圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置及方法

本发明创造属于岩样试验，具体涉及圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置及方法。

背景技术：

1、随着浅部资源的开采殆尽，千米级深部资源开采工程已成为新常态，目前煤炭开采深度已达1500m，地热开采深度超过5000m，金属矿开采深度超过4350m，油气资源开采深度达8800m。其中，井筒(如煤炭井工开采的井筒、地热能开发的地热井筒、二氧化碳地下封存的注入井、石油天然气开采的压裂井等)作为连接井下各类油气矿产资源与地面输运设备的咽喉通道，井筒建设效率及稳定性维护构成了能源和矿产资源安全高效开发极为重要的前置基础条件。

2、圆环形岩样的相关岩石力学实验研究正是针对类似井筒的围岩力学特性的研究，然而，现有圆环形岩样的径向辐散渗透处理是将液体从岩样轴向空心孔通过岩样压出，使液体向岩样外部渗透。其无法模拟真实储层岩体中的流体压裂不均匀渗吸作用，也无法模拟井筒所受的复杂环境情况的综合作用效果。并且现有实验装置仅能针对整体圆环形岩样进行处理，无法体现出在增加岩层渗透性过程中，对井筒所造成相应影响的非均匀的真实复杂情况，使得试验结果无法反应井筒所处的真实环境情况，这也就导致实验结果的不准确。

3、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

4、发明创造内容

5、本发明创造的目的在于提供圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置及方法，以至少解决现有技术中存在的上述问题。

6、为了实现上述目的，本发明创造提供如下技术方案：

7、圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，所述装置包括：

8、装置框架，所述装置框架包括环形套筒、固定端板与活动端板，所述固定端板与活动端板分别设置在环形套筒两端，所述固定端板与活动端板的中心均设置有通孔，固定端板与活动端板上的通孔与圆环形岩样中心孔同轴；

9、吸能防渗绝热组件，在环形套筒内部并列设置有多个圆环形岩样，在相邻的两个圆环形岩样之间设置有吸能防渗绝热组件，所述吸能防渗绝热组件的截面形状与圆环形岩样的截面形状一致；

10、应力波施加组件，所述应力波施加组件包括多个应力加载单元，所述应力加载单元伸入至圆环形岩样的中心孔中，每个应力加载单元对应一个圆环形岩样设置，每个应力加载单元均独立对一个圆环形岩样施加设定参数的静态应力和/或动态应力；

11、溶液施加组件，所述溶液施加组件包括多个溶液施加单元，每个溶液施加单元的排液设备伸入至圆环形岩样的中心孔中，每个溶液施加单元对应一个圆环形岩样设置，相邻圆环形岩样的中心孔之间设置有中心防渗垫片；每个溶液施加单元通过排液设备独立对一个圆环形岩样施加设定参数的溶液；

12、温度施加组件，所述温度施加组件包括多个温度施加单元，所述温度施加单元伸入至圆环形岩样的中心孔中，每个温度施加单元对应一个圆环形岩样设置，相邻圆环形岩样的中心孔之间设置有中心绝热垫片；每个温度施加单元均独立对一个圆环形岩样施加设定参数的温度。

13、如上所述的圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，优选的，所述应力波施加组件包括加载水平棒，多个应力加载单元并列设置在加载水平棒上，通过加载水平棒带动应力加载单元伸入至圆环形岩样的中心孔中；

14、所述应力加载单元至少包括应力加载器，所述应力加载器包括内置芯片、内置伸缩柱与内置波传导器，所述内置伸缩柱用于向圆环形岩样施加静态应力，所述内置波传导器用于向圆环形岩样施加动态应力波。

15、如上所述的圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，优选的，所述应力波施加组件还包括应力加载电脑端与波加载电脑端，所述应力加载器中的内置芯片均与应力加载电脑端、波加载电脑端电连接。

16、如上所述的圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，优选的，所述溶液施加单元由储液罐、加压泵、注液口与排液设备通过管路依次连接组成，所述排液设备伸入至圆环形岩样内部，用于向每个圆环形岩样内部释放溶液。

17、如上所述的圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，优选的，所述储液罐与加压泵之间的管路上设置有进液口阀门，所述加压泵与注液口之间的管路上设置有注液口阀门与上端液压计。

18、如上所述的圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，优选的，所述温度施加单元包括可调节电阻丝，在可调节电阻丝的外围设置有聚热管，所述中心绝热垫片设置在相邻温度施加单元之间；

19、各个温度施加单元中的可调节电阻丝均连接在温度控制仪上。

20、如上所述的圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，优选的，所述装置还包括传感器安置薄膜与传感器数据接收仪，所述传感器安置薄膜包裹在多个圆环形岩样的外围，传感器安置薄膜用于将检测到的数据传递给传感器数据接收仪；在传感器安置薄膜与环形套筒之间设置有密封软胶。

21、如上所述的圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，优选的，所述传感器安置薄膜上设置有压力传感器、湿度传感器与温度传感器；

22、所述压力传感器用于检测应力加载单元对圆环形岩样所施加应力场的渗透传递情况；

23、所述湿度传感器用于检测溶液施加单元对圆环形岩样所施加化学场的渗透情况；

24、所述温度传感器用于检测温度施加单元对圆环形岩样所施加温度场的渗透情况。

25、如上所述的圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，优选的，所述吸能防渗绝热组件包括并列设置的吸能垫片、防渗垫片与绝热垫片，在吸能垫片、防渗垫片与绝热垫片的内环设置有一圈密封垫片。

26、本技术还提供圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用方法，所述方法使用权利要求9所述的圆环形岩样分段定位径向辐散力化温协同作用装置，所述方法包括以下步骤：

27、步骤1，根据试验需要制备多个外形尺寸一致的圆环形岩样，在相邻两个圆环形岩样之间放置吸能防渗绝热组件，然后在多个圆环形岩样外围包裹传感器安置薄膜，并在传感器安置薄膜外围包裹密封软胶；再将组装好的多个圆环形岩样放置在套筒中，然后将固定端板、活动端板与套筒固定连接；

28、步骤2，将应力加载单元伸入至圆环形岩样的中心孔中，并使每个应力加载单元对应一个圆环形岩样进行应力场加载，在压力传感器监测圆环形岩样外围压力数值达到设定数值后，停止应力场加载，并将应力加载单元从圆环形岩样中取出；

29、步骤3，将温度施加单元伸入至圆环形岩样的中心孔中，并使每个温度施加单元对应一个圆环形岩样进行温度场加载，在温度传感器监测圆环形岩样外围温度数值达到设定数值后，停止温度场加载，并将温度施加单元从圆环形岩样中取出；

30、步骤4，将溶液施加单元伸入至圆环形岩样的中心孔中，并使每个溶液施加单元对应一个圆环形岩样进行化学场加载，在湿度传感器监测圆环形岩样外围湿度数值达到设定数值后，停止化学场加载，并将溶液施加单元从圆环形岩样中取出；

31、步骤5，将经过应力场、温度场与化学场处理过的圆环形岩样从装置框架中取出，然后对圆环形岩样继续开展岩石力学加载试验。

32、有益效果：

33、该装置能够对多个分段的圆环形岩样施加不同梯度的动静荷载、酸碱溶蚀效果和温度应力，以为后续分段岩样的岩石力学试验提供符合预定标准的岩石试样，可模拟千米深井井筒围岩所受的应力场、化学场和温度场分布不均的环境条件，可为油气资源和矿产资源开发时井筒稳定性研究提供前置实验装置基础，有利于复杂环境作用下建井工程及井筒围岩稳定性规律的相关研究。

技术实现思路