可视化试验系统、岩体加热方法技术方案

本发明专利技术属于岩土工程试验领域，具体涉及一种可视化试验系统、岩体加热方法，旨在解决模拟试验中不能实现岩体试件的均匀加热以及岩体试件高围压状态下裂缝扩展过程可视化检测；其中系统包括试验舱系统、加热系统、压控系统以及用于扫描检测磁流体在试件裂缝中渗流运移的高能加速器CT探测系统；试验舱系统包括压力室、油浸设置其内的试件封装装置；加热系统包括磁流体加热装置、电阻丝加热装置和温度检测装置，磁流体加热装置包括用于供应注入试件封装装置内部磁流体的磁流体加载泵、用于提供磁流体发热所用交变磁场的交变磁场控制装置；电阻丝加热装置用于对液压油加热；通过本发明专利技术实现了岩体破裂过程中裂缝连通性变化的可视化模拟检测。化模拟检测。化模拟检测。

【技术实现步骤摘要】
可视化试验系统、岩体加热方法


[0001]本专利技术属于岩土工程试验领域，具体涉及一种可视化试验系统、岩体加热方法。

技术介绍

[0002]在页岩油气开采过程中，必须对储层进行地质体改造，便于开采油气资源，改造过程中希望更多的孔隙和裂缝相互连通，就可以建立更多油气运移通道，便于提高油气资源开采效率，但是，现有的模拟试验针对此类的研究在模拟岩体所在高温条件时，通常采用以下几种加热方法：1)将压力室置于温控设施内模式，通过温控设备使仪器置于一个高温环境，实现试验要求的温度；尽管该类装置省去了仪器的研制过程，但建立温控实验室费用较高，试验环境较差，对仪器各元件耐高温要求高；2)压力室内加热模式，采用加热线圈、加热管、加热棒、加热板对流体加热，该加热方式直接对流体加热，可以较好达到试验温度要求，但在高围压下不易对压力室的液体均匀加热，进而使岩土样品内部会受热不均匀，试验效果不理想，获得的模拟试验数据不可靠；3)压力室外加热模式，在压力室外缠绕线圈，通过加热线圈对压力室内的流体加热，由于需要通过外罩传热使压力室内液体的温度升高，会使得试样要达到试验温度要求的时间较长。由于在不同温度作用下岩土体的工程性质会发生变化，加热可致试样内孔隙水粘滞性减小，渗透系数增大，并可诱致孔隙水和土颗粒的热膨胀而使土样有体积增大的趋势，在试验过程中需要考虑温度的影响，且现有温控试验装置的三种加热方式均有不足之处。
[0003]在地下深层油气开采过程中，为了增加开采效率，必须对地下深部储层进行改造，使储层岩石破裂，增加储层裂缝的连通性，提高储层内油气的运移效率，达到增产的目的。由于地下数千米储层改造效果不可见，室内岩石高温高压模拟试验是唯一研究手段，但是，现有技术中还未有一种能够实现岩体内、外联合均匀加热的且能够实时获得岩体内部裂缝、孔隙扩展发育状态的装置。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决模拟试验中不能实现岩体试件的均匀加热以及岩体试件高围压状态下裂缝扩展过程可视化检测，本专利技术提供了一种可视化试验系统、岩体加热方法。
[0005]本专利技术的第一方面提供了一种可视化试验系统，该系统包括高能加速器CT探测系统，还包括试验舱系统、加热系统和压控系统，所述高能加速器CT探测系统用于扫描检测试件中磁流体在裂缝中的渗流运移；
[0006]所述试验舱系统包括压力室和试件封装装置，所述试件封装装置浸入设置于所述压力室内部的液压油中；
[0007]所述加热系统包括磁流体加热装置、电阻丝加热装置和温度检测装置，所述温度检测装置用于检测所述压力室内不同位置的温度；所述磁流体加热装置包括磁流体加载泵、交变磁场控制装置，所述磁流体加载泵用于供应注入所述试件封装装置内部的磁流体，
所述交变磁场控制装置用于提供磁流体发热所用的交变磁场；所述电阻丝加热装置用于对所述压力室内部的液压油加热，以实现对所述试件封装装置内部的试件加热；
