专利名称：超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置及方法
技术领域：
本发明属于岩石力学参数测定技术领域，尤其是涉及一种超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置及方法。
背景技术：
超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。超声波按其应用领域可分为功率超声和检测超声两大类。其中，用超声波使物体和物性发生变化的功率应用，称为功率超声。随着超声波技术的发展，检测超声和功率超声在石油行业都得到了越来越广泛的应用。检测超声主要应用在声波测井、井下超声成像、岩石物性测试、管材无损检测等；而功率超声应用集中在超声波采油领域，主要涉及超声波防垢除垢、防蜡除蜡、降粘冷输、处理石油污水、驱油、近井解堵等方面。超声波采油技术不同于常规采油技术，其具有安全可靠、设备少、工艺简单、成本低、见效快、效率高、对储层、环境无污染等优点。超声波采油与化学法采油机理不同，故超声波采油还可与化学提高采收率、酸化等技术联合应用优势互补。特别是在油田开发中晚期，超声波采油用于二、三次采油，提高最终采收率是很有前途的方法之一。该技术经过几十年的发展取得了显著成就，受到采油工程技术人员的普遍重视。超声波采油技术研究的一个重要分支就是功率超声波、超声-化学作用下岩石力学参数及性质的变化情况，属于超声学与岩石力学交叉领域。目前，超声波在岩石力学中的应用主要集中在岩体超声无损检测，属于检测超声的范畴，主要研究超声波在岩体内传播的规律，借以了解岩体的动弹性力学状态及其结构特征，而对功率超声-化学作用下储层岩石力学参数及性质(本构关系、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、弹性模量、泊松比等)的变化情况研究很少，导致超声波采油、超声波-化学联合解堵等技术现场应用具有一定盲目性，其根本原因是缺乏与研究相配套的实验手段，这在一定程度上阻碍了超声波采油技术的推广与应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、安装布设方便、工作性能可靠且使用效果好、实用价值高的超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置，其特征在于包括岩石力学试验机、液压增压器、用于放置被测试岩芯的密闭盒体、对被测试岩芯进行超声波处理的超声波换能器、与超声波换能器相接的超声波发生器、对被测试岩芯上所承受的上覆压力进行实时检测的压力检测单元，以及分别对超声波换能器作用在被测试岩芯上的超声波功率和振幅进行实时检测的超声波功率检测仪和超声波振幅测量仪；所述岩石力学试验机分别通过左侧加载轴和右侧加载轴从左右两侧对被测试岩芯进行对称加载，所述超声波换能器位于密闭盒体上方，所述液压增压器通过化学试剂输送管道将化学试剂送入密闭盒体并对送入密闭盒体内的化学试剂进行增压处理，所述密闭盒体上部安装有排气阀，且所述压力检测单元、超声波功率检测仪和超声波振幅测量仪均与显示单元相接；所述密闭盒体的左右两侧分别开有供左侧加载轴和右侧加载轴安装的加载轴安装孔，所述被测试岩芯呈水平向布设，所述被测试岩芯夹装于左侧加载轴和右侧加载轴且被测试岩芯与左侧加载轴和右侧加载轴布设于同一水平线上，所述左侧加载轴和右侧加载轴均安装在所述岩石力学试验机的水平加载系统上。