技术领域
[0001] 本发明涉及夹持装置领域，尤其涉及一种真三轴煤岩三向变形及渗透率夹持器。
相关背景技术
[0002] 渗透性是指流体透过岩体的能力，一般用渗透率来表示。岩体内部存在的各种不连续面(如晶界、节理面、微裂隙等)为流体渗透提供了通道，岩体内部孔隙结构、尺寸、孔隙连通程度、矿物亲水性等的不同使得不同岩体具有不同的渗透特性。采用稳态法测定岩心气体渗透率是用氮气在岩样两端建立压差，测进、出口压力及出口流量，气体在岩样中流动时按照达西定律由气体一维稳定渗流计算得到岩心的渗透率。试验表明岩体(尤其是煤样)测量渗透率时了解样品的变形情况是非常必要的。
[0003] 鉴于绝大多数岩层都处于复杂的地应力场中，地应力包括三个方向的既相互独立又相互关联的主应力(垂直应力、水平最大主应力和水平最小主应力)，因此需要研究真三轴应力作用下岩体渗透率与地应力的耦合关系。
[0004] 现有测量装置和夹持装置可用于测量圆柱体样品轴向的渗透率、给岩体样品施加轴压和围压，但该装置在水平方向的应力不能体现最大主应力和最小主应力对岩层气渗透率的影响，难以反映真实应力状态下油气渗透率的变化规律；另外，现有装置不能测量样品的变形情况。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0024] 优选实施例：
[0025] 本优选实施例公开一种真三轴煤岩三向变形及渗透率夹持器。如图1至图3所示，该夹持器包括柱状的本体1和气囊2，本体1内部形成有两端开口的腔室，腔室包括用于放置待检测样品3的样品腔11和位于样品腔11四周的至少两个用于放置气囊2的气囊腔12，样品腔11与任一个气囊腔12相连通；在待检测样品3的两端分别设置有第一压块5和第二压块6，第一压块5和第二压块6均至少部分地穿设在本体1的腔室内。
[0026] 通过气囊2和压块可以对待检测样品3从上下左右前后至少六个面施压，不仅能实现三个轴向真正单独的加载应力以进行岩石真三轴破坏机理研究，还能进行压裂机理、渗流试验等研究，保证实验数据更加真实、准确，适用于各种岩体样品的检测和研究，能反映出真实应力状态下油气渗透率的变化规律，能方便地测量样品的变形情况，装置体型小、用途多、功能多。
[0027] 本体1内腔室的具体形状不限，能形成样品腔11和位于样品腔11四周的气囊腔12即可。优选的，如图2所示，本体1内部的腔室横截面呈十字形，样品腔11位于中间(图2中虚线所围成的区域)，外围的四个凹腔分别形成气囊腔12。气囊腔12中的气囊2充气后膨胀，气囊2向样品腔11中的待检测样品3施压，准确地模拟出复杂的地应力场情况。
[0028] 本体1优选为金属材质制成的圆柱体，在本体1中间沿轴向开有通孔形成样品腔11和气囊腔12。多个气囊腔12优选的关于样品腔11对称设置。
[0029] 气囊2优选使用橡胶制成，其外观优选呈扁平的六方体形状。在一气囊2侧扁平面的上半部的中心上装有液压接头，用来连接液压源，为气囊2(液压气囊)提供压力。橡胶材质的气囊2接触面柔软，使用该气囊2为待检测样品3提供均匀的压力加载既能保证密封性又能均匀地将压力散布于待检测样品3的岩心表面。
[0030] 为了进一步保证待检测样品3的气密性，夹持器还可以包括胶套4，胶套4设置在待检测样品3和气囊2之间。优选的，胶套4可以是一个方形的两端开口的橡胶筒，该橡胶筒的轴线方向为渗流的方向。
[0031] 在上述结构的基础上，在每两个相邻的气囊2之间还可以设置有环压管8，环压管8压在胶套4的外壁上。环压管8的外壁钻有小孔，用于辅助胶套4四个角处的密封，解决了方形待检测样品3四个角处密封不好的问题。
[0032] 当该真三轴煤岩三向变形及渗透率夹持器应用在变形量测试中时，可以在本体1的X轴、Y轴和Z轴三个方向上分别设置有变形量检测装置。优选的，X轴和Y轴方向上的变形量检测装置分别为贴式应变片；Z轴方向上的变形量检测装置为精度0.001mm的位移传感器7，位移传感器7连接至第一压块5和/或第二压块6，实时地监测Z轴方向的形变量。
[0033] 当该真三轴煤岩三向变形及渗透率夹持器应用在应力和流量测试中时，X轴、Y轴、Z轴和围压采用伺服泵进行加压，通过传感器可以实时控制并监测三个方向的压力和流量。具体的，在本体1上设置有X轴伺服加压泵连接端13、Y轴伺服加压泵连接端14和/或围压伺服加压泵连接端15，气囊2通过伺服泵进行加压。
[0034] 上述两个测试也可以同时进行，即，通过在待检测样品3下游三个方向的出口流量计实时观测各方向的气体流量，同时实时地监测实验样品在X轴、Y轴和Z轴方向的变形量。
[0035] 此外，使用该真三轴煤岩三向变形及渗透率夹持器后，待检测样品3还可以直接用于高压压汞、SEM等细观实验。
[0036] 为了保证夹持器整体结构更加稳定，可以在第一压块5的外侧设置有第一轴压套9，可以在第二压块6的外侧设置有第二轴压套10；第一轴压套9和第二轴压套10均部分地设置在本体1的腔室内。
[0037] 在上述结构的基础上，在第一轴压套9和/或第二轴压套10上可以设置有Z轴加压通道91；Z轴加压通道91一端能连接至Z轴伺服加压泵，另一端抵接在第一压块5或第二压块6的外壁上，第一压块5或第二压块6能在Z轴加压通道91所传递的压力下沿Z轴方向移动。
[0038] 注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
