本發(fā)明屬于巖石工程試驗儀器，具體涉及一種低滲透巖石化學(xué)腐蝕裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、地下巖體工程的開發(fā)與建設(shè)，常遭受復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和周圍環(huán)境的影響，如在鉆井過程中，油、氣井由于受到井內(nèi)、外流體浸泡，直接影響著井壁的穩(wěn)定性。在油氣資源開采過程中，尤其是采用強冷注采，長期高強度向地下注水，顯著地改變地下巖層原來相對穩(wěn)定的物理、化學(xué)環(huán)境。在眾多的影響因素之中，水化學(xué)環(huán)境尤其不能忽視，水溶液不僅會改變巖體的礦物成分和結(jié)構(gòu)，削弱顆粒間的膠結(jié)作用，弱化其力學(xué)性能，而且容易引起孔隙水壓力，改變巖體的應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。此外，水化學(xué)溶液與巖石介質(zhì)之間的相互作用過程存在著顯著的時間效應(yīng)，不同時間下對巖石介質(zhì)造成的化學(xué)損傷不同。因此，巖土工程的安全與穩(wěn)定性分析除了考慮巖石本身的長期流變特性，還要考慮水化學(xué)溶液腐蝕下對巖石介質(zhì)長期流變特性的影響?？梢钥闯?，巖土體與水化學(xué)環(huán)境之間是相互作用、相互耦合的過程。

2、對于水化學(xué)環(huán)境下的巖土體，需要開展化學(xué)溶液作用下巖石力學(xué)和變形特性的研究，這其中就包括化學(xué)腐蝕后巖石的三軸壓縮和蠕變力學(xué)問題，而以往對巖體的化學(xué)腐蝕主要采用化學(xué)溶液腐蝕一定天數(shù)或次數(shù)，認為其達到完全腐蝕，但采用這種方法判斷不合理，對于致密性巖石，如花崗巖，大理巖等，上述方法腐蝕巖樣的深度很局限，且需要的時間較長，因此，需要針對處于水化學(xué)環(huán)境下的深部致密性巖石，設(shè)計更加合理的化學(xué)腐蝕試驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供了一種多組可拆卸液壓伺服式低滲透巖石化學(xué)腐蝕裝置及測試方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)溶液腐蝕巖石試驗時間較長，且判斷不精準的技術(shù)問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、多組可拆卸液壓伺服式低滲透巖石化學(xué)腐蝕裝置，包括：

4、活塞缸，活塞缸中設(shè)置有加載活塞，加載活塞與活塞缸內(nèi)側(cè)壁密閉滑動連接；通過加載活塞將活塞缸的腔體分為上下兩部分，上部為液壓缸，下部為化學(xué)容器；所述液壓缸中盛有液壓油；所述化學(xué)容器中盛有化學(xué)溶液，化學(xué)容器底部設(shè)有多個貫穿底部的試樣連接孔。

5、化學(xué)溶液裝置系統(tǒng)，包括第一增壓泵和密閉容器，密閉容器通過溶液導(dǎo)流管與化學(xué)容器的下端連通，用于向化學(xué)容器中輸送化學(xué)溶液；第一增壓泵設(shè)置在溶液導(dǎo)流管上，導(dǎo)流管上還設(shè)置有設(shè)有閥門ⅲ；化學(xué)容器的上端通過溶液出水管與密閉容器連通；密閉容器中設(shè)置有酸堿度傳感器，用于檢測其內(nèi)部化學(xué)溶液ph值及濃度的變化，實時控制滲透溶液的濃度和ph值，保持帶密閉容器中化學(xué)溶液的濃度和ph值趨于穩(wěn)定。

6、多個試樣容器，試樣容器用于盛放巖石試樣，試樣容器數(shù)量與試樣連接孔相同，每個試樣容器通過對應(yīng)的試樣連接孔與化學(xué)容器連接，試樣容器內(nèi)固定設(shè)置有帶透水孔的隔板，巖石試樣放置在隔板上，且?guī)r石試樣的側(cè)壁與試樣容器的內(nèi)壁緊密貼合，隔板下方設(shè)有出水口，試樣容器下端密閉套接有量筒。

7、液壓系統(tǒng)，通過與其連接的輸油管道以及液壓伺服壓力機為密閉液壓缸輸入、輸出液壓油，形成循環(huán)油路，通過控制液壓油的壓力，進而控制加載活塞下移對化學(xué)容器中的化學(xué)溶液加壓，進行試樣腐蝕試驗。

