一种实时高温THMC耦合测定岩石渗透特性的实验系统

本发明属于岩石力学试验，具体涉及一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统。

背景技术：

1、在深部地热开发、原位注热热解油页岩、地下煤气化、地下核废料储存等工程中均涉及到高温岩石渗流问题，可见，研制实时高温岩石三轴多功能岩石力学实验系统是十分有必要的；目前，国内大多数学者进行高温岩石力学实验时均采用高温后岩石力学实验来研究温度对岩石力学特征的影响，并不能真实反映实时高温状态下岩石力学性质；一些学者采用mts810结合mtsmts652.02加热台研究了实时高温下岩石单轴力学性质，没有围压约束，不能反映地下原位条件，且mts岩石力学试验机价格十分昂贵；专利号为cn103364319a的实时高温岩石力渗流测试系统，其加载系统由中心油缸和环形油缸两部分组成，压力机部分需要单独加工，实施方案较为复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，解决目前研究国内研究岩石渗透性能的实验设备不能真实反映实时高温状态下岩石力学性质以及设备造价高昂的技术问题。

2、本发明的目的是这样实现的：一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，它包括加载系统和温度压力控制系统；所述加载系统包括轴向加载系统和侧向加载系统，所述轴向加载系统包括由上台面、下台面和第一立柱组成的主机加载框架和设置于所述主机加载框架上的伺服压力机，所述侧向加载系统包括三轴高温反应釜和第一恒流恒压泵，所述三轴高温反应釜设置于所述下台面上，所述三轴高温反应釜由围压加载内力框架、底部加载装置和三轴应力室组成，所述第一恒流恒压泵与所述底部加载装置相连接，所述围压加载内力框架由上法兰盖板、下法兰底座和第二立柱组成，所述底部加载装置设置于所述下法兰底座上，所述三轴应力室设置于所述底部加载装置上；

3、所述温度压力控制系统包括设置于所述三轴应力室外围的加热套，所述加热套连接有热电偶，温度压力控制器通过导线与所述热电偶、所述伺服压力机和所述第一恒流恒压泵相连接。

4、所述上台面与所述第一立柱之间、所述第一立柱与所述下台面之间均通过螺栓相连接；所述第二立柱通过加强螺栓与所述上法兰盖板，下法兰底座相连接。

5、所述三轴应力室包括腔体，所述腔体底部连接有三轴应力室底座，围压加载套筒的下部插入所述腔体内，上端抵压于所述上法兰盖板，轴压头的下端穿过所述围压加载套筒并伸入所述腔体内，上端与所述伺服压力机相连接；试件设置于所述腔体内，且位于所述轴压头和所述三轴应力室底座之间，所述腔体的侧面上设置有测温孔，所述热电偶通过所述测温孔插入所述腔体内以测得所述试件的表面温度。

6、所述实验系统还包括有试件密封系统，所述试件密封系统包括设置于所述腔体内的密封材料，所述密封材料套设于所述试件外部，所述密封材料上端抵压于所述围压加载套筒底端，所述密封材料下端抵压于所述三轴应力室底座；所述试件、所述轴压头和所述三轴应力室底座上缠绕有带有高温密封胶的高温铝箔纸，所述高温铝箔纸将所述试件与所述密封材料隔离开。

7、所述实验系统还包括有试件渗透系统，所述试件渗透系统包括设置于所述轴压头底部的上渗透筛和设置于所述三轴应力室底座顶部的下渗透筛，所述三轴应力室底座上设置有进气口，所述三轴应力室底座内设置有导气孔，所述导气孔连接所述进气口和所述下渗透筛，所述轴压头内部设置有排出孔，所述轴压头上部设置有排气口，所述排出孔连接所述上渗透筛和所述排气口；渗透介质通过导管从第二恒流恒压泵进入所述三轴应力室底座上的所述进气口，通过所述导气孔进入所述下渗透筛，渗透介质通过所述试件渗透到所述上渗透筛，再由所述轴压头内的所述排出孔通向所述排气口，所述排气口与流量计相连接。

