[发明专利]一种简易的岩石三轴压缩试验仪器

摘要

本发明公开了一种简易的岩石三轴压缩试验仪器。包括三轴压力室、三轴压力加载装置、加载控制及数据采集系统，其特征在于：所述的三轴压力室包括压力室支架、液压筒体、上下顶杆、活塞部件、胶套，其中上顶杆通过固定板与轴向位移传感器相连；所述的三轴压力加载装置包括柜机操作面板、压力传感器、径向位移传感器、施加轴压的活塞泵和施加围压的柱塞泵，试验中采用电液伺服控制；所述的加载控制及数据采集系统可实时采集、存储、处理试验数据并显示多条试验曲线，计算机控制可部分替代加载装置操作面板的按钮功能。本发明仪器小巧灵活，岩心样品装卸操作简单，大大缩短了试验时间，且仪器成本较低，可应用于大量的基础试验研究；将声发射探头吸附于下顶杆上，可同时进行岩石三轴压缩条件下的声发射试验。

主权项

1.一种简易的岩石三轴压缩试验仪器，包括三轴压力室、三轴压力加载装置、加载控制及数据采集系统，其特征在于：所述的三轴压力室包括压力室支架、液压筒体、上下顶杆、活塞部件、胶套，其中上顶杆通过固定板与轴向位移传感器相连；所述的三轴压力加载装置包括柜机操作面板、压力传感器、径向位移传感器、施加轴压的活塞泵和施加围压的柱塞泵，试验中采用电液伺服控制，精确实现恒应力加载、恒应力速率加载、恒位移加载、恒位移速率加载；所述的加载控制及数据采集系统实时采集、存储、处理试验数据并显示多条试验曲线，计算机控制部分替代加载装置操作面板的按钮功能；将声发射探头吸附于下顶杆上，同时进行岩石三轴压缩条件下的声发射试验，所述的液压筒体包括轴压仓和围压仓，其中轴压仓利用所述的活塞部件通过上顶杆将轴向压力施加到岩芯上，围压仓中岩芯通过所述的胶套与加压液体隔离，所述轴压仓两侧依次固定连接有阀门F1、F2、F3和F4，所述阀门F1和阀门F2相对安装在轴压仓两侧，所述阀门F3和阀门F4相对安装在轴压仓两侧，所述阀门F1安装在阀门F3的上方，所述阀门F1和阀门F3并联后固定连接在储液装置上，所述阀门F2安装在阀门F4的上方，所述阀门F2和阀门F4并联后与阀门F5固定连接，所述阀门F6的一端固定连接在围压仓上，所述阀门F6的另一端与阀门F9固定连接，所述阀门F9的另一端固定安装在柱塞泵上，所述柱塞泵的另一端固定安装有阀门F10,所述阀门F10的另一端固定安装在柜机操作面板上，所述阀门F6固定安装在阀门F5的下方，所述阀门F5与阀门F6并联，所述阀门F5上方固定安装有阀门F7，所述阀门F5与阀门F7并联，所述阀门F7另一端固定安装在活塞泵上，所述活塞泵的另一侧固定安装有阀门F8,所述阀门F8另一端固定安装在柜机操作面板上；所述岩石三轴压缩试验仪器的试验步骤：(1)用取芯机从青海油田提供的全直径大岩芯上钻取直径为25mm的岩芯柱，将岩芯柱在切割机上切割成长度为50mm的小岩芯，然后将小岩芯的两端面在磨平机上磨平，磨平后的两端面平行度公差不大于0.1mm，至此，小岩芯加工完毕；(2)在PC端打开岩石压缩试验软件，进入系统设置，进行位移传感器和压力传感器的清零和校正设置；点击参数录入，将试验岩芯的井号、井深、岩性、围压、试验温度、岩芯尺寸录入系统；(3)打开阀门F8，关闭阀门F7，在柜机操作面板按充液键使活塞泵充满液，然后打开阀门F7，关闭阀门F8；打开阀门F10，关闭阀门F9，在柜机操作面板按充液键使柱塞泵充满液，然后打开阀门F9，关闭阀门F10；关闭阀门F5，打开阀门F1、F4，关闭阀门F2、F3，用活塞泵使轴压仓的活塞部件运动至顶部；旋下下顶杆，确保上顶杆旋到底，然后将试验岩芯装入压力室内，旋上下顶杆，使上下顶杆的两端与岩芯端面接触，然后将声发射探头吸附于下顶杆上；(4)试验开始前，确保阀门F1、F4、F5、F8、F10关闭，阀门F2、F3、F6、F7、F9打开；在PC端进入数据采集页面，围压的加载由柱塞泵实现，选择恒压或恒流模式，试验时输入数值按回车键启动；轴压的加载由活塞泵实现，选择恒位移或恒压力模式，此处选择恒位移模式，加载速率设定为0.2mm/min，按启动键先将岩芯端面压力施加至0.1MPa，使岩芯端面与上下顶杆紧密接触，围压选择恒压模式，输入20MPa并按回车键启动，将轴压和围压同时施加至20MPa，维持10min，使岩芯受力情况尽量接近真实地应力状态，然后输入采集周期，此处选1s，点击启动键开始施加轴压，同时启动声发射采集系统进行岩石三轴压缩条件下的声发射试验；(5)施加荷载直至岩芯发生破坏，在数据采集页面点击停止键，并保存试验数据，同时停止声发射试验并保存数据，然后在柜机操作面板设定压力值0.1MPa，按运行键，先由活塞泵将轴向压力卸载；同样操作流程，再由柱塞泵将围压卸载至0.1MPa，此处压力卸载顺序为先卸轴压、再卸围压，目的是为了避免损坏胶套；然后打开阀门F8、F10，使整套加压系统与外界相通，确保后续操作的安全；之后旋下下顶杆和上顶杆，将试验后的岩芯取出，岩芯取出后用毛刷将筒壁内的岩芯碎屑清理干净，避免影响下次试验；(6)重复步骤(1)‑(5)，此处共进行三组岩芯三轴压缩试验，为避免加载方式及速率的不同对试验结果造成影响，后两组的轴压加载同样选择恒位移模式，加载速率为0.2mm/min，围压加载同样选择恒压模式，围压加载值分别为30MPa和40MPa。