)可上、下活動以加載軸壓，軸壓加載實驗臺下壓桿(4b)與軸壓加載裝置連接，三軸試驗艙(I)外壁上設置有帶有溫度控制裝置和溫度傳感器的加熱圈(5)、連通三軸試驗艙(I)的進油閥(6)和回油閥(7)，三軸試驗艙(I)的底部設置有進氣閥(8)和出氣閥(9)，所述的液壓油圍壓加載系統(tǒng)(2)由油泵、加壓泵和油箱組成，加壓泵和油泵的吸引口均與油箱連接，加壓泵和油泵的出油口均與進油閥(6)連接，油泵還與回油閥(7)連接，所述的巖心夾持裝置由巖心夾持器(10)、氣墊(11)、絕緣自粘密封帶(12)和熱縮套(13)組成，巖心夾持器(10)的上、下端分別設置有與進氣閥(8)連接的進氣口( 19)和與出氣閥(9)連接的出氣口(20)，所述的氣體供給系統(tǒng)由順次連接的二氧化碳氣瓶(14)、氣體增壓器(15)和空氣壓縮機(16)組成，氣體增壓器(15)還與進氣閥(8)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的一種測定超臨界二氧化碳條件下巖石三軸強度的裝置，其特征在于:所述的軸壓加載實驗臺下壓桿(4b)的頂部設置有溫度傳感器(23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任意一項所述的一種測定超臨界二氧化碳條件下巖石三軸強度的方法，其特征在于:它包括以下步驟: S1、塑封巖心:先將端面磨平后的巖心(21)的兩端加裝氣墊(11)，再先后用絕緣自粘密封帶(12)和熱縮套(13)將巖心(21)包裹固定于巖心夾持器(10)之間，從而實現(xiàn)了巖心的塑封； S2、加裝傳感器:在巖心夾持器(10)上端的下部和巖心夾持器(10)下端的上部安裝軸向位移傳感器(17)，熱縮套(13)外表面上且位于巖心(21)的中部安裝徑向位移傳感器(18)，巖心(21)的中部安裝溫度傳感器(23)； S3、超臨界二氧化碳的實現(xiàn): S (1):先將S2中的巖心夾持器(10)置于軸壓加載實驗臺上壓桿(4a)與軸壓加載實驗臺下壓桿(4b)之間，再將加熱圈(5)、溫度傳感器(23)、軸向位移傳感器(17)和徑向位移傳感器(18)與計算機(3)連接，然后關(guān)閉三軸試驗艙(I )，啟動油泵使液壓油充滿三軸試驗艙(I)同時開啟加壓油泵使加壓油泵活塞按照加載速率50mm/min加載將巖心(21)圍壓提升至20MPa，隨后關(guān)閉加壓油泵和進油閥(6)，使整個實驗過程中圍壓穩(wěn)定在20MPa ; S (2):經(jīng)加熱圈(5)對三軸試驗艙(I)加溫，并控制艙內(nèi)溫度在35°C ~40°C之間并穩(wěn)定 30min ； S (3):關(guān)緊三軸試驗艙(I)的進氣閥(8)和出氣閥(9)，打開二氧化碳氣瓶(14)的閥門，使適量二氧化碳進入氣體增壓器(15)后關(guān)閉氣瓶，用空氣壓縮機(16)對氣體增壓器(15)加壓，使氣體增壓器(15)中二氧化碳壓力提升至1MPa并保持不變； S (4):打開三軸試驗艙(I)的進氣閥(8)，使上述S (3)中壓力為10 MPa的二氧化碳進入到巖心(21)中； S (5):維持注入二氧化碳lh，維持溫度在35°C ~40°C之間，巖心(21)被二氧化碳完全飽和，關(guān)閉三軸試驗艙(I)的進氣閥(8)，使二氧化碳密封在絕緣自粘密封帶(12)內(nèi)，在該溫度和壓力條件下二氧化碳已達到超臨界狀態(tài)，且?guī)r心(21)已完全被超臨界二氧化碳所飽和，從而實現(xiàn)了超臨界二氧化碳條件； S4、軸壓加載開始實驗:在計算機(3)中輸入巖心(21)初始尺寸參數(shù)，對軸向位移傳感器(17)和徑向位移傳感器(18)清零，開始執(zhí)行實驗程序，采用應變控制實驗，其控制速率為0.04mm/min，增加軸向荷載直到試樣發(fā)生破壞，在施加軸向載荷的過程中記錄下巖心(21)中溫度、圍壓、二氧化碳壓力以及各級應力下的應力、應變值； S5、實驗后計算: S (1):巖心失效破壞后，停止加載軸向載荷，打開三軸試驗艙(I)的出氣閥(9)將二氧化碳排放放空，同時打開回油閥(7)并啟動油泵將三軸試驗艙(I)內(nèi)液壓油抽回油箱； S (2):打開三軸試驗艙(1)，拆卸巖心夾持器(10)與三軸試驗艙(I)連接的各傳感器的數(shù)據(jù)線和氣體進出管線； S (3):取回巖心夾持器(10)并切下位于巖心(21)上、下端的氣墊(11)，保存好實驗后的巖心(21)和實驗數(shù)據(jù)，準備下次實驗； S (4):計算巖心(21)在超臨界二氧化碳條件下的彈性模量、抗壓強度和泊松比，最后繪制巖心(21)在超臨界二氧化碳條件下的應力應變曲線，從而實現(xiàn)了測定超臨界二氧化碳條件下巖石的三軸強度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測定超臨界二氧化碳條件下巖石三軸強度的裝置，它包括三軸試驗艙（1）、巖心夾持裝置、氣體供給系統(tǒng)、液壓油圍壓加載系統(tǒng)（2）和安裝有控制器以及實驗數(shù)據(jù)采集器的計算機，三軸試驗艙（1）外壁上設置有加熱圈（5）、連通三軸試驗艙（1）的進油閥（6）和回油閥（7），巖心夾持裝置由巖心夾持器（10）、氣墊（11）、絕緣自粘密封帶（12）和熱縮套（13）組成，氣體供給系統(tǒng)由順次連接的二氧化碳氣瓶（14）、氣體增壓器（15）和空氣壓縮機（16）組成，它還公開了測定方法。本發(fā)明的有益效果是：很好地實現(xiàn)了超臨界二氧化碳條件下巖石的三軸強度測量，且裝置改裝便捷易行、測量誤差小、工作效率高、二氧化碳利用率高。
【IPC分類】G01N3-10
【公開號】CN104596854
【申請?zhí)枴緾N201410848369
【發(fā)明人】朱海燕, 陶雷, 劉清友
【申請人】西南石油大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月31日