[发明专利]一种岩石气体渗流—蠕变耦合的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验装置，特别涉及一种岩石气体渗流—蠕变耦合的试验装置。

背景技术

岩石渗透性和蠕变性对岩石工程、工程水文地质、工程地球物理具有极其重要的意义。蠕变是岩石重要的力学特性之一，随着我国经济的快速发展，大型岩石工程日趋多样化与复杂化，需要对各种复杂条件下岩石的蠕变特性进行更深入的研究。目前，我国实施与规划中的石油(天然气)地下能源储存、低渗透油气田开发、高瓦斯矿井瓦斯抽放、放射性废料地质深埋处置等工程，都涉及到在复杂的地质结构中建造地下工程，这些工程都涉及气体在岩体介质中渗流的问题，对于岩石气体渗透性的测试及其对环境影响的评估是一个重要方面。

研究多场耦合作用下岩石的渗流、蠕变特性具有重要的意义。这需要大量能模拟岩石渗流—蠕变耦合作用的试验设备，为我国大型能源工程的实施提供基础研究方面的保证，目前研究岩石蠕变的设备较多，如长春朝阳试验仪器有限公司的RYL-60型三维剪切流变仪、美国MTS试验机等，现有岩石蠕变设备大多不具备有岩石气体渗流—蠕变耦合的功能。岩石蠕变研究中考虑渗流作用的试验装置特别小，有关渗流—蠕变耦合的试验装置也仅涉及到岩石蠕变中考虑水渗流的影响，如阎岩，王恩志建立的岩石渗流-蠕变耦合的试验装置，该装置的流体采用是水，试验装置实质上是水渗流-蠕变耦合的试验装置，还有康文法建立的一种多功能岩石三轴流变仪，使用此仪器做了历时12 h的砂岩三轴排水蠕变试验及干燥岩样的三轴压缩试验。有关气体渗流试验装置主要针对岩石的渗透规律、应力水平对气体渗流的影响，极小考虑岩石的蠕变条件下的气体渗流。

由于气体的可压缩性和气体较强的吸附作用，导致气体在岩石中的渗流规律不同于不可压缩或微可压缩液体（如水）的渗流规律，岩石水渗流—蠕变耦合的试验装置不适于研究岩石气体渗流-蠕变耦合效应。而现有气体渗流试验装置由于无法考虑岩样的长时蠕变效应，得到的岩石的渗透系数无法反映在围岩石蠕变过程中岩石渗透系数的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩石气体渗流—蠕变耦合的试验装置，可实现岩石蠕变过程中的轴向、径向变形，轴压、围压，气压、气体流量等参数随时间实时、准确地输出，为研究气体渗流—蠕变耦合作用下岩石的变形、破裂机理提供可靠的试验基础。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种岩石气体渗流—蠕变耦合的试验装置，包括上座、下座、电机油泵、高压氮气气瓶及油泵；上座与下座连接，上座与下座各连接有一带蜂窝气孔的气腔，与上座连接的带蜂窝气孔的气腔与出口管连接，与下座连接的带蜂窝气孔的气腔与进气管连接，下座及与其相连的带蜂窝气孔的气腔与托板连接，托板通过加压活塞杆与加载油缸连接；电机油泵与加载油缸连接，高压氮气气瓶与进气管连接，油泵与油缸连接后，与三轴腔连通。

上述的岩石气体渗流—蠕变耦合的试验装置，油缸与三轴腔连通的管路上设有囊式蓄能器I及压力表I。

上述的岩石气体渗流—蠕变耦合的试验装置，电机油泵与加载油缸连接的管路上设有囊式蓄能器II及压力表II。

上述的岩石气体渗流—蠕变耦合的试验装置，所述的出口管设有气体流量表。

上述的岩石气体渗流—蠕变耦合的试验装置，所述高压氮气气瓶与进气管连接的管路上设有气压表。

与现有技术相比，本发明发明的有益效果是：本发明可以进行不同应力水平、不同气体渗透压力下岩石的气体渗流—蠕变耦合试验，并得到不同时刻的岩样的气体渗流和蠕变变形规律。本发明具备囊式蓄能器，当设备由于外界干扰，而导致压力不稳时，囊式蓄能器可对系统及时补充压力，有较好稳压作用，可以使得岩样在恒应力条件下的蠕变试验顺利、准确地完成；具有带蜂窝气孔的气腔，可使气体均匀地施加于岩样表面。本发明发明高压气瓶内气体为氮气，在常温下化学性质不活跃，保证了实验过程中安全、可靠；本发明采用了位移计和轴向传感器，将它们的测试的结果互检，可得到可靠的轴向变形。

附图说明

图1是本发明发明的结构示意图。

图2是本发明的带蜂窝气孔的气腔结构示意图。