一种可控温度的岩石抗压强度测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种可控温度的岩石抗压强度测试系统及方法。所述测试系统包括高温高压仓、三轴应力加载装置、一个或多个X射线检测装置；每个X射线检测装置包括X射线发生器和X射线接收器，X射线发生器和X射线接收器分别设置在所述高温高压仓相对的两个侧面；三轴应力加载装置为所述高温高压仓内的岩石样品提供三轴压力加载；以及所述高温高压仓设置有加热装置。本发明专利技术能够实现岩石破裂过程中对岩石内部微观结构的变化进行动态检测，测量不同温度条件下岩样的抗压强度变化，并将岩样破裂过程以X射线扫描图像的形式精细、直观地显示出来，它能够为岩石破裂力学研究提供有效的检测方法和检测手段。

System and method for measuring rock compressive strength under controlled temperature

The invention provides a controllable temperature rock compressive strength testing system and a method thereof. The test system includes a high-temperature high-pressure chamber, three axial stress loading device, one or more X ray detection device; each X ray detection device comprises a X ray generator and X ray receiver, X ray generator and X ray receiver are respectively arranged on two sides of the relative positions of high temperature and high pressure; three axis force loading device provides three axis pressure loading for the high temperature and high pressure chamber rock samples; and the high pressure chamber is provided with a heating device. The invention can change on the rock microstructure for rock failure process of dynamic detection, measurement of the strength variation under different temperature conditions of rock, and rock failure process by X ray scanning image in the form of fine and clearly displayed, it can provide a detection method and effective means for the study of rock fracture mechanics.

