[发明专利]一种可水冷却的岩石多场耦合试验综合加载装置及方法

说明书

本发明涉及一种可水冷却的岩石多场耦合试验综合加载装置及方法，包括外箱体，外箱体内部设有外表面贴紧外箱体内表面的炉膛，炉膛内部空间与冷却液进口管及冷却液出口管的一端连通，冷却液进口管及冷却液出口管另一端与外箱体外部空间连通，外箱体及炉膛的顶部贯穿有可上、下运动的轴‑水压加载机构，轴‑水压加载机构内部具有注水流道，用于向岩石试件内部注水，炉膛内的底部固定有承载机构，所述炉膛安装有加热元件，用于对炉膛内的岩石试件进行加热，使用本发明加载装置进行岩石试件的试验，试验结果准确，试验效率更高。

技术领域

本发明涉及一种可水冷却的岩石多场耦合试验综合加载装置及方法。

背景技术

干热岩的开发利用对于解决能源紧缺、改善生态环境、促进社会可持续发展具有重要意义。干热岩开发利用涉及到深部地层应力场、渗流场和温度场的耦合问题，而深部岩体在热-流-固多场耦合条件下的力学特性与破裂行为直接影响干热岩开发利用效率以及储层改造的成败。

由于热-流-固多场耦合条件下岩体的破裂力学行为极端复杂，目前通常采用室内试验方法开展高温岩石力学特性、高温岩石遇水冷却性质劣化、水力压裂等相关基础研究。现有试验设备可模拟高温、高压及孔隙水压力加载环境，但发明人发现仍存在一些不足，主要包括：1)采用现有装置开展高温岩体水冷劣化试验时，通常需要将高温试件从加热装置中取出后置于水中冷却，该过程中由空气对流造成的热损失以及岩石性质变化难以估计，对试验结果带来一定程度的误差；2)现有装置大多采用电阻丝加热液压油的方式，由于油温冷却及排油时间长，试验效率受到很大程度的制约；3)现有大多数装置功能较为单一，仅能模拟耦合环境下的轴压及三轴加载，无法实现抗拉强度及水力压裂等测试功能。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种可水冷却的岩石多场耦合试验综合加载装置，实现高温岩石在同一加热室内遇水冷却劣化，并能够进行高温或高温水冷后岩石试样的单轴压缩、巴西劈裂和水力压裂试验。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可水冷却的岩石多场耦合试验综合加载装置，包括外箱体，外箱体内部设有外表面贴紧外箱体内表面的炉膛，炉膛内部空间冷却液进口管及冷却液出口管的一端连通，冷却液进口管及冷却液出口管另一端与外箱体外部空间连通，外箱体及炉膛的顶部贯穿有可上、下运动的轴-水压加载机构，轴-水压加载机构内部具有注水流道，用于向岩石试件内部注水，炉膛内的底部固定有承载机构，所述炉膛安装有加热元件，用于对炉膛内的岩石试件进行加热。

进一步的，所述外箱体的箱壁包括外层钢板和位于外侧钢板内部的内层隔热层，外层钢板和内层隔热层之间安装有第一冷却管，外层钢板开设通孔，用于第一冷却管外接水泵注入冷却液和排出冷却液，所述第一冷却管作为安全储备用于对外箱体进行冷却。

进一步的，所述外箱体设置有开口，开口位置处的炉膛设置有炉门，炉门预留有观察孔，用于观察炉膛内情况。

进一步的，所述炉膛的炉壁内部设有腔室，所述加热元件设置在所述的腔室内，所述腔室内还设有风冷器，用于对加热元件进行冷却，炉膛的炉壁的内侧面设置有保护层。

进一步的，所述炉膛内部空间还通过泄压管与外部空间连通，所述泄压管能够防止冷却时内部压力过大对实验人员造成伤害。

进一步的，所述轴-水压加载机构包括贯穿炉膛及外箱体的顶部并伸入炉膛内部的加载杆，所述加载杆一端与位于外箱体外部的注水垫块连接，另一端与炉膛内的加载板连接，所述加载板底部预留凹槽，凹槽与注水流道同心设置，用于放置密封橡胶圈，所述加载杆中部位置固定有第二冷却管，所述第二冷却管与第一冷却管连通，所述第一冷却管伸入加载杆内部的部分为铜管，与加载杆外壁相连的部分为可变形纤维管，所述注水垫块及加载杆内部具有注水流道。