一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机的制作方法

1.本发明属于石油工程岩石力学领域，特别涉及一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机。


背景技术：

2.岩石三轴压缩、声发射测地应力等试验是石油工程中研究储层岩石力学性质的重要手段。通过一系列的岩石力学参数实验，得到地层的岩石力学性质，为储层的改造开发提供支撑。目前随着油气资源的不断开采，油气勘探开发的重点逐渐向深部地层发展。在地层深度不断增加的同时，地层的温度和压力也在不断升高。而在进行岩石三轴压缩、声发射测地应力等试验的过程中，需要模拟深部地层的高温高压环境，保证试验结果的可靠性。而传统的岩石力学测试系统主要采用液体对试件施加围压，这种加载方式对高温高压环境的模拟造成极大的困难。对试件进行加热时，会有很大一部分热量传递耗散至起施加围压作用的液体中，导致加热效率变低，耗时耗力；且加热后的液压油在流动的过程中还会对管线、储油腔等其他设备产生损坏，影响实验效率。同时，实验过程中试件产生的声发射信号需要经过围压缸中的液压油才能传递至信号接收器，这一过程会导致声发射信号产生严重衰减，声信号携带的信息会部分丢失，地应力的分析结果受到影响。另外，现有实验设备多在两台不同的设备分别开展岩心岩石力学参数、地应力测试，需要岩心多，由于当前深层钻井取芯困难，岩心有限，急需一台设备实现利用一组岩心一次实验即可联合测试岩心岩石力学参数、地应力。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明在深部地层环境下进行岩石力学参数及地应力的监测，准确反映地层应力条件，本发明提出了一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机，能够在高温高压的环境下进行三轴加载试验，并能够接收完整的声发射信号，反映真实的地层应力条件。
4.具体地，本发明提供的技术方案为：
5.一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机，包括测试组件，所述测试组件包括上压头、底板、侧压头组件、加热棒组件、声发射探头组件和温度传感器组件；
6.所述侧压头组件包括多个侧压头，分别为第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头；三轴试件置于所述底板上，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头依次环绕在所述三轴试件的四周，所述上压头置于所述三轴试件的上方；所述底板上还安装有加热棒组件；
7.所述声发射探头组件包括第一声发射探头、第二声发射探头和第三声发射探头；所述第一声发射探头、第二声发射探头和第三声发射探头分别置于所述侧压头组件和底板内；
8.所述温度传感器组件包括第一温度传感器和第二温度传感器；所述第一温度传感
器和第二温度传感器分别置于所述侧压头组件内。
9.优选地，所述加热棒组件包括第一加热棒、第二加热棒、第三加热棒和第四加热棒；所述第一侧压头和第二侧压头之间安装有第一加热棒，所述第二侧压头和第三侧压头之间安装有第二加热棒，所述第三侧压头和第四侧压头之间安装有第三加热棒，所述第四侧压头和第一侧压头之间安装有第四加热棒，所述所述第一加热棒、第二加热棒、第三加热棒和第四加热棒下部紧靠底板。
10.优选地，所述第一声发射探头和第二声发射探头分别位于相对的两个侧压头内，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别位于所述相对的两个侧压头内。
11.优选地，当所述第一声发射探头和第二声发射探头分别位于所述第一侧压头和第三侧压头内，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别位于所述第二侧压头和第四侧压头内；当所述第一声发射探头和第二声发射探头分别位于所述第二侧压头和第四侧压头内，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别位于所述第一侧压头和第三侧压头内。
12.优选地，还包括堵头组件，所述堵头组件包括第一堵头、第二堵头和第三堵头；所述第一堵头、第二堵头和第三堵头对第一声发射探头、第二声发射探头和第三声发射探头进行封堵、固定。
13.优选地，还包括加热套组件，所述加热套组件包括上部保温套和下部保温套，所述上部保温套和下部保温套，所述上部保温套和下部保温套置于测试组件的外侧，将试验机内部与外界隔绝。
14.优选地，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头包括侧压头ⅰ和侧压头ⅱ，所述侧压头ⅰ和侧压头ⅱ为一体设置，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头的侧压头ⅰ分别环绕在环绕在所述三轴试件的四周，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头的侧压头ⅱ分别位于远离三轴试件的侧压头ⅰ的一面，所述侧压头ⅱ与所述动力装置连接，当所述第一侧压头和第三侧压头的侧压头ⅰ内设置有声发射探头安装槽，所述第二侧压头和第四侧压头的侧压头ⅱ内设置有温度传感器安装槽，当所述第一侧压头和第三侧压头的侧压头ⅰ内设置有温度传感器安装槽，所述第二侧压头和第四侧压头的侧压头ⅱ内设置有声发射探头安装槽。