[0008]所述压控系统包括轴压控制装置和围压控制装置，用于分别提供所述试件封装装置内部试件的轴向压力及周侧压力。
[0009]在一些优选实施例中，所述试件封装装置包括上垫块、第一渗透垫块、第二渗透垫块、下垫块和热缩管；所述第一渗透垫块、所述上垫块依次设置于试件的上方，所述第二渗透垫块、所述下垫块依次设置于试件的下方；所述热缩管设置于所述第一渗透垫块、试件、所述第二渗透垫块的外侧，且所述热缩管的长度大于所述第一渗透垫块与所述第二渗透垫块之间的距离。
[0010]在一些优选实施例中，所述试件封装装置的上方依次设置有调平球铰、压力传感器，所述调平球铰用于调节试件上下两个端面的不平整度；所述压力传感器用于检测试件在所述轴压控制装置的加载作用下受到的轴向力。
[0011]在一些优选实施例中，所述电阻丝加热装置设置于所述试件封装装置的下方；
[0012]所述电阻丝加热装置包括电阻丝加热控制器和电阻丝加热垫块；所述电阻丝加热垫块包括加热上垫块、热电阻丝和加热下垫块，所述加热上垫块的面积大于所述下垫块的面积；所述热电阻丝设置于所述加热上垫块与所述加热下垫块之间，并通过电线与所述电阻丝加热控制器连接。
[0013]在一些优选实施例中，所述上垫块的侧部设置有磁流体注入孔，所述上垫块的内部设置有连通所述磁流体注入孔、所述第一渗透垫块的第一磁流体通道；
[0014]所述下垫块的侧部设置有磁流体排出孔，所述下垫块的内部设置有连通所述磁流体排出孔、所述第二渗透垫块的第二磁流体通道；
[0015]所述上垫块通过磁流体注入管路与所述磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体注入；所述下垫块通过磁流体排出管路与所述磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体排出。
[0016]在一些优选实施例中，所述压力室包括压力室端盖、压力室筒体、压力室底座，所述压力室端盖、所述压力室底座分别密封设置于所述压力室筒体的上端开口、下端开口；所述压力室端盖、所述压力室筒体、所述压力室底座以及所述压力室筒体内部设置的液压油构成所述围压控制装置；
[0017]所述轴压控制装置设置于所述压力室底座的下方，且所述轴压控制装置的轴线与所述试件封装装置的轴线重合设置。
[0018]在一些优选实施例中，所述轴压控制装置包括加载油缸，所述加载油缸包括加载油缸端盖、加载油缸缸体、加载油缸活塞和加载油缸底座，所述加载油缸端盖固设于所述压力室底座下方，所述加载油缸活塞设置于所述加载油缸缸体内部，并且所述加载油缸活塞贯穿所述压力室底座设置。
[0019]在一些优选实施例中，所述交变磁场控制装置包括交变磁场控制器和交变磁场发生装置，所述交变磁场控制器与所述交变磁场发生装置通信连接，用于控制所述交变磁场发生装置内的磁场强度和频率；
[0020]所述交变磁场发生装置包括磁芯、支座以及缠绕设置于所述磁芯周侧的线圈，所述支座固定设置于所述压力室底座的顶部；所述磁芯为多个，多个所述磁芯阵列设置于所
述试件封装装置的周侧；所述磁芯通过连接板固定设置于所述支座上部。
[0021]在一些优选实施例中，该系统还包括底座和旋转承载装置，所述试验舱系统、所述高能加速器CT探测系统均设置于所述底座上部；
[0022]所述高能加速器CT探测系统包括射线源装置和探测器装置，所述射线源装置、所述探测器装置分别设置于所述试验舱系统的两侧；所述射线源装置包括射线源和射线源立柱，所述探测器装置包括探测器和探测器立柱，所述射线源、所述探测器分别通过所述射线源立柱、所述探测器立柱设置于所述底座；所述射线源、所述探测器的高度大于所述试验舱系统的高度；
