本發(fā)明創(chuàng)造屬于巖樣試驗，具體涉及圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著淺部資源的開采殆盡，千米級深部資源開采工程已成為新常態(tài)，目前煤炭開采深度已達(dá)1500m，地?zé)衢_采深度超過5000m，金屬礦開采深度超過4350m，油氣資源開采深度達(dá)8800m。其中，井筒(如煤炭井工開采的井筒、地?zé)崮荛_發(fā)的地?zé)峋?、二氧化碳地下封存的注入井、石油天然氣開采的壓裂井等)作為連接井下各類油氣礦產(chǎn)資源與地面輸運(yùn)設(shè)備的咽喉通道，井筒建設(shè)效率及穩(wěn)定性維護(hù)構(gòu)成了能源和礦產(chǎn)資源安全高效開發(fā)極為重要的前置基礎(chǔ)條件。

2、圓環(huán)形巖樣的相關(guān)巖石力學(xué)實驗研究正是針對類似井筒的圍巖力學(xué)特性的研究，然而，現(xiàn)有圓環(huán)形巖樣的徑向輻散滲透處理是將液體從巖樣軸向空心孔通過巖樣壓出，使液體向巖樣外部滲透。其無法模擬真實儲層巖體中的流體壓裂不均勻滲吸作用，也無法模擬井筒所受的復(fù)雜環(huán)境情況的綜合作用效果。并且現(xiàn)有實驗裝置僅能針對整體圓環(huán)形巖樣進(jìn)行處理，無法體現(xiàn)出在增加巖層滲透性過程中，對井筒所造成相應(yīng)影響的非均勻的真實復(fù)雜情況，使得試驗結(jié)果無法反應(yīng)井筒所處的真實環(huán)境情況，這也就導(dǎo)致實驗結(jié)果的不準(zhǔn)確。

3、因此，需要提供一種針對上述現(xiàn)有技術(shù)不足的改進(jìn)技術(shù)方案。

4、發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容

5、本發(fā)明創(chuàng)造的目的在于提供圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置及方法，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。

6、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造提供如下技術(shù)方案：

7、圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，所述裝置包括：

8、裝置框架，所述裝置框架包括環(huán)形套筒、固定端板與活動端板，所述固定端板與活動端板分別設(shè)置在環(huán)形套筒兩端，所述固定端板與活動端板的中心均設(shè)置有通孔，固定端板與活動端板上的通孔與圓環(huán)形巖樣中心孔同軸；

9、吸能防滲絕熱組件，在環(huán)形套筒內(nèi)部并列設(shè)置有多個圓環(huán)形巖樣，在相鄰的兩個圓環(huán)形巖樣之間設(shè)置有吸能防滲絕熱組件，所述吸能防滲絕熱組件的截面形狀與圓環(huán)形巖樣的截面形狀一致；

10、應(yīng)力波施加組件，所述應(yīng)力波施加組件包括多個應(yīng)力加載單元，所述應(yīng)力加載單元伸入至圓環(huán)形巖樣的中心孔中，每個應(yīng)力加載單元對應(yīng)一個圓環(huán)形巖樣設(shè)置，每個應(yīng)力加載單元均獨立對一個圓環(huán)形巖樣施加設(shè)定參數(shù)的靜態(tài)應(yīng)力和/或動態(tài)應(yīng)力；

11、溶液施加組件，所述溶液施加組件包括多個溶液施加單元，每個溶液施加單元的排液設(shè)備伸入至圓環(huán)形巖樣的中心孔中，每個溶液施加單元對應(yīng)一個圓環(huán)形巖樣設(shè)置，相鄰圓環(huán)形巖樣的中心孔之間設(shè)置有中心防滲墊片；每個溶液施加單元通過排液設(shè)備獨立對一個圓環(huán)形巖樣施加設(shè)定參數(shù)的溶液；

12、溫度施加組件，所述溫度施加組件包括多個溫度施加單元，所述溫度施加單元伸入至圓環(huán)形巖樣的中心孔中，每個溫度施加單元對應(yīng)一個圓環(huán)形巖樣設(shè)置，相鄰圓環(huán)形巖樣的中心孔之間設(shè)置有中心絕熱墊片；每個溫度施加單元均獨立對一個圓環(huán)形巖樣施加設(shè)定參數(shù)的溫度。

13、如上所述的圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，優(yōu)選的，所述應(yīng)力波施加組件包括加載水平棒，多個應(yīng)力加載單元并列設(shè)置在加載水平棒上，通過加載水平棒帶動應(yīng)力加載單元伸入至圓環(huán)形巖樣的中心孔中；

14、所述應(yīng)力加載單元至少包括應(yīng)力加載器，所述應(yīng)力加載器包括內(nèi)置芯片、內(nèi)置伸縮柱與內(nèi)置波傳導(dǎo)器，所述內(nèi)置伸縮柱用于向圓環(huán)形巖樣施加靜態(tài)應(yīng)力，所述內(nèi)置波傳導(dǎo)器用于向圓環(huán)形巖樣施加動態(tài)應(yīng)力波。

15、如上所述的圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，優(yōu)選的，所述應(yīng)力波施加組件還包括應(yīng)力加載電腦端與波加載電腦端，所述應(yīng)力加載器中的內(nèi)置芯片均與應(yīng)力加載電腦端、波加載電腦端電連接。

