一种煤岩三轴破坏测试实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种煤岩三轴破坏测试实验装置，包括底座、设置在所述底座上的加载支架和加热装置、测试容器、顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构、围压泵；所述测试容器设置在所述加热装置上，所述顶部加载机构设置在所述加载支架上，且位于所述测试容器的正上方；所述左侧加载机构、右侧加载机构均设置在所述底座，并分别位于所述测试容器的左、右两侧；所述测试腔通过管线与所述围压泵连通，所述测试容器侧面设有用于放置煤层岩样的侧门。本实用新型专利技术原理可靠，操作简便，可以模拟地层下温度与压力来测试煤层的力学参数。

A Triaxial Failure Testing Device for Coal and Rock

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩三轴破坏测试实验装置
本技术涉及一种煤岩三轴破坏测试实验装置，属于石油天然气勘探开发

技术介绍
随着石油天然气勘探开发的不断深入，常规油气藏已不能满足石油钻探的需求，致使煤层气受到更多的重视和关注。但是在煤层钻井过程中，煤层井壁失稳情况非常严重，煤层井眼本身易发生井壁垮塌或井壁破裂，从而进一步增加钻井过程中的井下复杂情况，延误工程进度，甚至造成严重的经济损失。近年来随着油气勘探开发的进一步发展，在钻井过程中，因煤层不稳定导致井漏、垮塌和钻具卡埋等井下复杂事故多发，严重制约油气资源的经济高效钻探。为有效解决煤系地层井壁失稳和由此引发的井下复杂问题，需要通过岩石力学实验测试，明确了煤层的失稳机理；再次，建立煤岩地层坍塌预测三维离散元仿真模型，确定了煤层的坍塌压力、开展了井眼轨迹优化设计；最后，基于仿真模型，开展了封堵煤岩的材料优选、钻井液性能优化和现场应用，而现有的岩石力学实验测试装置结构较复杂，且没法模拟地层下温度与压力来测试煤层的力学参数。
技术实现思路
本技术主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种煤岩三轴破坏测试实验装置，本技术原理可靠，操作简便，可以模拟地层下温度与压力来测试煤层的力学参数。本技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种煤岩三轴破坏测试实验装置，包括底座、设置在所述底座上的加载支架和加热装置、测试容器、顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构、围压泵；所述测试容器设置在所述加热装置上，所述顶部加载机构设置在所述加载支架上，且位于所述测试容器的正上方；所述左侧加载机构、右侧加载机构均设置在所述底座，并分别位于所述测试容器的左、右两侧；所述测试容器内具有测试腔、竖直加载通道、左侧加载通道、右侧加载通道，所述竖直加载通道、左侧加载通道、右侧加载通道内分别设有可滑动的竖直加载杆、左侧加载杆、右侧加载杆；所述竖直加载杆、左侧加载杆、右侧加载杆分别与顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构连接；所述测试腔通过管线与所述围压泵连通，所述测试容器侧面设有用于放置煤层岩样的侧门。进一步的技术方案是，所述顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构分别为液压作动器。进一步的技术方案是，所述测试容器上设有可测量测试腔温度的温度传感器。进一步的技术方案是，所述测试容器上设有可测量测试腔压力的压力传感器。进一步的技术方案是，所述竖直加载杆与竖直加载通道之间、左侧加载杆与左侧加载通道之间、右侧加载杆与右侧加载通道之间均为间隙配合。进一步的技术方案是，所述顶部加载机构、左侧加载机构、右侧加载机构上均设有加载压力传感器。进一步的技术方案是，本装置还包括加载控制系统，所述加载控制系统分别与加载压力传感器、温度传感器、压力传感器电连接。本技术的有益效果：本技术原理可靠，操作简便，可以模拟地层下温度与压力来测试煤层的力学参数。附图说明图1是本技术的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本技术做更进一步的说明。如图1所示，本技术的一种煤岩三轴破坏测试实验装置，包括底座1、设置在所述底座1上的加载支架2和加热装置3、测试容器4、顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7、围压泵8；所述测试容器4设置在所述加热装置3上，所述顶部加载机构5设置在所述加载支架2上，且位于所述测试容器4的正上方；所述左侧加载机构6、右侧加载机构7均设置在所述底座1，并分别位于所述测试容器4的左、右两侧；所述测试容器4内具有测试腔41、竖直加载通道42、左侧加载通道43、右侧加载通道44，所述竖直加载通道42、左侧加载通道43、右侧加载通道44内分别设有可滑动的竖直加载杆45、左侧加载杆46、右侧加载杆47；所述竖直加载杆45、左侧加载杆46、右侧加载杆47分别与顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7连接；所述测试腔4通过管线与所述围压泵8连通，所述测试容器4侧面设有用于放置煤层岩样的侧门，所述测试容器4上设有可测量测试腔41温度的温度传感器10，所述测试容器4上设有可测量测试腔41压力的压力传感器9。本实施例的工作流程为：先采集煤层的岩样，并且该煤层的地下应力与温度；然后打开测试容器4的侧门，将制备好的岩样放入测试容器4内并关闭侧面；再通过加热装置3对测试容器4进行加热，通过温度传感器监测测试容器4内的温度，当测试容器4内的温度升到地层温度时停止加热；同时通过围压泵8对测试容器4内进行加压，加到地层压力后停止加压；再同时顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7加载三轴压力，其中顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7分别带动竖直加载杆45、左侧加载杆46、右侧加载杆47在竖直加载通道42、左侧加载通道43、右侧加载通道44内滑动，最后竖直加载杆45、左侧加载杆46、右侧加载杆47对岩样进行加载压力，最后煤岩的破坏强度。即测量煤岩三轴应力下的破坏强度，随后根据所测得的岩石力学参数和井壁稳定仿真模型，对煤岩地层井壁稳定进行仿真模拟，得出坍塌压力值，并可根据仿真模型进行钻井液的封堵材料优选和性能优化。本实施例中，顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7作为加载机构可为多种伸缩加压结构，其中优选的实施方式是，所述顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7分别为液压作动器。其中为了数据的检测，优选的是，所述顶部加载机构5、左侧加载机构6、右侧加载机构7上均设有加载压力传感器，本装置还包括加载控制系统，所述加载控制系统分别与加载压力传感器、温度传感器10、压力传感器9电连接。加载杆与加载通道之间具有三种配合方式，分别为间隙配合、过渡配合、过盈配合，其中为了使得加载杆上加载的应力与检测到的加载应力相符合，因此，优选的实施方式是，所述竖直加载杆45与竖直加载通道42之间、左侧加载杆46与左侧加载通道43之间、右侧加载杆47与右侧加载通道44之间均为间隙配合。准备好现场取样的岩心，放入本实施例中，设定岩样所属地层的温度、地应力大小值，随后开启整个系统，测得煤岩本体强度大小和割理面的破坏强度值。随后将数据采集入控制分析电脑，将地应力参数、岩石力学强度参数输入所建仿真模型，开始三维离散元仿真。借助于三维离散元仿真系统，设定岩石的的本构模型(线弹性模型、弹/塑性摩尔库伦破坏、各项异性弹性)、节理本构模型(库伦滑移破坏下的区域接触弹/塑性模型，连续屈服节理模型、弹性节理模型)；对于钻井液，经过流变参数测试仪，选择合适的流变模型(幂律流体，屈服幂律流体，宾汉流体等)，对钻井液中的封堵材料赋予合适的大小，建立煤层井壁稳定仿真模型，能直观地展示井周围岩破坏情况、井壁失稳情况、钻井液侵入割理情况。以上所述，并非对本技术作任何形式上的限制，虽然本技术已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案范围内，当可利用上述揭示的
技术实现思路
作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本技术技术方案的内容，依据本技术的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本技术技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤岩三轴破坏测试实验装置，其特征在于，包括底座(1)、设置在所述底座(1)上的加载支架(2)和加热装置(3)、测试容器(4)、顶部加载机构(5)、左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)、围压泵(8)；所述测试容器(4)设置在所述加热装置(3)上，所述顶部加载机构(5)设置在所述加载支架(2)上，且位于所述测试容器(4)的正上方；所述左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)均设置在所述底座(1)，并分别位于所述测试容器(4)的左、右两侧；所述测试容器(4)内具有测试腔(41)、竖直加载通道(42)、左侧加载通道(43)、右侧加载通道(44)，所述竖直加载通道(42)、左侧加载通道(43)、右侧加载通道(44)内分别设有可滑动的竖直加载杆(45)、左侧加载杆(46)、右侧加载杆(47)；所述竖直加载杆(45)、左侧加载杆(46)、右侧加载杆(47)分别与顶部加载机构(5)、左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)连接；所述测试腔(41)通过管线与所述围压泵(8)连通，所述测试容器(4)侧面设有用于放置煤层岩样的侧门。