上述超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置，其特征是所述超声波换能器为电磁感应式超声波换能器，且所述电磁感应式超声波换能器包括内部开有空腔的换能器外壳、布设在所述空腔前部且能产生超声波的振动模板、布设在所述空腔内且位于振动模板正后方的平面电感线圈、与平面电感线圈相并接的电容器和并接在电容器两端的电源，所述平面电感线圈与电容器之间通过导线一进行连接，所述电容器与电源之间通过导线二进行连接，所述平面电感线圈、电容器和所述导线一的导线电阻形成RLC振荡电路；所述换能器外壳的前侧外部布设有用于改变振动模板所产生超声波振幅的超声波变幅杆，所述超声波变幅杆密封安装在密闭盒体上，且密闭盒体上部对应设置有供超声波变幅杆安装的变幅杆安装口 ；所述超声波发生器的输出端与电源的电源端相接，所述导线一和导线二上分别串接有通断控制开关一和通断控制开关二。上述超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置，其特征是所述左侧加载轴和右侧加载轴均为圆柱形加载轴。上述超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置，其特征是所述换能器外壳和超声波变幅杆均呈竖直向布设。上述超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置，其特征是所述电磁感应式超声波换能器还包括将超声波变幅杆固定安装在密闭盒体上的紧固套，所述换能器外壳的前侧外部设置有供超声波变幅杆安装的安装座，所述安装座位于所述变幅杆安装口上方，且紧固套与所述安装座和所述变幅杆安装口之间均以螺纹方式进行连接；所述紧固套为内侧壁上设置有内螺纹的螺纹套，所述安装座为外侧壁上对应设置有外螺纹的圆柱形螺纹柱，且所述变幅杆安装口的外侧壁上对应设置有外螺纹。上述超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置，其特征是所述安装座外侧套装有0型密封圈一，且所述0型密封圈一垫装于所述变幅杆安装口上部。上述超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置，其特征是所述空腔为圆柱状空腔，振动模板为圆形板且所述圆形板的直径小于所述空腔的直径，平面电感线圈为圆形平面线圈且其直径小于所述圆形板的直径；所述超声波变幅杆、所述安装座、所述换能器外壳、振动模板和平面电感线圈均呈同轴布设。同时，本发明还公开了一种操作简便、实现方便、操作方式灵活且实验效果好、数据测量准确的超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、实验准备将被测试岩芯水平夹装于左侧加载轴和右侧加载轴之间，并将左侧加载轴和右侧加载轴均安装在所述岩石力学试验机的水平加载系统上；同时，打开排气阀；
步骤二、化学试剂添加向液压增压器内加入化学试剂后，启动液压增压器并通过化学试剂输送管道将化学试剂连续送入密闭盒体，直至排气阀开始出液时关闭排气阀；之后，继续通过液压增压器对送入密闭盒体内的化学试剂进行增压处理，直至被测试岩芯上所承受的上覆压力满足实验要求为止；增压处理过程中，通过压力检测单元对被测试岩芯上所承受的上覆压力进行实时检测，并通过显示单元对压力检测单元所检测压力信息进行同步显示；步骤三、超声波处理启动启动超声波发生器和超声波换能器，且按照实验设定的超声波处理时间，通过超声波换能器所产生的超声波对被测试岩芯进行超声波处理；且启动超声波发生器和超声波换能器之前，先对超声波发生器的工作参数进行相应调整并对调整后的工作参数作以记录，且通过调整超声波发生器的工作参数，对超声波换能器所产生超声波的频率和振幅进行相应调整；步骤四、启动加载且加载过程中同步进行岩石力学参数测定步骤三中所述的超声波发生器和超声波换能器启动后，启动所述岩石力学试验机，且通过左侧加载轴和右侧加载轴分别从左右两侧对被测试岩芯进行对称加载；加载过程中，按照常规岩石力学参数测定方法，且通过所述岩石力学试验机对被测试岩芯的岩石力学参数进行测试，并对测试结果同步进行记录；同时，加载过程中，通过超声波功率检测仪和超声波振幅测量仪分别对超声波换能器作用在被测试岩芯上的超声波功率和振幅进行实时检测，并对超声波功率检测仪和超声波振幅测量仪的检测结果同步进行记录，并相应得出超声波与化学试剂联合作用下被测试岩芯的岩石力学参数。