8、所述实验系统还包括冷却系统，所述冷却系统包括设置于所述底部加载装置外侧上的第一环形冷却套、设置于所述围压加载套筒外围的第二环形冷却套和设置于所述轴压头上部外围的第三环形冷却套，所述第一环形冷却套上设置有第一进水口和第一出水口，所述第二环形冷却套上设置有第二进水口和第二出水口，所述第三环形冷却套上设置有第三进水口和第三出水口。

9、所述三轴应力室底座上设置有环形凹槽，所述腔体的底端嵌入所述环形凹槽内，所述腔体的底部通过高强螺栓与所述三轴应力室底座相连接。

10、所述密封材料为石墨盘根环。

11、本发明的有益效果：本发明的一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，加载系统包括轴向加载系统和侧向加载系统，轴向加载系统由伺服压力机控制轴向压力，侧向加载系统通过底部加载装置和围压加载内力框架共同作用施加环向压力，通过底部加载装置将三轴应力室向上推动，围压加载套筒作用在围压加载内力框架上端，对密封材料施加一个反向作用力，反作用力压缩密封材料，由于泊松效应，压实的密封材料会对试件产生一个侧向应力；温度压力控制系统对轴向施加压力、侧向压力及试件温度进行控制和调节，试件密封系统的高温铝箔纸将试件与密封材料隔离，防止试件内的渗透介质渗向密封材料，密封材料通过侧向加载系统传递侧向压力实现密封；渗透介质通过导管从第二恒流恒压泵进入三轴应力室底座上的进气口，通过导气孔进入下渗透筛，渗透介质通过试件渗透到上渗透筛，再由轴压头内的排出孔通向排气口，实现对试件的渗透作业；冷却系统通过设置于底部加载装置外侧上的第一环形冷却套、设置于围压加载套筒外围的第二环形冷却套和设置于轴压头上部外围的第三环形冷却套对各部分进行冷却作业；本发明的一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，实现了在高温高压条件下的岩石渗流实验，能反映真实的地下原位模拟条件，利用底座加载装置和伺服压力机间存在的压力差，通过压力差加载方式，实现对实验的精准控制。

技术特征：

1.一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，其特征在于：它包括加载系统和温度压力控制系统；所述加载系统包括轴向加载系统和侧向加载系统，所述轴向加载系统包括由上台面（22）、下台面（20）和第一立柱（25）组成的主机加载框架和设置于所述主机加载框架上的伺服压力机（1），所述侧向加载系统包括三轴高温反应釜和第一恒流恒压泵（38），所述三轴高温反应釜设置于所述下台面（20）上，所述三轴高温反应釜由围压加载内力框架、底部加载装置（18）和三轴应力室组成，所述第一恒流恒压泵（38）与所述底部加载装置（18）相连接，所述围压加载内力框架由上法兰盖板（5）、下法兰底座（37）和第二立柱（15）组成，所述底部加载装置（18）设置于所述下法兰底座（37）上，所述三轴应力室设置于所述底部加载装置（18）上；

2.如权利要求1所述的一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，其特征在于：所述上台面（22）与所述第一立柱（25）之间、所述第一立柱（25）与所述下台面（20）之间均通过螺栓（2）相连接；所述第二立柱（15）通过加强螺栓（19）与所述上法兰盖板（5），下法兰底座（37）相连接。

3.如权利要求1所述的一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，其特征在于：所述三轴应力室包括腔体（11），所述腔体（11）底部连接有三轴应力室底座（39），围压加载套筒（7）的下部插入所述腔体（11）内，上端抵压于所述上法兰盖板（5），轴压头（3）的下端穿过所述围压加载套筒（7）并伸入所述腔体（11）内，上端与所述伺服压力机（1）相连接；试件（32）设置于所述腔体（11）内，且位于所述轴压头（3）和所述三轴应力室底座（39）之间，所述腔体（11）的侧面上设置有测温孔（30），所述热电偶（33）通过所述测温孔（30）插入所述腔体（11）内以测得所述试件（32）的表面温度。