15.优选地，所述下部保温套的外侧设置有多个通孔，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头的侧压头ⅱ分别穿过下部保温套的通孔向外伸出。
16.优选地，还包括信号接收器，所述第一声发射探头、第二声发射探头和第三声发射探头产生的声发射信号通过固体传导至所述信号接收器。
17.优选地，所述三轴试件为立方体形状，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头分别位于立方体的所述三轴试件的四个侧面，所述上压头和所述底板分别位于立方体的所述三轴试件的顶面和底面。
18.优选地，所述三轴试件的大小为50mm
×
50mm
×
50mm。
19.与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：
20.1、本发明提出了一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机。试验机采用真三轴加载方式进行加载，其中两个侧向压头和底座安装有声发射探头，用以监测声发射信号；剩余两个侧向压头安装有温度传感器，用以实时反馈温度；利用加热棒对设备和试件进行加热，采用间接加热的方式，通过加热压头，进而达到加热试件的目的；加载装
置外部；
21.2、本发明的提供的一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机与现有技术相比，能够在高温高压环境下进行三轴力学参数实验，同时能够完整准确地接收声发射信号，实验数据能够反映真实的地层应力状态。
附图说明
22.附图说明，为了更清楚的说明本发明实施例,下面将对实施例所需要使用的附图作简单介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。
23.在附图中：
24.图1为本发明提供的高温高压下岩石三轴应力及声发射监测试验机的结构示意图；
25.图2为本发明提供的高温高压下岩石三轴应力及声发射监测试验机的正面剖视图；
26.图3为本发明提供的高温高压下岩石三轴应力及声发射监测试验机的侧面剖视图。
27.图4为本发明提供的高温高压下岩石三轴应力及声发射监测试验机内部结构图；
28.图5为本发明提供的高温高压下岩石三轴应力及声发射监测试验机另一内部结构图。
29.以上附图的附图标记：
30.11、上部保温套；12、下部保温套；21、第一侧压头；22、第二侧压头；23；第三侧压头；24、第四侧压头；31、上压头；32、底板；4、三轴试件；51；第一温度传感器；52、第二温度传感器；61、第一加热棒；62、第二加热棒；63、第三加热棒；64、第四加热棒；71、第一声发射探头；72、第二声发射探头；73、第三声发射探头；81、第一堵头；82、第二堵头；83、第三堵头；9、出线孔；101、侧压头ⅰ；102、侧压头ⅱ。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
32.如图1-图5所示，本发明提供一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机。
33.一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机，包括测试组件，所述测试组件包括上压头31、底板32、侧压头组件2、加热棒组件6、声发射探头组件和温度传感器组件；
34.所述侧压头组件包括多个侧压头，具体为4个侧压头，4个侧压头后端接有千斤顶，能够提供动力使压头前进/后退；扁千斤等加载装置通过侧压头21、22、23、24对试件4施加围压；分别为第一侧压头21、第二侧压头22、第三侧压头23和第四侧压头24；三轴试件置于所述底板32上，所述第一侧压头21、第二侧压头22、第三侧压头23和第四侧压头24依次环绕在所述三轴试件4的四周，所述上压头31置于所述三轴试件4的上方，对三轴试件4施加轴向压力；所述底板32上还安装有加热棒组件；
35.所述声发射探头组件包括第一声发射探头71、第二声发射探头72和第三声发射探头73；所述第一声发射探头71、第二声发射探头72和第三声发射探头73分别置于所述侧压头组件和底板32内；
36.所述温度传感器组件包括第一温度传感器51和第二温度传感器52；所述第一温度传感器51和第二温度传感器52分别置于所述侧压头组件内。
37.所述加热棒组件包括第一加热棒61、第二加热棒62、第三加热棒63和第四加热棒64；所述第一侧压头21和第二侧压头22之间安装有第一加热棒61，所述第二侧压头22和第三侧压头23之间安装有第二加热棒62，所述第三侧压头23和第四侧压头24之间安装有第三加热棒63，所述第四侧压头24和第一侧压头21之间安装有第四加热棒64，所述第一加热棒61、第二加热棒62、第三加热棒63和第四加热棒64下部紧靠底板32。