[0023]所述旋转承载装置设置于所述试验舱系统的下方，用于带动所述试验舱系统旋转；所述旋转承载装置包括转台和拖链，所述拖链的一端固设于所述转台；所述转台周侧设置有拖链缠绕部；在转台动力装置驱动下，所述拖链可沿着所述拖链缠绕部环绕。
[0024]本专利技术的第二方面提供了一种岩体加热方法，包括以下步骤：
[0025]步骤S100，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可视化试验系统，该系统包括高能加速器CT探测系统，其特征在于，还包括试验舱系统、加热系统和压控系统，所述高能加速器CT探测系统用于扫描检测试件中磁流体在裂缝中的渗流运移；所述试验舱系统包括压力室和试件封装装置，所述试件封装装置浸入设置于所述压力室内部的液压油中；所述加热系统包括磁流体加热装置、电阻丝加热装置和温度检测装置，所述温度检测装置用于检测所述压力室内不同位置的温度；所述磁流体加热装置包括磁流体加载泵、交变磁场控制装置，所述磁流体加载泵用于供应注入所述试件封装装置内部的磁流体，所述交变磁场控制装置用于提供磁流体发热所用的交变磁场；所述电阻丝加热装置用于对所述压力室内部的液压油加热，以实现对所述试件封装装置内部的试件加热；所述压控系统包括轴压控制装置和围压控制装置，用于分别提供所述试件封装装置内部试件的轴向压力及周侧压力。2.根据权利要求1所述的可视化试验系统，其特征在于，所述试件封装装置包括上垫块、第一渗透垫块、第二渗透垫块、下垫块和热缩管；所述第一渗透垫块、所述上垫块依次设置于试件的上方，所述第二渗透垫块、所述下垫块依次设置于试件的下方；所述热缩管设置于所述第一渗透垫块、试件、所述第二渗透垫块的外侧，且所述热缩管的长度大于所述第一渗透垫块与所述第二渗透垫块之间的距离。3.根据权利要求2所述的可视化试验系统，其特征在于，所述试件封装装置的上方依次设置有调平球铰、压力传感器，所述调平球铰用于调节试件上下两个端面的不平整度；所述压力传感器用于检测试件在所述轴压控制装置的加载作用下受到的轴向力。4.根据权利要求3所述的可视化试验系统，其特征在于，所述电阻丝加热装置设置于所述试件封装装置的下方；所述电阻丝加热装置包括电阻丝加热控制器和电阻丝加热垫块；所述电阻丝加热垫块包括加热上垫块、热电阻丝和加热下垫块，所述加热上垫块的面积大于所述下垫块的面积；所述热电阻丝设置于所述加热上垫块与所述加热下垫块之间，并通过电线与所述电阻丝加热控制器连接。5.根据权利要求2所述的可视化试验系统，其特征在于，所述上垫块的侧部设置有磁流体注入孔，所述上垫块的内部设置有连通所述磁流体注入孔、所述第一渗透垫块的第一磁流体通道；所述下垫块的侧部设置有磁流体排出孔，所述下垫块的内部设置有连通所述磁流体排出孔、所述第二渗透垫块的第二磁流体通道；所述上垫块通过磁流体注入管路与所述磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体注入；所述下垫块通过磁流体排出管路与所述磁流体加载泵连通，以进行试件内部的磁流体排出。6.根据权利要求1所述的可视化试验系统，其特征在于，所述压力室包括压力室端盖、压力室筒体、压力室底座，所述压力室端盖、所述压力室底座分别密封设置于所述压力室筒体的上端开口、下端开口；所述压力室端盖、所述压力室筒体、所述压力室底座以及所述压力室筒体内部设置的液压油构成所述围压控制装置；所述轴压控制装置设置于所述压力室底座的下方，且所述轴压控制装置的轴线与所述
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑博，李晓，李守定，赫建明，张召彬，毛天桥，李关访，何鹏飞，武艳芳，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：