[发明专利]一种真三轴围压条件下岩石直接拉伸试验装置

说明书

本发明涉及的是一种真三轴围压条件下岩石直接拉伸试验装置，它包括围压加载系统、支撑底座、轴向载荷加载系统、岩石试样，岩石试样为异形结构，岩石试样由上承压体、拉断体和下承压体构成，拉断体位于上承压体和下承压体之间；支撑底座上设置多个承压柱，围压加载系统设置在承压柱的中部，轴向载荷加载系统设置在承压柱的上端，支撑底座上安装有2个刚性支架支撑上承压体，4个独立的液压千斤顶为拉断体提供四个方向的侧向压力；2个液压加载器分别为下承压体提供轴向拉伸载荷；下承压体与支撑底座中间安装有应力传感器和位移传感器。本发明解决岩石拉伸强度测试中，由于应力集中和偏心拉伸导致试验结果与真实值偏差较大的问题。

技术领域

本发明涉及的是岩石力学工程、石油工程、采矿工程等领域中的一种岩石拉伸强度测试技术，具体涉及的是一种真三轴围压条件下岩石直接拉伸试验装置。

背景技术

在进行油气资源开采的过程中，钻井和压裂都会导致储层岩石发生复杂的断裂破坏，其中拉伸断裂尤为显著。岩石的抗拉强度不仅是评价井眼稳定性的重要参数，也是衡量裂缝扩展能力的重要指标。同时由于储层中的岩石受到三向应力的影响，测试围压条件下的岩石拉伸强度对指导钻井和压裂设计提供重要的参数支持。

以往在研究岩石拉伸强度时，通常采用的试验方法可分为两类：一类是直接测定方法，即单轴拉伸试验；另一类方法是间接测定方法，包括巴西劈裂法、弯曲试验法和压入试验法。间接测定方法中最常用的是巴西劈裂试验，但由于加载处存在应力集中效应，岩石通常不能按照要求由中心处断裂，这使得间接法测量的抗拉强度和真实值有较大差距。而岩石直接拉伸试验主要包括粘连式和夹持式。粘连式拉伸试验经常出现岩石试样中心轴线偏离加载方向和粘连不紧实的现象，夹持式拉伸试验难以保证试件的均匀受力，常常会导致由于应力集中，而使得岩石试样在夹持部分断裂，影响试验结果。

可见，目前常用的直接和剪切拉伸试验都存在一定局限，而且现有方法都无法测试围压条件下的岩石拉伸强度。研究一种真三轴围压条件下岩石直接拉伸试验装置，获得不同围压条件下的岩石拉伸强度对石油工程、采矿工程等领域有着重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种真三轴围压条件下岩石直接拉伸试验装置，这种真三轴围压条件下岩石直接拉伸试验装置用于测试不同围压条件下的岩石拉伸强度，为地下工程设计提供重要的参数支持，解决岩石拉伸强度测试中，由于应力集中和偏心拉伸导致试验结果与真实值偏差较大的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种真三轴围压条件下岩石直接拉伸试验装置包括围压加载系统、支撑底座、轴向载荷加载系统、岩石试样，岩石试样为异形结构，岩石试样由上承压体、拉断体和下承压体一体构成，拉断体位于上承压体和下承压体之间；支撑底座上设置多个承压柱，围压加载系统设置在所述多个承压柱的中部，轴向载荷加载系统设置在所述多个承压柱的上端，支撑底座上安装有2个刚性支架，刚性支架为垂直于支撑底座的长方体支架；围压加载系统包含4个独立的液压千斤顶，4个独立的液压千斤顶为拉断体提供四个方向的侧向压力；轴向载荷加载系统由2个液压加载器构成，2个液压加载器分别位于下承压体两端的顶面上，为下承压体提供轴向拉伸载荷；2个刚性支架支撑在上承压体两端的底面下，用于支撑上承压体；下承压体与支撑底座中间安装有应力传感器和位移传感器，应力传感器和位移传感器分别连接数据采集系统。

上述方案中拉断体为正方体，上承压体和下承压体分别为长方体，上承压体和下承压体相互垂直，上承压体和下承压体的长、宽、高均相等，拉断体边长与上承压体宽和高均相等，拉断体居中位于上承压体和下承压体之间，上承压体的两端从拉断体两端伸出，下承压体两端从另外一个方向上从拉断体两端伸出。

上述方案中2个液压加载器相互联通，由高压管线与外部的伺服控制液压加载系统连接。

上述方案中各液压千斤顶通过液压管线与外部的油压泵连接。