【技术特征摘要】
1.一种煤岩三轴破坏测试实验装置，其特征在于，包括底座(1)、设置在所述底座(1)上的加载支架(2)和加热装置(3)、测试容器(4)、顶部加载机构(5)、左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)、围压泵(8)；所述测试容器(4)设置在所述加热装置(3)上，所述顶部加载机构(5)设置在所述加载支架(2)上，且位于所述测试容器(4)的正上方；所述左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)均设置在所述底座(1)，并分别位于所述测试容器(4)的左、右两侧；所述测试容器(4)内具有测试腔(41)、竖直加载通道(42)、左侧加载通道(43)、右侧加载通道(44)，所述竖直加载通道(42)、左侧加载通道(43)、右侧加载通道(44)内分别设有可滑动的竖直加载杆(45)、左侧加载杆(46)、右侧加载杆(47)；所述竖直加载杆(45)、左侧加载杆(46)、右侧加载杆(47)分别与顶部加载机构(5)、左侧加载机构(6)、右侧加载机构(7)连接；所述测试腔(41)通过管线与所述围压泵(8)连通，所述测试容器(4)侧面设有用于放置煤层岩样的侧门。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光福，何世明，汤明，孔令豪，皇甫景龙，张泰恒，邓媛，马日春，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：四川,51