8、氣壓泵系統(tǒng)，試樣完全腐蝕后，通過氣壓泵系統(tǒng)頂升加載活塞，將密閉液壓缸中的液壓油壓回液壓系統(tǒng)的儲油箱內(nèi)。

9、所述帶有動力驅(qū)動的化學(xué)溶液裝置系統(tǒng)、化學(xué)容器、試樣容器均采用耐腐蝕的鋼制材料制成。

10、進一步優(yōu)化，所述活塞缸內(nèi)側(cè)壁固定連接有限位器和限位墊塊，其中，限位器位于密閉液壓缸中，限位墊塊位于化學(xué)容器中，限位墊塊下表面接近化學(xué)容器底部，且位于溶液導(dǎo)流管連通口的上方；加載活塞在限位墊塊和限位器之間滑動。

11、進一步優(yōu)化，所述加載活塞的側(cè)壁沿周向凹陷形成一環(huán)形腔室，氣壓泵系統(tǒng)通過氣壓管與環(huán)形腔室連通，氣壓管上設(shè)有閥門ⅰ。

12、進一步優(yōu)化，所述密閉容器上部設(shè)有閥門ⅱ，用于手動將配置好的化學(xué)溶液通過閥門ⅱ注入到密閉容器中；所述溶液出水管為透明材質(zhì)制品，溶液出水管上設(shè)有二號單向閥門，二號單向閥門的流動方向為化學(xué)容器流向密閉容器。

13、進一步優(yōu)化，所述液壓系統(tǒng)的儲油箱通過進油管ⅱ與液壓伺服壓力機的輸入端連通，液壓伺服壓力機的輸出端依次通過進油管ⅲ和進油管ⅰ與密閉液壓缸的進油口連通；所述進油管ⅱ上設(shè)置有閥門ⅳ；進油管ⅲ上設(shè)置有一號控制閥門和壓力計ⅱ；進油管ⅰ上設(shè)置有二號控制閥門和壓力計?。幻荛]液壓缸的出油口通過出油管ⅰ與液壓系統(tǒng)的儲油箱連通，出油管ⅰ上設(shè)有一號單向閥門控制其通斷，一號單向閥門的流動方向為密閉液壓缸流向液壓系統(tǒng)的儲油箱。

14、進一步優(yōu)化，所述一號控制閥門、二號控制閥門均為電磁閥；所述液壓伺服壓力機、一號控制閥門和二號控制閥門均與電腦電性連接。

15、進一步優(yōu)化，所述試樣容器通過對應(yīng)的試樣連接孔與化學(xué)容器螺紋連接，便于拆裝。試樣容器的底部隔板上設(shè)有分布均勻相通的透水孔，以便溶液可以滲出。

16、多組低滲透巖石化學(xué)腐蝕的試驗方法，基于上述多組可拆卸液壓伺服式低滲透巖石化學(xué)腐蝕裝置，包括以下步驟：

17、步驟s1、制備巖石試樣：

18、根據(jù)試驗要求，將原巖加工成大小、形狀與試樣容器內(nèi)腔相適配的尺寸，巖石試樣裝入試樣容器后，巖石試樣與試樣容器的內(nèi)壁緊密貼合。

19、步驟s2、試驗前準備：

20、s2-1、裝配試樣容器和量筒：將巖石試樣裝入試樣容器中，試樣容器下段連接量筒，將試樣容器與試樣連接孔螺紋連接。

21、s2-2、連接液壓系統(tǒng)：

22、將密閉液壓缸通過輸油管與液壓系統(tǒng)連通，以及將液壓伺服壓力機通過導(dǎo)線ⅰ與電腦電連接；將一號控制閥門通過導(dǎo)線ⅱ與電腦電連接；將二號控制閥門通過導(dǎo)線ⅲ與電腦電連接。

23、s2-3、連接氣壓泵系統(tǒng)：

24、將環(huán)形腔室通過氣壓管與氣壓泵系統(tǒng)連通，關(guān)閉閥門ⅰ。

25、s2-4、加注化學(xué)溶液：

26、打開閥門ⅱ，將配置好的化學(xué)溶液注入密閉容器中，?通過酸堿度測試器監(jiān)測密閉容器中溶液ph值的變化值，當達到設(shè)定值后，停止注入化學(xué)溶液，并關(guān)閉閥門ⅱ。