4.如权利要求3所述的一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，其特征在于：所述实验系统还包括有试件密封系统，所述试件密封系统包括设置于所述腔体（11）内的密封材料（12），所述密封材料（12）套设于所述试件（32）外部，所述密封材料（12）上端抵压于所述围压加载套筒（7）底端，所述密封材料（12）下端抵压于所述三轴应力室底座（39）；所述试件（32）、所述轴压头（3）和所述三轴应力室底座（39）上缠绕有带有高温密封胶的高温铝箔纸（14），所述高温铝箔纸（14）将所述试件（32）与所述密封材料（12）隔离开。

5.如权利要求3所述的一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，其特征在于：所述实验系统还包括有试件渗透系统，所述试件渗透系统包括设置于所述轴压头（3）底部的上渗透筛（29）和设置于所述三轴应力室底座（39）顶部的下渗透筛（13），所述三轴应力室底座（39）上设置有进气口（34），所述三轴应力室底座（39）内设置有导气孔（40），所述导气孔（40）连接所述进气口（34）和所述下渗透筛（13），所述轴压头（3）内部设置有排出孔（41），所述轴压头（3）上部设置有排气口（23），所述排出孔（41）连接所述上渗透筛（29）和所述排气口（23）；渗透介质通过导管从第二恒流恒压泵（36）进入所述三轴应力室底座（39）上的所述进气口（34），通过所述导气孔（40）进入所述下渗透筛（13），渗透介质通过所述试件（32）渗透到所述上渗透筛（29），再由所述轴压头（3）内的所述排出孔（41）通向所述排气口（23），所述排气口（23）与流量计（21）相连接。

6.如权利要求3所述的一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，其特征在于：所述实验系统还包括冷却系统，所述冷却系统包括设置于所述底部加载装置（18）外侧上的第一环形冷却套（16）、设置于所述围压加载套筒（7）外围的第二环形冷却套（8）和设置于所述轴压头（3）上部外围的第三环形冷却套（4），所述第一环形冷却套（16）上设置有第一进水口（17）和第一出水口（35），所述第二环形冷却套（8）上设置有第二进水口（9）和第二出水口（27），所述第三环形冷却套（4）上设置有第三进水口（6）和第三出水口（24）。

7.如权利要求3所述的一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，其特征在于：所述三轴应力室底座（39）上设置有环形凹槽，所述腔体（11）的底端嵌入所述环形凹槽内，所述腔体（11）的底部通过高强螺栓（19）与所述三轴应力室底座（39）相连接。

8.如权利要求4所述的一种实时高温thmc耦合测定岩石渗透特性的实验系统，其特征在于：所述密封材料（12）为石墨盘根环。

技术总结
本发明属于岩石力学试验技术领域，具体涉及一种实时高温THMC耦合测定岩石渗透特性的实验系统；包括加载系统和温度压力控制系统；加载系统包括轴向加载系统和侧向加载系统，轴向加载系统包括由上台面、下台面和第一立柱组成的主机加载框架和设置于主机加载框架上的伺服压力机，侧向加载系统包括三轴高温反应釜和第一恒流恒压泵，三轴高温反应釜设置于下台面上，三轴高温反应釜由围压加载内力框架、底部加载装置和三轴应力室组成，第一恒流恒压泵与底部加载装置相连接，围压加载内力框架由上法兰盖板、下法兰底座和第二立柱组成，底部加载装置设置于下法兰底座上；本发明实现了在高温高压条件下的岩石渗流实验，能反映真实的地下原位模拟条件。

技术研发人员：王国营,马宏伟,刘少伟,贾后省,付孟雄,姚旭然
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13