上述方法，其特征是步骤四中得出超声波与化学试剂联合作用下被测试岩芯的岩石力学参数后，还需更换被测试岩芯，且重复步骤一至步骤四，分别对多个被更换的被测试岩芯进行多次超声波与化学试剂联合作用下的岩石力学参数测试；多次岩石力学参数测试过程中，当仅步骤三中所述超声波换能器所产生超声波的功率、频率或振幅均不相同时，可得出同一种岩芯在不同功率、不同频率或不同振幅的超声波处理与同一种化学试剂联合作用下的岩石力学参数；多次岩石力学参数测试过程中，当仅步骤二中所加入化学试剂种类均不相同时， 可得出同一种岩芯在同等条件超声波处理与不同种类化学试剂联合作用下的岩石力学参数；多次岩石力学参数测试过程中，当仅步骤一中所述被测试岩芯的岩芯种类不同时，可得出不同种类岩芯在同等条件超声波处理与同一种化学试剂联合作用下的岩石力学参数。上述方法，其特征是步骤四中所述超声波发生器和超声波换能器启动后，采用间歇式处理方式对被测试岩芯进行超声波处理，且每处理5min 30min,间歇5min 20min。本发明与现有技术相比具有以下优点，I、装置结构简单、设计合理且安装布设方便，使用操作简单，投入成本低，能高效、 快速完成超声波与化学试剂联合作用下被测试岩芯的岩石力学参数测定实验。2、使用操作方式灵活，可测定不同超声波功率、频率、振幅、处理时间、处理方式及不同化学剂作用下的岩石力学参数。3、实验效果好，在超声波作用的同时可准确测量超声功率大小与振幅，由此可建立超声波参数与岩石力学参数之间的对应关系。4、实用价值高且推广应用前景广泛，超声波采油具有安全可靠、设备少、工艺简单、成本低、见效快、效率高、对储层、环境无污染等优点。本发明所采用的实验装置及相应的实验方法，能有效用以研究超声波与化学联合作用下影响储层岩石力学参数及性质的主要控制因素及规律，这对超声波采油技术的进一步推广与发展具有一定理论及实践意义。5、功能完备且使用方式灵活，当仅启动超声波发生器和超生比换能器而不启动岩石力学试验机时，可以采用本发明所公开的实验装置对岩芯进行单纯的超声波处理；当不启动超声波发生器和超生比换能器而启动岩石力学试验机时，可对岩芯的力学参数进行测试。综上，本发明设计合理、安装布设方便、功能完善且使用操作简便、使用效果好，能高效、快速完成超声波与化学试剂联合作用下被测试岩芯的岩石力学参数测定实验。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图I为本发明所采用岩石力学参数测定实验装置的使用状态参考图。 图2为本发明所采用岩石力学参数测定实验装置的内部结构示意图。 图3为本发明所采用岩石力学参数测定实验装置的电路原理框图。
图4为本发明所采用超声波换能器的内部结构示意图。
图5为采用本发明进行岩石力学参数测定实验时的方法流程框图。 附图标记说明
I-密闭盒体；
4-超声波换能器； 4-3-电容器；
4-6-换能器外壳；
7-右侧加载轴；
10-液压增压器；
13-0型密封圈一；
15-超声波振幅测量仪
2-左侧加载轴； 4-1-振动模板； 4-4-电源；
3-排气阀；
4_2_平面电感线圈；
4-5-超声波变幅杆；
5-超声信号传输电缆； 8-超声波功率检测仪； 11-化学试剂输送管道 14-被测试岩芯；
16-压力检测单元。
6-超声波发生器 9-显示单元；
12-紧固套；