27、步驟s3、向化學(xué)容器注入化學(xué)溶液：

28、開啟閥門ⅲ，啟動動力驅(qū)動化學(xué)溶液裝置系統(tǒng)，通過增壓泵將化學(xué)溶液沿溶液導(dǎo)流管注入化學(xué)容器內(nèi)，直至二號單向閥門處觀察到有化學(xué)溶液沿溶液出水管流出，關(guān)閉閥門ⅲ。

29、步驟s4?、加載測試：

30、s4-1、打開閥門ⅳ；

31、s4-2、啟動液壓系統(tǒng)：通過電腦開啟液壓伺服壓力機，并控制液壓伺服壓力機的運轉(zhuǎn)速率，即控制液壓油加載速率，依次通過進油管ⅱ?、進油管ⅲ和進油管ⅰ將液壓油送入密閉液壓缸中，并通過出油管ⅰ與液壓系統(tǒng)的儲油箱連通，形成液壓油循環(huán)油路。

32、在此過程中，通過壓力計ⅱ和壓力計ⅰ實時觀察輸油管中的壓力，并通過電腦調(diào)控一號控制閥門和二號控制閥門的開啟角度，調(diào)節(jié)密閉液壓缸中的壓力。

33、具體為：根據(jù)壓力計ⅱ的讀數(shù)，通過電腦調(diào)節(jié)一號控制閥門的開度，實現(xiàn)液壓的初步調(diào)節(jié)；通過壓力計ⅰ實時監(jiān)控液壓，并根據(jù)壓力計ⅰ的讀數(shù)，調(diào)節(jié)二號控制閥門的開度，實現(xiàn)油壓二次精確控制。

34、s4-3、試樣腐蝕試驗：

35、通過密閉液壓缸的液壓油推動加載活塞下移，進而將化學(xué)容器內(nèi)的化學(xué)溶液加壓，將其通過試樣連接孔滲入到試樣容器內(nèi)的巖石試樣中，進行腐蝕試驗；通過從透水孔內(nèi)流入量筒內(nèi)的溶液量，來判斷巖石試樣受腐蝕程度。

36、步驟s5、卸載：

37、s5-1、卸載條件：當壓力計ⅰ的壓力達到液壓設(shè)定值時，通過電腦將二號控制閥門的開度調(diào)為恒定，即保持密閉液壓缸中的壓力恒定。

38、在壓力恒定條件下持續(xù)進行腐蝕試驗，直至單位時間內(nèi)量筒內(nèi)的溶液變化量趨向穩(wěn)定，即判定巖樣完全腐蝕。

39、s5-2、排出液壓油：當試樣完全腐蝕后，關(guān)閉液壓伺服壓力機、液壓系統(tǒng)、閥門ⅳ、一號控制閥門和二號控制閥門；啟動氣壓泵系統(tǒng)，打開閥門ⅰ，通過氣壓管向環(huán)形腔室充氣，利用氣壓頂起加載活塞，將密閉液壓缸中的液壓油通過出油管ⅰ排進液壓系統(tǒng)的儲油箱內(nèi)，待液壓油排盡后，關(guān)閉閥門ⅰ和氣壓泵系統(tǒng)。

40、s5-3、排出化學(xué)溶液：打開閥門ⅲ，通過溶液導(dǎo)流管排出化學(xué)容器內(nèi)的化學(xué)溶液，排盡后，關(guān)閉閥門ⅲ。

41、s5-4、取下試樣容器和內(nèi)部試樣，進行后續(xù)力學(xué)性能試驗。

42、進一步優(yōu)化，步驟s5-1中的液壓設(shè)定值，應(yīng)考慮到不同化學(xué)溶液，以及巖石試樣材料的不同，其完全腐蝕所需液壓設(shè)定值也不同。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

44、本發(fā)明所述裝置和方法能夠檢測不同化學(xué)溶液，不同ph值下巖石試樣的浸泡腐蝕情況；通過設(shè)置液壓系統(tǒng)和氣壓泵系統(tǒng)，以及壓力計和電磁閥門，通過電腦控制電磁閥能夠精準實現(xiàn)化學(xué)溶液滲透量的量測，進而對水化學(xué)腐蝕情況進行實時檢測，并能夠準確判斷巖石試樣是否完全腐蝕。另外，試樣容器可拆卸，實驗操作簡單，一次可以腐蝕多個巖樣，節(jié)省試驗的時間，提高工作效率。