[实用新型]一种能结合CT扫描的大载荷岩心夹持器及真三轴实验装置

说明书

本实用新型公开了一种能结合CT扫描的大载荷岩心夹持器及真三轴实验装置，所述的大载荷岩心夹持器包括上传力端头、下传力端头和筒体，在筒体的中空腔体内设有样品腔和4个胶囊容纳腔，位于左、右侧胶囊容纳腔中的两个胶囊体用于X向柔性加载传力，位于前、后侧胶囊容纳腔中的两个胶囊体用于Y向柔性加载传力；每个胶囊体上均具有内翻裙边接口，每个内翻裙边接口内均过盈连接有密封堵头，在每个密封堵头上均穿设有与胶囊体内腔相连通的注液管，所有注液管均穿出上传力端头；并且，在下传力端头的中心穿设有Z向加载活塞杆。所述的大载荷真三轴实验装置包括所述的大载荷岩心夹持器和Z向加载缸及X向、Y向、Z向液压加载系统。

技术领域

本实用新型是涉及一种能结合CT扫描的大载荷岩心夹持器及真三轴实验装置，属于岩石力学与工程技术领域。

背景技术

由于油气储层岩石的渗透率、力学性能、裂纹生长规律等都具有明显的非均质性和各向异性，因此，研究岩心在真三轴应力状态下的渗流特性、力学特性及裂纹生长机理将具有重要意义。

另外，因CT无损扫描技术可以实现对岩石内部的微观结构进行动态表征，是揭示岩心渗流特性、裂纹生长机理等的有效方法，且不会对岩石内部结构造成损伤，因此CT扫描技术近年来已被国内外广泛应用于油气田开发领域。近代工程技术的发展、岩土力学的理论研究，均迫切需要确实可应用的，能在进行真三轴实验时同时实现CT扫描的实验设备，以实现对岩样内部的结构变化进行全方位动态监测，直观了解岩样内部结构的局部变化、细微变化及变化趋势，方便掌握岩样在不同受力条件下的性状，从微观角度了解岩石的真实动态形变破坏机理。而CT扫描时，需要由高精度的旋转台实现X射线成像部件与样品的相对360°转动，因而要实现与CT扫描设备的结合使用，不仅需要真三轴实验装置具有小型化和轻量化的特征，还需要岩心夹持器能实现三轴向的独立大载荷加载，且不能影响X射线的穿透。

虽然中国专利201510577392.2公开了一种带CT实时扫描系统的岩石真三轴试验系统，包括真三轴压力盒，真三轴主机框架，加载装置，以及CT扫描装置；真三轴主机框架包括底板、顶板以及支撑于底板和立柱；加载装置包括反力装置，以及千斤顶和测量装置；压力盒、立柱，以及位于CT扫描装置扫描区域内的反力装置均由碳纤维材料制成；该专利通过对CT扫描区采用特殊设计的横向加载系统、碳纤维传力板和立柱，解决了X射线无法穿透传统真三轴试验机的难题，实现了岩石真三轴与CT扫描试验的实时配合，但该专利只能实现三个轴向均只能进行100kN(相当于0.1兆帕)的加载力，远远达不到在标准岩样上的加载要求，无法实际应用，只能用在一些很小的样品上做一些近似的模拟小试。

中国专利申请201910088014.6公开了一种适用于X-CT的真三轴应力渗流耦合试验装置，该专利通过在岩心夹持器内设置五个胶囊，以实现对岩心三个轴向施加独立的柔性加载，虽然该专利可实现真三轴应力渗流耦合试验装置与CT扫描装置的结合，但由现有技术可知：现有的传力胶囊均是采用高弹性橡胶制造的囊状物，在用于液压加载时，需要在胶囊体上设置一个或多个液体进出接口，而现有的传力胶囊体上的接口就是一个圆形开孔，该圆形开孔接口与带压液体的外接头之间基本上都是采用螺栓螺母压紧密封连接结构，具体请参阅图1所示，即：胶囊体①上具有一个圆形开孔，利用胶囊体材料(一般为橡胶材料)的高弹性，先将该开孔孔口扩大，然后将预先装好下压紧螺母②、下垫片③的注液管④伸入胶囊体①内，然后加上上垫片⑤、并拧紧上压紧螺母⑥，使得上、下垫片压紧胶囊体接口处的橡胶壁，使其发生预形变，以便在加入有压力的液体时能实现密封。由于这种密封连接结构在局部会产生很大的应力，并且，在上、下垫片与胶囊壁间有明显的边界，以致会对胶囊体接口处的橡胶壁形成剪切，因此，在液体压力达到几个兆帕甚至一个兆帕以下时，在此局部就可能会发生剪切破裂，以致压力无法再增加。也就是说，现有的胶囊体接口与带压液体的外接头之间的密封连接结构，致使胶囊体内压力最多只能达到几个兆帕，压力升高，胶囊入口处的橡胶会受到高压金属垫片的局部挤压或剪切，以致发生局部破裂导致加载失败，因此该专利所述的岩心夹持器事实上仍然不能实现三个轴向的超大载荷的加载要求。