[发明专利]一种软岩高温高压大变形渗流耦合测试实验装置和方法

权利要求书

1.一种软岩高温高压大变形渗流耦合测试实验装置，其特征在于，包括底座，所述底座由第一凸台、第二凸台和第三凸台组成，所述底座的第一凸台上表面处设置有围压筒，围压筒内壁设置有隔热层，围压筒底部内壁与底座的第二凸台外圆面贴合，围压筒顶部设置有围压室盖板，所述围压筒、围压室盖板和底座三者所形成的腔室为围压室，且围压室盖板通过长拉杆螺栓与底座的第一凸台上表面连接将围压筒固定，所述围压室盖板顶部通过短螺栓连接有盖体，盖体与围压室盖板所形成的腔体设置有传力柱，传力柱的圆盘部分将腔体分割成围压自平衡室和排气室，围压自平衡室与围压室通过自平衡室流体通道相连通，传力柱顶端贯穿盖体，底端贯穿围压室盖板伸入围压室，所述底座的第三凸台外圆面由下至上依次设置有加热板和变形量测计底座，底座的第三凸台顶部设置有岩石试样，岩石试样顶部设置有加载头，岩石试样外圆面套有试样密封套，试样密封套顶端延伸至加载头外圆面，底端延伸至底座的第三凸台外圆面，将岩石试样与加载头的接缝以及岩石试样与底座第三凸台的接缝包裹，所述变形量测计底座上沿周向设置有多个侧向变形量测计和轴向变形量测计，侧向变形量测计与试样密封套外圆面贴合，轴向变形量测计与加载头外圆面贴合，所述围压室盖板上设置有排气口，所述底座分别设置有围压室注油口、流体注入口和流体流出口，围压室注油口与第一伺服控制泵连接，流体注入口与第二伺服控制泵连接。

2.根据权利要求1所述的一种软岩高温高压大变形渗流耦合测试实验装置，其特征在于：所述排气口、围压室注油口、流体注入口和流体流出口上均设置有阀门。

3.根据权利要求1所述的一种软岩高温高压大变形渗流耦合测试实验装置，其特征在于：所述底座的第二凸台与围压室之间、所述传力柱与围压室盖板、盖体之间和所述盖体与围压室盖板之间、围压筒与围压室盖板之间均设置有密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种软岩高温高压大变形渗流耦合测试实验装置，其特征在于：所述加载头为阶梯状，加载头小直径段横截面面积与岩石试样横截面面积相等。

5.根据权利要求1所述的一种软岩高温高压大变形渗流耦合测试实验装置，其特征在于：所述侧向变形量测计孔、轴向变形量测计孔均以变形量测计底座轴线为对称轴对称布置，相邻两个所述侧向变形量测计之间的夹角相等。

6.根据权利要求1所述的一种软岩高温高压大变形渗流耦合测试实验装置，其特征在于：所述侧向变形量测计由侧向变形量测计固定柱和侧向变形量测计探头组成，所述侧向变形量测计固定柱设置有刻度线，沿所述侧向变形量测计固定柱轴线方向设置多个侧向变形量测计探头。

7.根据权利要求1所述的一种软岩高温高压大变形渗流耦合测试实验装置，其特征在于：所述加热板中心处开设有通孔，所述加热板设置在岩石试样底部的底座第三凸台上。

8.一种软岩高温高压大变形渗流耦合测试实验装置进行高温高压软岩大变形破坏和渗流耦合实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：首先将加热板和变形量测计底座固定在底座的第三凸台外圆面上，然后将岩石试样放置在底座的第三凸台顶部，将加载头放置于岩石试样顶部，并保证岩石试样、底座和加载头轴线重合，其次将试样密封套套在岩石试样、底座和加载头外圆面上；

步骤2：将轴向变形量测计安装在变形量测计底座和加载头之间，将侧向变形量测计安装在变形量测计底座上；

步骤3：重复步骤2，安装多个轴向变形量测计和侧向变形量测计；依据侧向变形量测计固定柱上的刻度，调整侧向变形量测计探头高度使侧向变形量测计分布在岩石试样不同横截面位置处，调整同一截面处的侧向变形量测计探头共线，并使侧向变形量测计探头与试样密封套接触；

步骤4：连接加载头和底座之间的流体通道，将岩石试样、加热板、试样密封套、变形量测计底座、侧向变形量测计和轴向变形量测计整体安装于底座的第三凸台外圆面上，最后安装围压筒和围压室盖板；

步骤5：打开围压室注油口阀门，通过第一伺服控制泵将液压油通过围压室注油口处注入围压室内，围压室中的液压油对岩石试样施加围压，围压以一定压力梯度持续施加至设定值σ_v，其中部分液压油经过自平衡室流体通道进入到围压自平衡室内，通过围压自平衡室对传力柱产生竖直向下的压力，使围压室与围压自平衡室的竖直方向压力达到平衡状态，此时围压室对岩石试样施加的围压及围压自平衡室对传力柱施加的压力均为σ_v；

步骤6：通过第一伺服控制泵维持σ_v恒定，打开流体注入口阀门，通过第二伺服控制泵将流体通过流体注入口注入岩石试样内，当第二伺服控制泵数值急剧增加时，此时岩石试样的流体达到饱和，打开流体流出口阀门并保持第二伺服控制泵流体速率不变；

步骤7：接通电源，加热板加热至指定温度T，温度稳定后使用加载头加载，通过侧向变形量测计记录侧向应变，通过轴向变形量测计记录竖向应变，通过传力柱内的力传感器记录竖向应变，通过流量计记录流量；

步骤8：岩石试样破坏后，实验结束；根据获取的侧向应变、竖向应变、竖向应力、流体流量的时间过程曲线，获得软岩高温高压下变形破坏与渗流耦合的全过程的应变应力及渗透率变化曲线。