具体实施例方式如图I、图2及图3所示的一种超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置， 包括岩石力学试验机、液压增压器10、用于放置被测试岩芯14的密闭盒体I、对被测试岩芯 14进行超声波处理的超声波换能器4、与超声波换能器4相接的超声波发生器6、对被测试岩芯14上所承受的上覆压力进行实时检测的压力检测单元16，以及分别对超声波换能器4 作用在被测试岩芯14上的超声波功率和振幅进行实时检测的超声波功率检测仪8和超声波振幅测量仪15。所述岩石力学试验机分别通过左侧加载轴2和右侧加载轴7从左右两侧对被测试岩芯14进行对称加载，所述超声波换能器4位于密闭盒体I上方，所述液压增压器10通过化学试剂输送管道11将化学试剂送入密闭盒体I并对送入密闭盒体I内的化学试剂进行增压处理，所述密闭盒体I上部安装有排气阀3，且所述压力检测单元16、超声波功率检测仪8和超声波振幅测量仪15均与显示单元9相接。所述密闭盒体I的左右两侧分别开有供左侧加载轴2和右侧加载轴7安装的加载轴安装孔，所述被测试岩芯14呈水平向布设，所述被测试岩芯14夹装于左侧加载轴2和右侧加载轴7且被测试岩芯14与左侧加载轴2和右侧加载轴7布设于同一水平线上,所述左侧加载轴2和右侧加载轴7均安装在所述岩石力学试验机的水平加载系统上。本实施例中，所采用的岩石力学试验机可采用专利申请号为201120152906. 7的实用新型专利中所公开的电气伺服岩石力学试验机，其水平加载系统为该电气伺服岩石力学试验机的水平伺服加载机构。实际实验过程中，被测试岩芯14上所承受的上覆压力(此时，为液体压力)为被测试岩芯14取芯时所承受的由上覆地层的基质质量和上覆地层孔隙中的流体(油、气、水) 质量之和所产生的压力，本发明中通过送入密闭盒体I内的化学试剂模拟被测试岩芯14上所承受的上覆压力，且实验过程中，可根据实际需要，对施加在被测试岩芯14上的上覆压力数值进行相应调整。结合图4，所述超声波换能器4为电磁感应式超声波换能器，且所述电磁感应式超声波换能器包括内部开有空腔的换能器外壳4-6、布设在所述空腔前部且能产生超声波的振动模板4-1、布设在所述空腔内且位于振动模板4-1正后方的平面电感线圈4-2、与平面电感线圈4-2相并接的电容器4-3和并接在电容器4-3两端的电源4-4，所述平面电感线圈 4-2与电容器4-3之间通过导线一进行连接，所述电容器4-3与电源4-4之间通过导线二进行连接，所述平面电感线圈4-2、电容器4-3和所述导线一的导线电阻形成RLC振荡电路。 所述换能器外壳4-6的前侧外部布设有用于改变振动模板4-1所产生超声波振幅的超声波变幅杆4-5，所述超声波变幅杆4-5密封安装在密闭盒体I上，且密闭盒体I上部对应设置有供超声波变幅杆4-5安装的变幅杆安装口。所述超声波发生器6的输出端与电源4-4的电源端相接，所述导线一和导线二上分别串接有通断控制开关一和通断控制开关二。本实施例中，所述换能器外壳4-6上开有散热孔或者其内部安装有散热元件。本实施例中，所述换能器外壳4-6和超声波变幅杆4-5均呈竖直向布设。同时，所述电磁感应式超声波换能器还包括将超声波变幅杆4-5固定安装在密闭盒体I上的紧固套12，所述换能器外壳4-6的前侧外部设置有供超声波变幅杆4-5安装的安装座，所述安装座位于所述变幅杆安装口上方，且紧固套12与所述安装座和所述变幅杆安装口之间均以螺纹方式进行连接。所述紧固套12为内侧壁上设置有内螺纹的螺纹套，所述安装座为外侧壁上对应设置有外螺纹的圆柱形螺纹柱，且所述变幅杆安装口的外侧壁上对应设置有外螺纹。本实施例中，为实现密封连接，所述安装座外侧套装有0型密封圈一 13，且所述0 型密封圈一 13垫装于所述变幅杆安装口上部。本实施例中，所述空腔为圆柱状空腔，振动模板4-1为圆形板且所述圆形板的直径小于所述空腔的直径，平面电感线圈4-2为圆形平面线圈且其直径小于所述圆形板的直径。所述超声波变幅杆4-5、所述安装座、所述换能器外壳4-6、振动模板4-1和平面电感线圈4-2均呈同轴布设。实际使用时，也可以通过连接件将振动模板4-1和平面电感线圈4-2固定为一体， 以使得二者之间的相对位置固定不变。