38.具体地，所述第一声发射探头71和第二声发射探头72分别位于相对的两个侧压头内，所述第一温度传感器51和第二温度传感器52分别位于所述相对的两个侧压头内。
39.当所述第一声发射探头71和第二声发射探头72分别位于所述第一侧压头21和第三侧压头23内，所述第一温度传感器51和第二温度传感器52分别位于所述第二侧压头22和第四侧压头24内；当所述第一声发射探头71和第二声发射探头72分别位于所述第二侧压头22和第四侧压头24内，所述第一温度传感器51和第二温度传感器52分别位于所述第一侧压头21和第三侧压头23内。
40.其中，本发明提供的测试组件还包括堵头组件，所述堵头组件包括第一堵头81、第二堵头82和第三堵头83；所述第一堵头81、第二堵头82和第三堵头83对第一声发射探头71和第二声发射探头72和第三声发射探头73进行封堵、固定。
41.其中，本发明提供的测试组件还包括加热套组件，所述加热套组件包括上部保温套11和下部保温套12，所述上部保温套11和下部保温套12，所述上部保温套11和下部保温套12置于测试组件的外侧，将试验机内部与外界隔绝。所述上部保温套11和下部保温套12的四周分别安装有半圆孔，所述上部保温套11和下部保温套12的半圆孔相配合形成了出线孔9。
42.所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头包括侧压头ⅰ101和侧压头ⅱ102，所述侧压头ⅰ101和侧压头ⅱ102为一体设置，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头的侧压头ⅰ101分别环绕在环绕在所述三轴试件的四周，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头的侧压头ⅱ102分别位于远离三轴试件的侧压头ⅰ的一面，所述侧压头ⅱ与所述动力装置连接，当所述第一侧压头和第三侧压头的侧压头ⅰ内设置有声发射探头安装槽，声发射探头安装槽分别安装有第一声发射探头71和第二声发射探头72，所述第二侧压头22和第四侧压头24的侧压头ⅱ102内设置有温度传感器安装槽，温度传感器安装槽内分别安装有第一温度传感器51和第二温度传感器52；当所述第一侧压头和第三侧压头的侧压头ⅰ内设置有温度传感器安装槽，所述第二侧压头和第四侧压头的侧压头ⅱ内设置有声发射探头安装槽。所述温度传感器51、52分别置于对称的两个侧压头内，实时监测环境温度。所述保温套(上部保温套11和下部保温套)置于最外层，起到保温隔热、减少噪声的作用。
43.其中，所述下部保温套12的外侧设置有多个通孔，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头的侧压头ⅱ分别穿过下部保温套的通孔向外伸出。
44.具体地，本发明提供的测试组件还包括信号接收器，所述第一声发射探头、第二声发射探头和第三声发射探头产生的声发射信号通过固体传导至所述信号接收器。
45.具体地，所述三轴试件为立方体形状，所述第一侧压头、第二侧压头、第三侧压头和第四侧压头分别位于立方体的所述三轴试件的四个侧面，所述上压头和所述底板分别位于立方体的所述三轴试件的顶面和底面，所述三轴试件的大小为50mm
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50mm
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50mm。
46.作为优选实施方式，本发明提供的一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机在进行试验时，首先将试件4放置在底板32上，将4个侧压头21～24及上压头31置于指定位置。将4个加热棒61-64放置于侧压头21-24之间，同时下部直接抵靠在底板32上，再将保温套11和12置于加载装置外部，将试验机内部与外界隔绝。接着利用加热棒61-64对整个系统进行加热，利用温度传感器51、52监测温度，达到预定温度后再控制侧压头21～24对试件施加围压。最后通过上压头31和底板32施加轴向应力，进行高温高压环境下的三轴力学试验，同时利用内置的声发射探头71、72、73接收试验过程中的声发射信号，并通过kaiser效应计算地层应力。岩样试件4的尺寸可以根据实际情况进行设置，譬如在本实施方式中，该试件4可以为50mm
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50mm
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50mm的立方体形状，但是不能作为本技术唯一的实施方式。
47.本发明的提供的一种用于高温高压下岩石三轴应力及声发射测试的试验机与现有技术相比，能够在高温高压环境下进行三轴力学参数实验，同时能够完整准确地接收声发射信号，实验数据能够反映真实的地层应力状态。
48.所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。