(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210749043.4 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 陕西延长石油 （集团） 有限责任公司 地址 710000 陕西省西安市高新区唐延路 61号 (72)发明人 郭兴　孙晓　穆景福　申峰　 吴金桥　谢亚男　乔红军　张锋三　 罗攀　郭庆　梁小兵　高志亮　 李珮　王卫刚　 (74)专利代理 机构 西安亿诺专利代理有限公司 61220 专利代理师 贺珊 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G01N 3/02(2006.01)G01N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种二氧化碳接触下的岩石三轴力学参数 测试装置及方法 (57)摘要 本发明涉及一种二氧化碳接触下的岩石三 轴力学参数测试装置及方法， 包括岩石与二氧化 碳接触及三轴压缩测试系统及与岩石与二氧化 碳接触及三轴压缩测试系统分别连接的轴压控 制系统、 围压控制系统、 温度控制系统及二氧化 碳压力控制系统， 还包括计算机数据记录与控制 系统； 所述轴压控制 系统、 围压控制 系统、 温度控 制系统及二氧化碳压力控制系统均与计算机数 据记录与控制系统连接； 本发明最大程度上模拟 二氧化碳钻井、 压裂、 驱替、 埋存等过程中地下储 层岩石与二氧化碳直接接触过程中的三轴岩石 力学参数测试， 能够得到最接近真实储层环境和 工程条件下的二氧化碳与岩石直接接触作用过 程中的岩石力学参数。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115165585 A 2022.10.11 CN 115165585 A 1.一种二氧化碳接触下的岩石三轴力学参数测试装置， 包括岩石与二氧化碳接触及三 轴压缩测试系统及与岩石与二氧化碳接触及三轴压缩测试系统分别连接的轴压控制系统、 围压控制系统、 温度控制系统及二氧化碳压力控制系统， 还包括计算机数据记录与控制系 统； 所述轴压控制系统、 围压控制系统、 温度控制系统及二氧化碳压力控制系统均与计算机 数据记录与控制系统连接； 其中， 所述岩石与二氧化碳接触及三轴压缩测试系统包括一腔体， 腔体内设有应变测 试装置， 应变测试装置连接计算机数据 记录与控制系统； 腔 体分为岩心室(2)和液压油腔室 (1)， 岩心室(2)内放置有岩心； 液压油腔室(1)充满 液压油； 所述岩心室(2)的上端设有 上岩 心夹持器(3)， 上岩心夹持器(3)从下至上依次设有上 凹槽、 第一孔道(5)及上二氧化碳腔室 (6)， 上二氧化碳腔室(6)顶端 连接至轴压控制系统； 所述岩心室(2)的下端设有下岩心夹持 器(4)， 下岩心夹持器(4)从上至下依次设有下凹槽、 第一孔道(5)、 下二氧化碳腔室(9)及第 二孔道(7)， 第二孔道(7)连接至二氧化碳压力控制系统； 上岩心夹持器(3)与腔体顶端动密 封， 下岩心夹持器(4)与腔体底端固定连接； 还包括一上下开口的软套筒(8)， 所述软套筒(8)裹设于岩心外侧， 软套筒(8)的上限高 于上凹槽， 软套筒(8)的下限低于下 凹槽； 通过软套筒(8)分 隔岩心室(2)和液压油腔室(1)； 上二氧化 碳腔室(6)及下二氧化 碳腔室(9)内存有二氧化 碳。 2.根据权利要求1所述二氧化碳接触下的岩石三轴力学参数测试装置， 其特征在于： 所 述二氧化碳压力控制系统包括依次连接的二氧化碳气瓶、 二氧化碳增压系统及二氧化碳缓 冲罐； 二氧化碳缓冲罐 的输出端分别连接有二氧化碳回收装置及抽真空装置； 二氧化碳缓 冲罐的输出端还连接至第二孔道(7)； 二氧化碳 缓冲罐的输出端与第二孔道(7)的连接管路 上设有二氧化碳压力 传感器， 所述二氧化碳压力传感器及二氧化碳增压系统分别连接至计 算机数据记录与控制系统。 3.