本实施例中，所述超声波变幅杆4-5、所述安装座和所述换能器外壳4-6加工制作为一体。所述通断控制开关一和所述通断控制开关二共用一个单刀双掷开关K，所述单刀双掷开关K的固定接线端通过导线与电容器4-3相接，且所述单刀双掷开关K的另外两个活动接线端分别通过导线一和导线二与平面电感线圈4-2和电源4-4相接。本实施例中，所述振动模板4-1为铝板，且所述超声波变幅杆4-5与换能器外壳 4-6加工制作为一体。实际使用时，通过电源4-4先给电容器4-3充电，然后再通过平面电感线圈4_2放电。平面电感线圈4-2放电过程中，所述RLC振荡电路中将产生按指数规律衰减的正弦电流，该正弦电流在平面电感线圈4-2中产生一交变磁�。私槐浯懦〉拇帕ο叽┕穸０�4-1，并相应在振动模板4-1内形成涡流，平面电感线圈4-2中的电流与振动模板4-1内所形成的涡流之间有交变的力的作用，使振动模板4-1产生振动而发出超声波。本实施例中，密闭盒体I为内部中空的长方体盒体，实际使用时也可采用其它结构的密闭盒体。本实施例中，所述左侧加载轴2和右侧加载轴7均为圆柱形加载轴。相应地，所述加载轴安装孔为圆形通孔。实际安装时，所述超声波功率检测仪8安装在密闭盒体I上，且密闭盒体I底部对应开有供超声波功率检测仪8安装的安装孔。所述化学试剂输送管道11为不锈钢管道。综上所述，本发明所采用的岩石力学参数测定实验装置主要包括密闭盒体I、一对加载轴(即左侧加载轴2和右侧加载轴7)、液压增压器10、不锈钢管道、排气阀3、超声波发生器6 (主要作用是为超声波换能器4提供高频交流电信号)、超声波换能器4、连接于超声波发生器6与超声波换能器4之间的超声信号传输电缆5、压力检测单兀16、超声波功率检测仪8和超声波振幅测量仪15以及显示单元9，其中密闭盒体I与超声波换能器4之间采用丝扣连接，并用0型密封圈一 13进行密封；密闭盒体I底部安装一超声波功率检测仪8， 且密闭盒体I左右两侧中部开有用于安装一对加载轴的同轴圆孔，左侧加载轴2和右侧加载轴7与所述圆形通孔之间均通过0型密封圈二进行密封。另外，密闭盒体I上部设置有一排气阀3，用于增压时排气，同时密闭盒体I下方安装水嘴且经不锈钢管道与液压增压器 10相连，使用液压增压器10可向密闭盒体I中加入实验需用不同的化学溶液。如图5所示的一种超声波与化学作用下岩石力学参数进行测定实验方法，包括以下步骤步骤一、实验准备将被测试岩芯14水平夹装于左侧加载轴2和右侧加载轴7之间，并将左侧加载轴2和右侧加载轴7均安装在所述岩石力学试验机的水平加载系统上；同时，打开排气阀3。实际使用时，只需打开密闭盒体I与超声波换能器4之间的丝扣连接(即螺纹连接)，将被测试岩芯14水平夹装于左侧加载轴2和右侧加载轴7之间，并将左侧加载轴2和右侧加载轴7与加载试验台(即所述岩石力学试验机的水平加载系统)连接即可。步骤二、化学试剂添加向液压增压器10内加入化学试剂后，启动液压增压器10 并通过化学试剂输送管道11将化学试剂连续送入密闭盒体1，直至排气阀3开始出液时关闭排气阀3 ;之后，继续通过液压增压器10对送入密闭盒体I内的化学试剂进行增压处理， 直至被测试岩芯14上所承受的上覆压力满足实验要求为止；增压处理过程中，通过压力检测单元16对被测试岩芯14上所承受的上覆压力进行实时检测，并通过显示单元9对压力检测单元16所检测压力信息进行同步显示。实际操作过程中，向液压增压器10中加入实验用化学试剂，再启动液压增压器10 向密闭盒体I内内泵入化学试剂，当密闭盒体I上部所装排气阀3出液时，关闭排气阀3。 之后，通过液压增压器10继续增压至实验要求的压力(具体是被测试岩芯14上所承受的上覆压力满足实验要求)。步骤三、超声波处理启动启动超声波发生器6和超声波换能器4，且按照实验设定的超声波处理时间，通过超声波换能器4所产生的超声波对被测试岩芯14进行超声波处理。