【技术实现步骤摘要】
一种可控温度的岩石抗压强度测试系统及方法
本专利技术涉及岩石力学特性检测领域，具体涉及一种能够在高温条件下进行岩石破裂压力检测的装置和方法。
技术介绍
众所周知，随着表层油气田的不断挖掘开采，浅层油气资源变得越来越少，人们开始把探索油气资源的目标瞄向了深层油气田。而要对深层油气田进行研究，就需要模拟地下深处的高温高压环境。通过检测含油岩石在不同压力和温度条件下物理特性的变化，可以对储油层的生成、变化和迁移等进行研究，其数据对油、气田的开发有着重要的指导意义。此外，现有的岩石力学检测装置和方法能够实现岩石在不同方向应力作用下发生破裂的实验模拟，其实验结果通常以应力应变曲线的形式体现。但是，如何解释这些应力应变曲线并将之转化成岩石力学性质的描述，需要有比较深厚的岩石力学专业知识，并且岩石破裂过程中其内部究竟发生了怎样的变化，还需要更深入地研究。因此，本领域亟需开发一种能够在高温条件下进行岩石破裂压力检测的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术融合了真三轴实验技术、高温高压实验技术和X射线检测技术，建立一套能够模拟高温、高压条件，并在岩石破裂过程中对岩石内部微观结构的变化进行动态检测的实验装置和方法，实现在不同温度下的岩石抗压强度测试，能够为专业人员更好地分析岩石破裂力学提供帮助。为了实现在高温条件下对岩石受压直至破裂的过程检测，本专利技术设计了一种可控温度的岩石抗压强度测试系统及其测试方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种可控温度的岩石抗压强度测试系统，包括高温高压仓、三轴应力加载装置、一个或多个X射线检测装置；每个X射线检测装置包括X射线发生器和X射线接收器，X射线发生器和X射线接收器分别设置在所述高温高压仓相对的两个侧面；三轴应力加载装置为所述高温高压仓内的岩石样品提供三轴压力加载；以及所述高温高压仓设置有加热装置。进一步地，三轴应力加载装置包括：6个机械臂，6个机械臂两两对称地设置在岩石样品外表面的X、Y、Z轴上；每个机械臂包括压杆和压盘，压盘紧贴住岩石样品的外表面，压杆一端与压盘相连接。进一步地，所述压盘与岩石样品外表面之间设有应变传感器。应变传感器连接到所述三轴应力加载装置，用于收集岩石样本的应变数据。进一步地，所述加热装置包括电热丝，电热丝沿周向设置在所述高温高压仓的外侧壁上。进一步地，岩石样品为正方体，设置在密封套内。进一步地，所述的可控温度的岩石抗压强度测试系统放置于密封的铅房内。进一步地，所述系统还包括控制装置，与所述三轴应力加载装置、一个或多个X射线检测装置以及所述加热装置连接，并控制上述装置。进一步地，所述高温高压仓的外壳采用聚四氟乙烯制造。根据本专利技术的另一方面，提供一种可控温度的岩石抗压强度测试方法，包括以下步骤：开启X射线扫描；对设置在高温高压仓内的岩石样品加温加压；采集岩石样品的形变数据和X射线扫描数据；处理采集到的数据。进一步地，所述方法还包括根据采集到的岩石样品的形变数据和X射线扫描数据，调整施加给岩石样品的温度和/压力。由采集到的X射线扫描数据对岩石样品进行三维图像显示，由图像判断岩石样品内部是否发生破裂，进而确定给定温度下的岩石样品抗压强度。本专利技术的系统检测时环境的最高温度可升至一百二十摄氏度。系统检测时三个轴向的最高压力可升至七十兆帕。本专利技术的系统能够在高温、高压状态下对样品(如岩石样品等)进行压力加载，实时监测样品在不同方向压力加载直至破裂过程中内部微观结构的变化。通过本专利技术的系统和方法，能够实现岩石破裂过程中对岩石内部微观结构的变化进行动态检测，测量不同温度条件下岩样的抗压强度变化，并将岩样破裂过程以X射线扫描图像的形式精细、直观地显示出来，它能够为岩石破裂力学研究提供有效的检测方法和检测手段，帮助和简化专业人对对岩石破裂过程的力学解释。附图说明通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1显示了本专利技术的可控温度的岩石抗压强度测试系统的结构示意图。图2显示了本专利技术的高温高压仓的结构示意图。图3显示了根据本专利技术一个实施例的可控温度的岩石抗压强度测试方法的流程图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。本专利技术融合了真三轴实验技术、高温高压实验技术和X射线检测技术，建立一套能够模拟高温、高压条件，并在岩石破裂过程中对岩石内部微观结构的变化进行动态检测的实验装置和方法，实现在不同温度下的岩石抗压强度测试，能够为专业人员更好地分析岩石破裂力学提供帮助。根据本专利技术的一个实施方式，提供一种可控温度的岩石抗压强度测试系统，包括高温高压仓、三轴应力加载装置、一个或多个X射线检测装置；每个X射线检测装置包括X射线发生器和X射线接收器，X射线发生器和X射线接收器分别设置在所述高温高压仓相对的两个侧面；三轴应力加载装置为所述高温高压仓内的岩石样品提供三轴压力加载；以及所述高温高压仓设置有加热装置。本专利技术的真三轴实验技术可以真实模拟主应力状态，且在任意应力路径下测试样品力学特征。可以实现3个方向分别施加不同大小的主应力，3个轴向产生应变，能够模拟岩体中的应力条件。高温高压仓可以模拟高温高压环境。在高温高压仓仓内，被测样品被加温、加压。然后通过内置的应力应变探头检测其在不同条件下物理特性的变化。因此通过该装置可以测出样品的各个阶段表现出的有别于常温低压环境下的特性。本专利技术利用了X射线断层成像技术，它能在对检测物体无损伤条件下，以二维断层图像或三维立体图像的形式，清晰、准确、细致、多层次、直观地展示被检测物体内部的结构、组成、材质及缺损状况。具体地，本专利技术的系统按其功能可分为三轴应力加载装置、X射线检测装置和高温高压仓三部分。三轴应力加载装置提供对被测样品的三轴压力加载，压力通过三个轴向的机械臂和压盘实现。通常，实验样品为正方体，其六个表面均贴有应变片(应变传感器)，用于测量样品在三个轴向方向的形变量。应变传感器与三轴应力加载装置(或者与控制装置)连接，将应变数据传输至三轴应力加载装置(或者控制装置)。高温高压仓是被测的岩石样品进行温度加载的部件，为了能够实现X射线检测，放置样品的高温高压仓外壳要求耐高温、高压，同时对X射线衰减小。高压仓的外壳一般采用耐高温、高压的非金属材料(如聚四氟乙烯)制造。外壳的耐压能力还与外壳材料的厚度有关。当厚度增加时，耐压能力增加，但对X射线的吸收相应增加。此时，可以通过增加X射线发射强度来解决。X射线检测装置包含X射线发生器和X射线接收两部分，分别置于高温高压仓对应的两侧。也可以采用多个X射线检测装置，从不同的侧面获得岩石样品的X射线扫描数据。所述系统还包括控制装置，与所述三轴应力加载装置、一个或多个X射线检测装置以及所述加热装置连接，并控制上述装置。本专利技术中的控制装置可以计算机，通过接口电路与上述装置连接，控制加温、加压和检测过程，并且接收和处理采集到的数据。由于涉及X射线，整个测试系统可放置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可控温度的岩石抗压强度测试系统，其特征在于，包括高温高压仓、三轴应力加载装置、一个或多个X射线检测装置；每个X射线检测装置包括X射线发生器和X射线接收器，X射线发生器和X射线接收器分别设置在所述高温高压仓相对的两个侧面；三轴应力加载装置为所述高温高压仓内的岩石样品提供三轴压力加载；以及所述高温高压仓设置有加热装置。

【技术特征摘要】
1.一种可控温度的岩石抗压强度测试系统，其特征在于，包括高温高压仓、三轴应力加载装置、一个或多个X射线检测装置；每个X射线检测装置包括X射线发生器和X射线接收器，X射线发生器和X射线接收器分别设置在所述高温高压仓相对的两个侧面；三轴应力加载装置为所述高温高压仓内的岩石样品提供三轴压力加载；以及所述高温高压仓设置有加热装置。2.根据权利要求1所述的可控温度的岩石抗压强度测试系统，其特征在于，三轴应力加载装置包括：6个机械臂，6个机械臂两两对称地设置在岩石样品外表面的X、Y、Z轴上；每个机械臂包括压杆和压盘，压盘紧贴住岩石样品的外表面，压杆一端与压盘相连接。3.根据权利要求2所述的可控温度的岩石抗压强度测试系统，其特征在于，所述压盘与岩石样品外表面之间设有应变传感器。4.根据权利要求1所述的可控温度的岩石抗压强度测试系统，其特征在于，所述加热装置包括电热丝，电热丝沿周向设置在所述高温高压仓的外侧壁上。5.根据权利要求1所述的可控温度的岩石抗压强度测...

【专利技术属性】
技术研发人员：周枫，刘卫华，奚相，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11