真三轴三向渗流岩心夹持器及其使用方法技术

本发明专利技术公开真三轴三向渗流岩心夹持器及其使用方法，包括缸套、侧、上、下压头、六向密封套，六向密封套的中心为立方体形中空结构，并沿着立方体六个面方向延展出六个接口，六向密封套的上、下侧接口分别容纳上、下压头，六向密封套沿着水平方向的四个接口分别容纳一个侧压头，上、下、侧压头内侧均设置有九个相互独立的渗流通道口，上压头渗流通道口的一端连接缸套上设置的出气孔，下压头渗流通道口的一端通过气管连接下液压缸座上的进气孔，两个相对设置的侧压头分别连接缸套上的进气孔、出气孔，缸套内上端、下端分别设置上、下压头，缸套固定的下液压缸座上设置有进油口、出油口，可以满足同一试件任意载荷下不同方向渗透性的测试需求。

【技术实现步骤摘要】
真三轴三向渗流岩心夹持器及其使用方法
本专利技术涉及一种岩心渗流测试实验装置，特别涉及一种真三轴三向渗流岩心夹持器，属于渗流实验测试

技术介绍
煤层气、页岩气和致密砂岩气是非常重要的非常规天然气。我国非常规天然气资源总量是常规天然气资源量的5.01倍，达190万亿立方米，储量非常丰富。国家高度重视非常规天然气开发利用，相继出台了非常规天然气开发利用的相关政策，以促进非常规气的开发。非常规气储层的渗透特性是评估储层开采效果重要因素之一，因此需要通过实验技术手段对储层的渗透性进行测试。MTS岩石试验系统、GCTS岩石试验测试系统、TOPINDUSTRIE多场耦合试验仪都可以进行常规三轴渗流实验。此外国内一些公开的专利也可以进行渗透测试，如专利ZL.201610112561.X公开了真三轴应力渗流吸附解吸作用下煤体变形试验装置及方法，专利CN201811336731.8公开了一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置和方法，上述试验装置只能进行常规三轴或真三轴作用下单方向渗流实验。煤层、页岩、致密砂岩均属于沉积岩，岩层中的层理、裂隙使其具有各向异性的特征，其渗透特性也具有各向异性的特征。在各向异性岩体渗透率测试方面目前存在两种常用的方法。第一种是制取多块不同方向的试件分别单独进行渗透率测试；第二方法是采用同一块试件进行不同方向的渗透率测试，但测试过程需要多次拆卸试件更换测试方向。方法一的缺点是测得不同方向渗透率不是同一块试件，渗透率结果可能出现偏差；方法二的缺点是加载应力需要低于试件的屈服极限，不能测试一些特殊载荷条件下的渗透率。因此需要设计新的渗流试验装置以满足同一试件任意载荷下不同方向渗透性的测试需求。试验装置需要满足三个方向渗流需求，与传统单方向渗流存在以下技术难点：(1)试件的密封难度大；(2)单方向渗流时，气体易通过侧方压头进行跃迁，造成渗透率测试结果错误，如图1；(3)加载过程中，三方向的载荷易出现相互干扰，无法测得施加给试件的实际载荷。专利CN201910532740.2公开了利用岩石真三轴加载测试系统开展裂隙岩体各向异性渗流的装置设计及方法，但该装置存在以下3点不足之处：(1)单方向渗流时，会发生气体跃迁，跃迁路径为试件一端→紧挨此端侧方散流垫层上的散流小孔→侧方加压板流体通道→仅挨另一端侧方散流垫层上的散流小孔→试件另一端；(2)橡胶密封条的设计无法满足密封条之间的密封，即无法满足试件角处的密封，渗流时会产生气体泄漏；(3)压头的设计易造成不同方向加载之间相互干扰，无法测得施加在试件上的实际载荷。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种真三轴三向渗流岩心夹持器。该专利技术可以解决试件的密封问题，单方向渗流时气体通过侧方压头跃迁的问题和加载过程中三方向的载荷出现相互干扰的问题。实现同一试件任意载荷下不同方向渗透性的测试需求。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案真三轴三向渗流岩心夹持器，包括缸套、侧压头、上压头、下压头、六向密封套，所述六向密封套的中心为立方体形中空结构，并沿着立方体六个面方向延展出六个接口，每个接口截面均为中空的正方形，立方体上相对的两个接口的中心线重合并通过立方体的中心，立方体上任意两个不相对的接口中心线相互垂直，六向密封套的上侧接口、下侧接口分别容纳上压头、下压头，六向密封套沿着水平方向的四个接口分别容纳一个侧压头，六向密封套的立方体形中空结构用于容纳试件，所述的缸套上沿着圆周方向均布四个侧压头，上压头、下压头、侧压头结构相同，上压头、下压头、侧压头内侧均设置有九个相互独立的渗流通道口，上压头渗流通道的另一端连接缸套上设置的出气孔，下压头渗流通道的另一端通过气管连接下液压缸座上的进气孔，两个相对设置的侧压头分别连接缸套上的进气孔、出气孔，缸套为中空的结构，缸套内部的上端、下端分别设置上压头、下压头，下液压缸座上设置有进油口、出油口、进气口，下液压缸座固定在缸套的正下方，上压头、下压头、侧压头与试件之间均设置有一个密封垫，所述的六向密封套为柔性材料制成。