[发明专利]高温岩样应变与声波测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了高温岩样应变与声波测试装置及测试方法，该装置主要由声波发射端、上承压轴、刚玉顶针、上位移滑片、下位移滑片、隔热外壳、碳纤维套、岩样、下承压轴、声波接收端、下铜电极、珍珠岩粉、温度传感器、变压器、温度‑声波控制箱、示波器、上铜电极、数据采集与处理系统组成。该方法包括：（1）将装置安装在单轴力学实验机冲程上；（2）对岩样加热；（3）进行压缩实验；（4）上位移滑片、下位移滑片的差值即为岩样的轴向应变值；（5）从声波发射端发射声波，经过岩样后被声波接收端接收，得到岩样的声波时差；（6）采集各项数据并储存。本发明原理可靠，操作简便，实时获得高温下岩石的力学参数，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及高温岩体地热开发及油气井工程领域中一种用于单轴力学实验机的高温岩样应变与声波测试装置及测试方法。

背景技术

在高温条件下，由于组成岩石的多种矿物颗粒热膨胀不同，会使得岩石内部出现微裂纹，从而导致岩石力学性能劣化，这就会引起地热开发井或油气井井壁失稳，从而造成井塌等严重安全事故。因此研究高温下岩石力学参数的变化规律，具有十分重要的现实意义。

中国专利CN205643032U公开了一种沥青混合料高温稳定性单轴试验装置，能模拟沥青路面受热后温度自路表向下变化的过程，但该装置研究对象是沥青，且只能获得单轴抗剪强度；中国专利CN104865137A与中国专利CN105092387A分别公开了一种测试导体材料高温环境下单轴拉伸力学性能的试验装置与一种单晶硅小尺寸试件高温力学性能原位拉伸测试系统，这两种装置都是进行拉伸力学测试。目前存在的岩石单轴力学实验装置有的无法加温，有的所加温度十分有限，无法测试更高温度下的岩石力学参数，且基本不具备声速测试功能。因此，将岩石作为研究对象，直接进行压缩力学测试，获得岩石的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比等力学参数，为高温岩体地热开发及油气井工程提供科学分析手段和理论依据，已成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供高温岩样应变与声波测试装置，该装置可用于单轴力学实验机上，进行高温下的岩样应变与声波测试实验，实时记录单轴压缩过程中岩样的温度、轴向应变与声波时差，并计算获得抗压强度、弹性模量和泊松比等岩石力学参数，为高温岩体地热开发及油气井工程提供科学分析手段。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置对高温岩样进行应变与声波测试的方法，该方法原理可靠，操作简便，能快速高效加热岩石，实时获得高温下岩石的力学参数，得到的实验数据更加准确可靠，具有广阔的市场应用前景。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

高温岩样应变与声波测试装置，主要由上承压压头、声波发射端、上承压轴、刚玉顶针、上位移滑片、上固定脚块、下固定脚块、下位移滑片、隔热外壳、碳纤维套、岩样、下承压轴、下承压压头、声波接收端、下铜电极、珍珠岩粉、温度传感器、变压器、温度-声波控制箱、示波器、上铜电极、数据采集与处理系统组成。

所述碳纤维套包裹岩样，由上下两对刚玉顶针固定在隔热外壳中，碳纤维套与隔热外壳之间的空隙充填有珍珠岩粉；上部的刚玉顶针通过上固定脚块固定上位移滑片，下部的刚玉顶针通过下固定脚块固定下位移滑片，上位移滑片与下位移滑片分别连接数据采集与处理系统。

所述岩样上端通过上承压轴连接声波发射端和上承压压头，岩样下端通过下承压轴连接声波接收端和下承压压头，所述上承压轴和下承压轴分别安装有上铜电极和下铜电极，上铜电极和下铜电极连接变压器；岩样中端连接温度传感器、变压器和温度-声波控制箱，温度-声波控制箱连接示波器，还分别连接声波发射端和声波接收端。

所述碳纤维套、温度传感器、示波器、变压器和温度-声波控制箱均连接数据采集与处理系统。

本装置包括智能加热部分、岩样轴向应变测试部分、声波测试部分、数据采集与处理部分，以下简要阐述这四个部分的工作流程。