且启动超声波发生器6和超声波换能器4之前，先对超声波发生器6的工作参数进行相应调整并对调整后的工作参数作以记录，且通过调整超声波发生器6的工作参数， 对超声波换能器4所产生超声波的频率和振幅进行相应调整。实际使用过程中，启动超声波发生器6和超声波换能器4后，开始通过超声波对被测试岩芯14进行超声波处理。步骤四中所述超声波发生器6和超声波换能器4启动后，采用间歇式处理方式对被测试岩芯14进行超声波处理,且每处理5min 30min,间歇5min 20min。本实施例中，进行超声波处理时，每处理lOmin，间歇lOmin，实际操作过程中，可根据实际具体需要， 对超声波处理时间和间隔时间进行相应调整。步骤四、启动加载且加载过程中同步进行岩石力学参数测定步骤三中所述的超声波发生器6和超声波换能器4启动后，启动所述岩石力学试验机，且通过左侧加载轴2和右侧加载轴7分别从左右两侧对被测试岩芯14进行对称加载；加载过程中，按照常规岩石力学参数测定方法，且通过所述岩石力学试验机对被测试岩芯14的岩石力学参数进行测试，并对测试结果同步进行记录；同时，加载过程中，通过超声波功率检测仪8和超声波振幅测量仪15分别对超声波换能器4作用在被测试岩芯14上的超声波功率和振幅进行实时检测，并对超声波功率检测仪8和超声波振幅测量仪15的检测结果同步进行记录，并相应得出超声波与化学试剂联合作用下被测试岩芯14的岩石力学参数。本实施例中，直至被测试岩芯14因加载发生断裂后，实验结束。本实施例中，步骤四中得出超声波与化学试剂联合作用下被测试岩芯14的岩石力学参数后，还需更换被测试岩芯14，且重复步骤一至步骤四，分别对多个被更换的被测试岩芯14进行多次超声波与化学试剂联合作用下的岩石力学参数测试。多次岩石力学参数测试过程中，当仅步骤三中所述超声波换能器4所产生超声波的功率、频率或振幅均不相同时，可得出同一种岩芯在不同功率、不同频率或不同振幅的超声波处理与同一种化学试剂联合作用下的岩石力学参数。多次岩石力学参数测试过程中，当仅步骤二中所加入化学试剂种类均不相同时， 可得出同一种岩芯在同等条件超声波处理与不同种类化学试剂联合作用下的岩石力学参数。多次岩石力学参数测试过程中，当仅步骤一中所述被测试岩芯14的岩芯种类不同时，可得出不同种类岩芯在同等条件超声波处理与同一种化学试剂联合作用下的岩石力学参数。
实际操作过程中，通过超声波功率检测仪8和超声波振幅测量仪15测量超声功率大小和振幅，从而建立超声波参数与岩石力学参数变化间的对应关系。综上，实验中可使用不同岩样、不同化学试剂，并可改变超声波频率、功率、振幅、处理时间、处理方式等来研究超声波与化学试剂联合作用对岩石力学参数的影响。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
1权利要求
1.一种超声波与化学作用下岩石力学參数测定实验装置，其特征在于包括岩石力学试验机、液压增压器(10)、用于放置被测试岩芯(14)的密闭盒体(I)、对被测试岩芯(14) 进行超声波处理的超声波换能器(4)、与超声波换能器(4)相接的超声波发生器￠)、对被测试岩芯(14)上所承受的上覆压カ进行实时检测的压力检测单元(16)，以及分别对超声波换能器(4)作用在被测试岩芯(14)上的超声波功率和振幅进行实时检测的超声波功率检测仪⑶和超声波振幅测量仪(15);所述岩石力学试验机分别通过左侧加载轴⑵和右侧加载轴(7)从左右两侧对被测试岩芯(14)进行对称加载，所述超声波换能器(4)位于密闭盒体(I)上方，所述液压增压器(10)通过化学试剂输送管道(11)将化学试剂送入密闭盒体(I)并对送入密闭盒体(I)内的化学试剂进行增压处理，所述密闭盒体(I)上部安装有排气阀(3)，且所述压カ检测单元(16)、超声波功率检测仪(8)和超声波振幅测量仪(15)均与显示单元(9)相接；所述密闭盒体(I)的左右两侧分别开有供左侧加载轴(2)和右侧加载轴(7)安装的加载轴安装孔，所述被测试岩芯(14)呈水平向布设，所述被测试岩芯(14)夹装于左侧加载轴(2)和右侧加载轴(7)且被测试岩芯(14)与左侧加载轴(2)和右侧加载轴(7)布设于同一水平线上，所述左侧加载轴(2)和右侧加载轴(7)均安装在所述岩石力学试验机的水平加载系统上。