优选地，还包括喉箍、密封垫、密封圈一、密封圈二，上压头、下压头、侧压头内侧设置有压头沟槽，压头沟槽内设置有密封圈二，上压头、下压头、侧压头内侧端部边缘设有方形封闭缺口，方形封闭缺口上安装有与之形状相适应的密封圈一，当上压头的下端、下压头的上端、侧压头内侧端部与密封垫、密封垫与试件相接触的位置时，六向密封套的接口外侧均设置有一个喉箍，且喉箍位于密封圈二的外侧位置，所述的密封垫呈正方形，密封垫上有九个透孔，与压头方形端头的渗流通道口大小相等、位置相对应。优选地，所述的缸套内腔为圆柱形结构，外侧上、下部分为圆柱形，中部为八棱柱形，缸套中部八棱柱上不相邻的四个面上均固定有一个侧液压缸，两个相邻侧液压缸中心线之间的角度为90°，八棱柱的另外四个面中，每两个相对的面分别设置进气孔、出气孔，侧压头侧面上的渗流通道口用气管连接进气孔，与之相对的侧压头侧面上的渗流通道口用气管连接出气孔，侧压头侧面上的渗流通道口与侧压头内侧渗流通道口连通，所述的缸套上部设置有出气孔，与上压头侧面上的九个渗流通道口连接，下液压缸通过下液压缸座固定在缸套的正下方，下液压缸座上设置有进油口、出油口、进气口，下液压缸座上设置的进气口通过气管连接下压头侧面上的渗流通道口，所述的缸套上端通过螺栓固定顶盖，顶盖下端中心设置有圆槽，圆槽间隙配合上压头上端；侧压头的外侧端部穿过缸套与侧液压缸的活塞固定连接，下压头的下端穿过下液压缸座与下液压缸的活塞固定连接，侧压头、下压头与缸套滑动连接。优选地，所述的侧压头、下压头与缸套滑动连接到远离试件一侧的端部截面为圆形，而朝向试件的一侧为方形，方形与圆形的截面积相等。优选地，顶盖中心设置有沿着上下方向贯穿的排气孔一，顶盖上还设置有沿着上下方向贯穿的排气孔二，排气孔一、排气孔二的上端均设置有用于密封的螺栓。优选地，缸套上的进气孔、出气孔、下液压缸座上设置的进气孔均设置有截止阀。优选地，缸套上与侧压头滑动连接部位设置有密封件，缸套上与下压头滑动连接部位设置有密封圈。优选地，所述真三轴三向渗流岩心夹持器使用方法包括试件的安装和渗透实验方法；所述试件安装方法包括以下步骤：a)将侧压头、下压头、上压头上均安装密封圈一、密封圈二，调整下压头的上表面对齐侧压头的下边缘，调整侧压头远离缸套中心，将一个密封垫放在下压头上，将试件放在密封垫上，用六向密封套一个接口套在下压头上，并调整六向密封套，使试件处于六向密封套中心位置，用一个喉箍将六向密封套固定在下压头上；b)将四个密封垫分别放在侧压头上，分别调整侧压头插入六向密封套的接口中，并调整侧压头朝向试件方向移动，使密封垫与试件接触，用四个喉箍将六向密封套分别固定在侧压头上；c)将一个密封垫放在试件的上表面上，把上压头放入六向密封套的接口中，并接触试件，用一个喉箍将六向密封套固定在上压头上；d)固定顶盖，使上压头上部插入顶盖的圆槽内；e)同时使侧压头压紧试件，下压头压紧试件，安装排气孔一的上端的密封螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.真三轴三向渗流岩心夹持器，其特征在于，包括缸套、侧压头、上压头、下压头、六向密封套，所述六向密封套的中心为立方体形中空结构，并沿着立方体六个面方向延展出六个接口，每个接口截面均为中空的正方形，立方体上相对的两个接口的中心线重合并通过立方体的中心，立方体上任意两个不相对的接口中心线相互垂直，六向密封套的上侧接口、下侧接口分别容纳上压头、下压头，六向密封套沿着水平方向的四个接口分别容纳一个侧压头，六向密封套的立方体形中空结构用于容纳试件，所述的缸套上沿着圆周方向均布四个侧压头，上压头、下压头、侧压头结构相同，上压头、下压头、侧压头内侧均设置有九个相互独立的渗流通道口，上压头渗流通道的另一端连接缸套上设置的出气孔，下压头渗流通道的另一端通过气管连接下液压缸座上的进气孔，两个相对设置的侧压头分别连接缸套上的进气孔、出气孔，缸套为中空的结构，缸套内部的上端、下端分别设置上压头、下压头，下液压缸座上设置有进油口、出油口、进气口，下液压缸座固定在缸套的正下方，上压头、下压头、侧压头与试件之间均设置有一个密封垫，所述的六向密封套为柔性材料制成。/n

