一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料制造技术

本发明专利技术涉及岩土、地质力学模型相似材料领域，特别地涉及一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料。它由重晶石粉、石英砂、机油、可熔性高分子材料、铁氧体软磁材料磁粉按照一定的配比混合并均匀搅拌而成。该复合材料具有容重高、性能稳定、价格低廉、制作工艺简便且可重复利用等特点，可以用于模拟深部岩石在高温、高地应力环境下的岩石性质和力学行为。本发明专利技术可广泛应用于深部资源开发的各个领域以及相应的地质力学模型试验，前景广阔。前景广阔。前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料


[0001]本专利技术涉及岩土、地质力学模型相似材料领域，特别地涉及一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料。

技术介绍

[0002]随着世界经济的发展，人类对地质环境资源的需求与日俱增，地球浅层资源随着需求量的增加日渐枯竭，开发深部地质资源已成为大势所趋。从资源开采来说，目前地热开采深度超过3000m，油气资源开采深度达7000m，其他资源开采也向深层发展。然而，人类对深部、超深部的岩石性质和力学行为还缺乏了解。
[0003]地质力学模型试验是根据相似原理对工程与地质问题进行缩尺研究的一种试验方法，利用相似材料，能够较好的反映真实岩土介质的力学特性。深部岩石处于高温和高地应力环境下，岩石的力学特性较浅层有较大不同。现有的岩土相似材料均尚未考虑到这一点，直接限制了有关的地质力学模型试验的开展，无法为深部资源开采提供帮助。