根据权利要求2所述二氧化碳接触下的岩石三轴力学参数测试装置， 其特征在于： 所 述轴压控制系统包括分别轴压加载系统及载荷传感器； 载荷传感器连接至上二氧化碳腔室 (6)顶端； 轴压加载系统一端连接至上二氧化碳腔室(6)， 另一端连接计算机数据记录与控 制系统； 所述围压控制系统包括围压加载系统及围压传感器； 围压传感器位于液压油腔室 (1)， 围压加载系统一端 连接至液压油腔室(1)， 另一端连接计算机数据 记录与控制系统； 所 述温度控制系统包括加热系统及温度传感器， 温度传感器位于液压油腔室(1)， 加热系统一 端连接至液压油腔室(1)， 另一端连接计算机数据记录与控制系统； 载荷传感器、 围压传感 器及温度传感器均 与计算机数据记录与控制系统连接 。 4.根据权利要求3所述二氧化碳接触下的岩石三轴力学参数测试装置， 其特征在于： 所 述应变测试装置包括引伸计或者应变片； 引伸计位于液压油腔室(1)内， 且附着于软套筒 (8)外壁； 应 变片位于岩心室(2)内， 且 粘附于岩心。 5.根据权利要求4所述二氧化碳接触下的岩石三轴力学参数测试装置， 其特征在于： 所 述围压加载系统包括增压泵， 所述增压泵与液压油之间通过进油管线及回油管线连接； 所 述加热系统包括外部电阻加热带， 外部电阻加热带裹设于腔体外； 所述二氧化碳增压系统 为电动柱塞泵； 所述二氧化碳回收装置包括依 次连接的减压阀及回收罐； 所述抽真空装置 包括依次连接的针阀和真空泵。 6.根据权利要求5所述二氧化碳接触下的岩石三轴力学参数测试装置， 其特征在于： 所权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115165585 A 2述第一孔道(5)有5个， 且第一孔道(5)的直径与上凹槽/下 凹槽的截面直径相等； 上 凹槽/下 凹槽的截面 为半圆； 第二 孔道(7)的直径为第一 孔道(5)的直径的1.5 ‑2.5倍。 7.根据权利要求6所述二氧化碳接触下的岩石三轴力学参数测试装置， 其特征在于： 所 述第二孔道(7)与二氧化碳缓冲罐 的输出端、 二氧化碳回收装置及抽真空装置之间通过四 通连接。 8.一种二氧化碳接触条件下的岩石三轴力学参数测试方法， 其特征在于： 使用 如上权 利要求2所述 二氧化碳接触下的岩石三轴力学参数测试装置， 过程如下： 步骤1： 将岩心放置于上岩心夹持器(3)及下岩心夹持器(4)之间， 并施加轴压对岩心进 行固定； 软套筒(8)套设于岩心室(2)外侧， 软套筒(8)的上限高于上凹槽， 软套筒(8)的下限 低于下凹槽； 安装应变测试装置； 向液压油腔室(1)内充 液压油施加围压并保持轴压继续加 载， 保持岩心稳定平衡； 步骤2： 关闭二氧化碳缓冲罐和二氧化碳回收装置， 通过抽 真空装置对岩心室(2)抽真 空； 步骤3： 关闭抽真空装置、 打开二氧化碳缓冲罐， 通过计算机数据记录与控制系统控制 二氧化碳增 压系统依次通过二氧化碳缓冲罐、 第二孔道(7)、 下二氧化碳腔室(9)及第一孔 道(5)向岩心室(2)充入二氧化碳， 将二氧化碳与岩石直接接触； 二氧化碳压力始终低于围 压5‑10MPa； 同时， 通过加热系统对液压油进行加热； 步骤4： 继续向岩心室(2)充入二氧化碳， 直至达到预设的二氧化碳压力及二氧化碳温 度； 开始接触浸泡； 步骤5： 达到预设的接触浸泡时间后， 进行岩石三轴压缩实验， 通过计算机数据记录与 控制系统控制轴压加载系统对岩心进 行轴向加压， 并记录轴向加压的实验过程中载荷及应 变变化； 步骤6： 岩石三轴压缩实验结束后， 关闭二氧化碳缓冲罐和二氧化碳增压系统， 打开二 氧化碳回收装置对岩心室(2)的二氧化碳进行回收， 待岩心室(2)的二氧化碳全部排入二氧 化碳回收装置， 卸载岩心室(2)围压 。 9.根据权利要求8所述二氧化碳接触条件下的岩石三轴力学参数测试方法， 其特征在 于： 所述步骤1中轴压为100 ‑1000N， 围压0 ‑80MPa； 步骤4中二氧化碳压力为0 ‑60MPa， 二氧化 碳温度为0 ‑100℃； 步骤5中预设的接触浸泡时间为0 ‑120h。 10.根据权利要求9所述二氧化碳接触条件下的岩石三轴力学参数测试方法， 其特征在 于： 所述步骤1中轴压为500N， 围压15MPa； 步骤4中二氧化碳压力为10MPa， 二氧化碳温度为 45℃； 步骤5中预设的接触浸泡时间为2h 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115165585 A 3