2.按照权利要求I所述的超声波与化学作用下岩石力学參数测定实验装置，其特征在于所述超声波换能器(4)为电磁感应式超声波换能器，且所述电磁感应式超声波换能器包括内部开有空腔的换能器外壳(4-6)、布设在所述空腔前部且能产生超声波的振动模板 (4-1)、布设在所述空腔内且位于振动模板(4-1)正后方的平面电感线圈(4-2)、与平面电感线圈(4-2)相并接的电容器(4-3)和并接在电容器(4-3)两端的电源(4-4)，所述平面电感线圈(4-2)与电容器(4-3)之间通过导线ー进行连接，所述电容器(4-3)与电源(4-4)之间通过导线ニ进行连接，所述平面电感线圈(4-2)、电容器(4-3)和所述导线一的导线电阻形成RLC振荡电路；所述换能器外壳(4-6)的前侧外部布设有用于改变振动模板(4-1)所产生超声波振幅的超声波变幅杆(4-5)，所述超声波变幅杆(4-5)密封安装在密闭盒体(I) 上，且密闭盒体(I)上部对应设置有供超声波变幅杆(4-5)安装的变幅杆安装ロ ；所述超声波发生器(6)的输出端与电源(4-4)的电源端相接，所述导线一和导线ニ上分別串接有通断控制开关ー和通断控制开关ニ。
3.按照权利要求I或2所述的超声波与化学作用下岩石力学參数测定实验装置，其特征在于所述左侧加载轴(2)和右侧加载轴(7)均为圆柱形加载轴。
4.按照权利要求2所述的超声波与化学作用下岩石力学參数测定实验装置，其特征在于所述换能器外壳(4-6)和超声波变幅杆(4-5)均呈竖直向布设。
5.按照权利要求4所述的超声波与化学作用下岩石力学參数测定实验装置，其特征在干所述电磁感应式超声波换能器还包括将超声波变幅杆(4-5)固定安装在密闭盒体(I) 上的紧固套(12)，所述换能器外壳(4-6)的前侧外部设置有供超声波变幅杆(4-5)安装的安装座，所述安装座位于所述变幅杆安装口上方，且紧固套(12)与所述安装座和所述变幅杆安装ロ之间均以螺纹方式进行连接；所述紧固套(12)为内侧壁上设置有内螺纹的螺纹套，所述安装座为外侧壁上对应设置有外螺纹的圆柱形螺纹柱，且所述变幅杆安装ロ的外侧壁上对应设置有外螺纹。
6.按照权利要求5所述的超声波与化学作用下岩石力学參数测定实验装置，其特征在于所述安装座外侧套装有0型密封圈ー(13)，且所述0型密封圈ー(13)垫装于所述变幅杆安装口上部。
7.按照权利要求5或6所述的超声波与化学作用下岩石力学參数测定实验装置，其特征在于所述空腔为圆柱状空腔，振动模板(4-1)为圆形板且所述圆形板的直径小于所述空腔的直径，平面电感线圈(4-2)为圆形平面线圈且其直径小于所述圆形板的直径；所述超声波变幅杆(4-5)、所述安装座、所述换能器外壳(4-6)、振动模板(4-1)和平面电感线圈 (4-2)均呈同轴布设。
8.ー种利用如权利要求I所述实验装置对超声波与化学作用下岩石力学參数进行测定实验的方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、实验准备将被测试岩芯(14)水平夹装于左侧加载轴(2)和右侧加载轴(7) 之间，并将左侧加载轴(2)和右侧加载轴(7)均安装在所述岩石力学试验机的水平加载系统上；同时，打开排气阀(3)；步骤ニ、化学试剂添加向液压增压器(10)内加入化学试剂后，启动液压增压器(10) 