16、如上所述的圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，優(yōu)選的，所述溶液施加單元由儲液罐、加壓泵、注液口與排液設(shè)備通過管路依次連接組成，所述排液設(shè)備伸入至圓環(huán)形巖樣內(nèi)部，用于向每個圓環(huán)形巖樣內(nèi)部釋放溶液。

17、如上所述的圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，優(yōu)選的，所述儲液罐與加壓泵之間的管路上設(shè)置有進(jìn)液口閥門，所述加壓泵與注液口之間的管路上設(shè)置有注液口閥門與上端液壓計。

18、如上所述的圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，優(yōu)選的，所述溫度施加單元包括可調(diào)節(jié)電阻絲，在可調(diào)節(jié)電阻絲的外圍設(shè)置有聚熱管，所述中心絕熱墊片設(shè)置在相鄰溫度施加單元之間；

19、各個溫度施加單元中的可調(diào)節(jié)電阻絲均連接在溫度控制儀上。

20、如上所述的圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，優(yōu)選的，所述裝置還包括傳感器安置薄膜與傳感器數(shù)據(jù)接收儀，所述傳感器安置薄膜包裹在多個圓環(huán)形巖樣的外圍，傳感器安置薄膜用于將檢測到的數(shù)據(jù)傳遞給傳感器數(shù)據(jù)接收儀；在傳感器安置薄膜與環(huán)形套筒之間設(shè)置有密封軟膠。

21、如上所述的圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，優(yōu)選的，所述傳感器安置薄膜上設(shè)置有壓力傳感器、濕度傳感器與溫度傳感器；

22、所述壓力傳感器用于檢測應(yīng)力加載單元對圓環(huán)形巖樣所施加應(yīng)力場的滲透傳遞情況；

23、所述濕度傳感器用于檢測溶液施加單元對圓環(huán)形巖樣所施加化學(xué)場的滲透情況；

24、所述溫度傳感器用于檢測溫度施加單元對圓環(huán)形巖樣所施加溫度場的滲透情況。

25、如上所述的圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，優(yōu)選的，所述吸能防滲絕熱組件包括并列設(shè)置的吸能墊片、防滲墊片與絕熱墊片，在吸能墊片、防滲墊片與絕熱墊片的內(nèi)環(huán)設(shè)置有一圈密封墊片。

26、本技術(shù)還提供圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用方法，所述方法使用權(quán)利要求9所述的圓環(huán)形巖樣分段定位徑向輻散力化溫協(xié)同作用裝置，所述方法包括以下步驟：

27、步驟1，根據(jù)試驗需要制備多個外形尺寸一致的圓環(huán)形巖樣，在相鄰兩個圓環(huán)形巖樣之間放置吸能防滲絕熱組件，然后在多個圓環(huán)形巖樣外圍包裹傳感器安置薄膜，并在傳感器安置薄膜外圍包裹密封軟膠；再將組裝好的多個圓環(huán)形巖樣放置在套筒中，然后將固定端板、活動端板與套筒固定連接；

28、步驟2，將應(yīng)力加載單元伸入至圓環(huán)形巖樣的中心孔中，并使每個應(yīng)力加載單元對應(yīng)一個圓環(huán)形巖樣進(jìn)行應(yīng)力場加載，在壓力傳感器監(jiān)測圓環(huán)形巖樣外圍壓力數(shù)值達(dá)到設(shè)定數(shù)值后，停止應(yīng)力場加載，并將應(yīng)力加載單元從圓環(huán)形巖樣中取出；

29、步驟3，將溫度施加單元伸入至圓環(huán)形巖樣的中心孔中，并使每個溫度施加單元對應(yīng)一個圓環(huán)形巖樣進(jìn)行溫度場加載，在溫度傳感器監(jiān)測圓環(huán)形巖樣外圍溫度數(shù)值達(dá)到設(shè)定數(shù)值后，停止溫度場加載，并將溫度施加單元從圓環(huán)形巖樣中取出；

30、步驟4，將溶液施加單元伸入至圓環(huán)形巖樣的中心孔中，并使每個溶液施加單元對應(yīng)一個圓環(huán)形巖樣進(jìn)行化學(xué)場加載，在濕度傳感器監(jiān)測圓環(huán)形巖樣外圍濕度數(shù)值達(dá)到設(shè)定數(shù)值后，停止化學(xué)場加載，并將溶液施加單元從圓環(huán)形巖樣中取出；

31、步驟5，將經(jīng)過應(yīng)力場、溫度場與化學(xué)場處理過的圓環(huán)形巖樣從裝置框架中取出，然后對圓環(huán)形巖樣繼續(xù)開展巖石力學(xué)加載試驗。

32、有益效果：

33、該裝置能夠?qū)Χ鄠€分段的圓環(huán)形巖樣施加不同梯度的動靜荷載、酸堿溶蝕效果和溫度應(yīng)力，以為后續(xù)分段巖樣的巖石力學(xué)試驗提供符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的巖石試樣，可模擬千米深井井筒圍巖所受的應(yīng)力場、化學(xué)場和溫度場分布不均的環(huán)境條件，可為油氣資源和礦產(chǎn)資源開發(fā)時井筒穩(wěn)定性研究提供前置實驗裝置基礎(chǔ)，有利于復(fù)雜環(huán)境作用下建井工程及井筒圍巖穩(wěn)定性規(guī)律的相關(guān)研究。

技術(shù)實現(xiàn)思路