技术实现思路

[0004]鉴于以上问题，本专利技术的目的是提供一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料，该材料所受竖向力可通过改变磁场强度来控制，即通过施加强磁场力模拟高地应力环境；可通过试验温度变化使材料强度参数发生变化，模拟深部岩石在高温下发生软化的力学特征；材料满足相似材料研制基本原则：
[0005](1)相似材料应由散粒体组成。(2)组成材料的散粒体应选用大比重的物质，并应考虑粗细颗粒的最优级配。(3)应选用弱胶结性的胶结剂。(4)相似材料应具有较高的电气绝缘度，不受温度、湿度变化影响。(5)相似材料的原材料应价廉易得。(6)相似材料的制作工艺要简化，且可快速干燥。(7)相似材料的力学参数应具有较大变化范围。(8)相似材料本身应对人体无毒害作用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料，是由重晶石粉(Barite powder)、石英砂(Quartz sand)、机油(Engine oil)、可熔性高分子材料(Fusible polymer materials)、铁氧体软磁材料磁粉(Magnetic powder of ferrite soft magnetic materials)按照一定的配比混合并均匀搅拌而成的一种复合材料，其中所用铁氧体软磁材料的化学式为Mn
‑
ZnFe2O4。该复合材料具有容重高、随磁场增强受磁场力增大、随温度升高力学参数减小、性能稳定、价格低廉、制作工艺简便且可重复使用等特点。
[0008]本专利技术的深层岩石相似材料的技术方案是：选择重晶石粉、石英砂、机油、可熔性高分子材料、铁氧体软磁材料磁粉作原材料。其中重晶石粉主要作为加重料；由于重晶石粉太细，加入石英砂作粗骨料优化颗粒级配；机油作胶结剂；可熔性高分子材料作掺合料，一是有补强的作用，二是作为变温相似材料使相似材料整体具有变温软化性；铁氧体软磁材料磁粉则使相似材料在磁场改变的情况下可以模拟不同的重力加载情况以反映不同深度
的岩层受力状态。
[0009]经过最优化筛选，本专利技术得到的材料配比构成是：骨料中重晶石粉、石英砂的重量配比为：1：0.23～0.37；机油作为胶结剂，其重量约占材料总重的2％～5％；可熔性高分子材料和铁氧体软磁材料磁粉视具体试验要求配比，但其重量占比不应小于20％。
[0010]本专利技术的一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料，其制备过程是：先把重晶石粉、石英砂、可熔性高分子材料和铁氧体软磁材料磁粉按照规定的配比加入搅拌机内，慢速搅拌至混合均匀，然后加入机油进一步拌和，之后将拌和好的材料倒入钢制模具内，用压力机将材料压实，后将模具拆开，取出试件，在室温下干燥48h即得本专利技术的深层岩石相似材料。
[0011]本专利技术的一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料，其应用相似环境包括高地应力和高温，具体实现途径为：通过在相关地质力学模型试验中加入可变化的强磁场，在强磁场中材料中的磁粉会受到磁场力作用而实现模拟重力逐步加载；通过在相关地质力学模型试验中加入电阻合金片，在通电情况下使电阻合金片发热来实现模拟高温环境，材料中的可熔性高分子材料在高温下会逐步熔解，使材料力学强度参数降低。
[0012]本专利技术的一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料，使用铁氧体软磁材料作磁粉的优越性在于：在相似材料中加入铁氧体软磁材料，试验中施加可变化的强磁场，以磁场力变化模拟重力变化加载，在磁场消失后软磁材料会自动退磁，使相似材料实现重复使用；同时铁氧体材料本身的极限工作温度为250℃，高于深部高温环境(150～200℃)，故采用铁氧体软磁材料磁粉可避免高温下磁粉的磁性受影响的现象发生。
[0013]相对于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0014]1、材料可适应不同的试验要求，只需改变施加磁场的强度即可实现不同重力加载，改变温度即可实现深部岩石升温软化特性。
[0015]2、材料可实现重复利用，使用软磁材料可实现自动退磁，提高材料的性价比和使用寿命。
[0016]3、材料充分考虑了应力场、温度场的耦合作用，使用铁氧体软磁材料作磁粉，可避免高温下磁性材料的磁性受到影响。
[0017]4、材料制作工艺简单，且制作周期短，在干燥48h后即可投入实际使用，方便快捷。
[0018]5、材料本身无任何毒副作用，不会对人体造成伤害。
[0019]本专利技术涉及的相似材料是一种理想的基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料，应用的相似环境包括深部条件下高地应力和高温环境，可广泛应用于深部资源开发的各个领域以及相应的地质力学模型试验，前景广阔。
附图说明
[0020]图1：材料制备流程图；
[0021]图2：材料实现模拟深部环境的方法示意图。
具体实施方式
[0022]本专利技术的一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料主要用于模拟岩土介质在深层、超深层高温和高地应力环境下的性质和力学行为。本专利技术的相似材料以重晶
石粉、石英砂为主骨料，机油为胶结剂，可熔性高分子材料和铁氧体软磁材料磁粉作掺合料，研制出了一种随磁场强度增大材料所受竖向磁场力增大，随温度增加材料力学参数减小的新型深层岩石相似材料。
[0023]实施例1：
[0024]本专利技术的相似材料的制备过程为：
[0025]1、取600目的重晶石粉，与石英砂按1：0.33的质量比加入到搅拌机内，再加入重量占比为20％的可熔性高分子材料和铁氧体软磁材料磁粉，慢速搅拌均匀至完全拌和；
[0026]2、向搅拌机内加入重量占比为3％的机油作胶结剂，进一步慢速搅拌均匀；
[0027]3、将拌和好的混合料倒入钢制模具内，在压力机下以1.5MPa的压力将混合料压实；
[0028]4、待压力机压实后将模具拆开，取出成型试样，在室温下干燥48h后即得所述的一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料，它是由重晶石粉、石英砂、机油、可熔性高分子材料、铁氧体软磁材料磁粉按照一定的配比混合并均匀搅拌而成的一种复合材料。2.一种如权利要求1所述的基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料，其特征是：材料以重晶石粉、石英砂、机油、可溶性高分子材料、铁氧体软磁材料磁粉作原材料；重晶石粉作为加重料，石英砂作粗骨料，机油作胶结剂，可熔性高分子材料作掺合料，铁氧体软磁材料磁粉作模拟重力加载材料，铁氧体软磁材料的化学式为Mn
‑
ZnFe2O4。3.一种如权利要求1所述的基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料，其特征是：材料中重晶石粉与石英砂的重量配比为：1：0.23～0.37，机油重量占材料总重的2％～5％，可熔性高分子材料和铁氧体软磁材料磁粉视具体试验要求配比，但重量占比不应小于20％。4.一种如权利要求1所述的基于电磁超载和变温软化的深层岩石相似材料的制作工艺，其特征是：先把重晶石粉、石英砂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文东，王子玉，姚军，王柄淇，李屹伟，黄朝琴，张旭，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：