并通过化学试剂输送管道(11)将化学试剂连续送入密闭盒体(I)，直至排气阀(3)开始出液时关闭排气阀⑶；之后，继续通过液压增压器(10)对送入密闭盒体⑴内的化学试剂进行增压处理，直至被测试岩芯(14)上所承受的上覆压カ满足实验要求为止；增压处理过程中，通过压カ检测单元(16)对被测试岩芯(14)上所承受的上覆压カ进行实时检测，并通过显示単元(9)对压カ检测单元(16)所检测压力信息进行同步显示；步骤三、超声波处理启动启动超声波发生器(6)和超声波换能器(4)，且按照实验设定的超声波处理时间，通过超声波换能器(4)所产生的超声波对被测试岩芯(14)进行超声波处理；且启动超声波发生器(6)和超声波换能器(4)之前，先对超声波发生器￠)的工作參数进行相应调整并对调整后的工作參数作以记录，且通过调整超声波发生器(6)的工作參数，对超声波换能器(4)所产生超声波的频率和振幅进行相应调整；步骤四、启动加载且加载过程中同步进行岩石力学參数測定步骤三中所述的超声波发生器(6)和超声波换能器(4)启动后，启动所述岩石力学试验机，且通过左侧加载轴(2) 和右侧加载轴(7)分别从左右两侧对被测试岩芯(14)进行对称加载；加载过程中，按照常规岩石力学參数测定方法，且通过所述岩石力学试验机对被测试岩芯(14)的岩石力学參数进行测试，并对测试结果同步进行记录；同时，加载过程中，通过超声波功率检测仪(8) 和超声波振幅测量仪(15)分别对超声波换能器(4)作用在被测试岩芯(14)上的超声波功率和振幅进行实时检测，并对超声波功率检测仪(8)和超声波振幅测量仪(15)的检测结果同步进行记录，并相应得出超声波与化学试剂联合作用下被测试岩芯(14)的岩石力学參数。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于步骤四中得出超声波与化学试剂联合作用下被测试岩芯(14)的岩石力学參数后，还需更换被测试岩芯(14)，且重复步骤一至步骤四，分别对多个被更换的被测试岩芯(14)进行多次超声波与化学试剂联合作用下的岩石力学參数测试；多次岩石力学參数测试过程中，当仅步骤三中所述超声波换能器(4)所产生超声波的功率、频率或振幅均不相同时，可得出同一种岩芯在不同功率、不同频率或不同振幅的超声波处理与同一种化学试剂联合作用下的岩石力学参数；多次岩石力学参数测试过程中，当仅步骤二中所加入化学试剂种类均不相同时，可得出同一种岩芯在同等条件超声波处理与不同种类化学试剂联合作用下的岩石力学参数；多次岩石力学参数测试过程中，当仅步骤一中所述被测试岩芯(14)的岩芯种类不同时，可得出不同种类岩芯在同等条件超声波处理与同一种化学试剂联合作用下的岩石力学参数。
10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于步骤四中所述超声波发生器(6)和超声波换能器(4)启动后，采用间歇式处理方式对被测试岩芯(14)进行超声波处理，且每处理 5min 30min,间歇 5min 20min。
全文摘要
本发明公开了一种超声波与化学作用下岩石力学参数测定实验装置及方法，其实验装置包括用于放置被测试岩芯的密闭盒体、分别通过左侧加载轴和右侧加载轴从左右两侧对被测试岩芯进行对称加载的岩石力学试验机、超声波换能器、超声波发生器、液压增压器、布设于密闭盒体上部的排气阀、压力检测单元、超声波功率检测仪和超声波振幅测量仪以及显示单元；其实验方法包括步骤一、实验准备；二、化学试剂添加；三、超声波处理启动；四、启动加载且加载过程中同步进行岩石力学参数测定。本发明设计合理、安装布设方便、功能完善且使用操作简便、使用效果好，能高效、快速完成超声波与化学试剂联合作用下被测试岩芯的岩石力学参数测定实验。
文档编号G01N1/28GK102607959SQ201210086329
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者刘静, 吴飞鹏, 张兵, 蒲春生, 许洪星 申请人:中国石油大学(华东)
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