【技术特征摘要】
1.真三轴三向渗流岩心夹持器，其特征在于，包括缸套、侧压头、上压头、下压头、六向密封套，所述六向密封套的中心为立方体形中空结构，并沿着立方体六个面方向延展出六个接口，每个接口截面均为中空的正方形，立方体上相对的两个接口的中心线重合并通过立方体的中心，立方体上任意两个不相对的接口中心线相互垂直，六向密封套的上侧接口、下侧接口分别容纳上压头、下压头，六向密封套沿着水平方向的四个接口分别容纳一个侧压头，六向密封套的立方体形中空结构用于容纳试件，所述的缸套上沿着圆周方向均布四个侧压头，上压头、下压头、侧压头结构相同，上压头、下压头、侧压头内侧均设置有九个相互独立的渗流通道口，上压头渗流通道的另一端连接缸套上设置的出气孔，下压头渗流通道的另一端通过气管连接下液压缸座上的进气孔，两个相对设置的侧压头分别连接缸套上的进气孔、出气孔，缸套为中空的结构，缸套内部的上端、下端分别设置上压头、下压头，下液压缸座上设置有进油口、出油口、进气口，下液压缸座固定在缸套的正下方，上压头、下压头、侧压头与试件之间均设置有一个密封垫，所述的六向密封套为柔性材料制成。


2.根据权利要求1所述的真三轴三向渗流岩心夹持器，其特征在于：还包括喉箍、密封垫、密封圈一、密封圈二，上压头、下压头、侧压头内侧设置有压头沟槽，压头沟槽内设置有密封圈二，上压头、下压头、侧压头内侧端部边缘设有方形封闭缺口，方形封闭缺口上安装有与之形状相适应的密封圈一，当上压头的下端、下压头的上端、侧压头内侧端部与密封垫、密封垫与试件相接触的位置时，六向密封套的接口外侧均设置有一个喉箍，且喉箍位于密封圈二的外侧位置，所述的密封垫呈正方形，密封垫上有九个透孔，与压头方形端头的渗流通道口大小相等、位置相对应。


3.根据权利要求2所述的真三轴三向渗流岩心夹持器，其特征在于：所述的缸套内腔为圆柱形结构，外侧上、下部分为圆柱形，中部为八棱柱形，缸套中部八棱柱上不相邻的四个面上均固定有一个侧液压缸，两个相邻侧液压缸中心线之间的角度为90°，八棱柱的另外四个面中，每两个相对的面分别设置进气孔、出气孔，侧压头侧面上的渗流通道口用气管连接进气孔，与之相对的侧压头侧面上的渗流通道口用气管连接出气孔，侧压头侧面上的渗流通道口与侧压头内侧渗流通道口连通，所述的缸套上部设置有出气孔，与上压头侧面上的九个渗流通道口连接，下液压缸通过下液压缸座固定在缸套的正下方，所述的缸套上端通过螺栓固定顶盖，顶盖下端中心设置有圆槽，圆槽间隙配合上压头上端；
侧压头的外侧端部穿过缸套与侧液压缸的活塞固定连接，下压头的下端穿过下液压缸座与下液压缸的活塞固定连接，侧压头、下压头与缸套滑动连接。


4.根据权利要求3所述的真三轴三向渗流岩心夹持器，其特征在于：所述的侧压头、下压头与缸套滑动连接到远离试件一侧的端部截面为圆形，而朝向试件的一侧为方形，方形与圆形的截面积相等。


5.根据权利要求4所述的真三轴三向渗流岩心夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾立锋，董擎，孙维吉，梁冰，王远声，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：河南;41