[发明专利]真三轴岩石参数测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及涉及油、气储层评价技术领域，尤其涉及一种真三轴岩石参数测试系统。

背景技术

由于岩体在原位状态下一般受三维应力作用，因而实验室研究三维应力条件下岩体的力学性能、电学性能、声学性能和渗流性能更能反映天然地质岩体的实际情况。不等压三轴应力状态下中间主应力对岩石变形强度的影响，一直以来都是岩体工程领域探索的前沿课题之一，为此常用真三轴试验机来模拟不等压三轴应力条件下的岩石力学行为。

目前，已有的真三轴试验机大多用于评价岩土的力学行为，而对于石油天然气行业，为了方便对岩石施加三个方向相互正交的荷载，岩石试样通常加工成正方体或者长方体，采用x，y，z三个方向相互正交的加载单元组成真三轴加载系统。

根据加载方式和压力室结构特点，真三轴仪可分为刚性板加载、柔性囊加载和复合加载三种类型。刚性板加载为试样安装在六个刚性板之间，当在三个应力方向施加压力时，试样会产生相应的主应变，这类加载方式虽能精确测量应变、能产生均匀应变、达到较大的轴向应变、模拟复杂的应力应变路径，但是难以检验应力的不均匀性，且当应变较大时，加载板之间会产生相互干扰，不能进行预定的应力路径试验。柔性囊加载为全部由液压系统控制三个主应力，通过橡皮囊对试样施加液压，这种加载方式无明显的边界干扰，能按预定的复杂应力路径进行试验，测量变形，但在不采取特殊预防措施时，也会产生边界干扰，如果不加专门润滑措施，则难以达到均匀应变，只有通过逐步矫正作用于平面的法向应力，才能达到平面应变条件。复合加载在某些方向采用刚性压膜，其它方向上采用柔性压膜，以刚性边界作为压缩方向，应力控制的柔性边界作为挤伸方向可免除边界干扰，若预定的实验面与仪器轴成某一固定方向，则可按应力路径或应变路径进行试验，但是预定的复杂应力路径试验难以进行或根本不可能进行，刚性板和柔性板上法向应力场和应变场的均匀性难以确定。

在现有技术中，CN103207114A公布了一种三向刚性加载岩石真三轴仪，其刚性加载板使用刚柔混合加压片，虽然能够避免加载板之间的相互干扰和试样变形后受到的侧向干扰，但是刚柔混合加压片上的弹性片和立方体刚性快之间的对接部位采用强力胶等粘接在一起，若在应力加载过程中，岩石试样端面应力不均匀，很容易造成粘接处破损；高温下，粘接处易脱落，因此该装置不能进行高温试验；并且弹性片的承压范围有限，造成整块加载板的加载应力有限，无法进行高应力条件下的试验；另外，岩石试样六个面的刚性加载板无法密封试样，四周的刚性加载板也未采用绝缘措施，因此该装置无法进行渗流实验，并且不能测试试样的电学性能。

CN101701887A公布了一种多功能三轴岩心夹持器装置，该装置采用橡胶材质的液压囊加载，液压囊放置在主体上四个相对的凹槽内，凹槽在横截面上呈“十”字形，液压囊之间通过相邻凹槽之间的倒角隔开，这种液压囊加工工艺复杂，成本高。设计的柔性加载方式无法保证应变的均匀性，当三向应力差值较大时，橡胶材质的液压囊会受压变形经过凹槽倒角流向相邻的凹槽内，应力较大时，倒角容易刺穿液压囊。CN101761333A公布了一种多功能真三轴应力煤心夹持器，该装置采用复合加载方式，试样外套有胶套，能进行渗流试验，但是Y轴加压柱塞直接作用在试样外的胶套上，承压能力有限，不能进行高应力下的试验。Y轴加压柱塞端面未采取任何绝缘措施，故该装置无法测试试样的电学性能。美国专利US3728895公布了一种三向压缩测试装置，该装置采用刚性加载，试样放置在金属矩形主体中间的空隙中，六个金属刚性模块插入通向主体空隙的开口中与岩心直接接触，金属刚性模块通过螺杆固定在矩形主体上，承压能力低，只能做低应力下的力学试验，此外，该装置不能测试三轴压力下试样的渗流性能、电学性能以及声学性能。

以上所述四类三轴仪均不能在满足三轴应力条件下同时进行高温高压渗流试验、电学性能测试、力学性能测试和声学性能测试。而且国内的三轴仪设计中，三轴仪的各向加载装置均伸向三轴仪主体外，这种设计方法增大了装置尺寸，装置显得笨重并且难以操作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种真三轴岩石参数测试系统，所述测试系统能在不等三向压力下同时测试高温高压条件下岩石的力学性能、声学性能、电学性能和渗流性能。