本技术涉及借助材料物理性质测试领域，具体而言，涉及一种高温高压岩心驱替试验系统及方法。
背景技术：
1、深地资源开发过程中岩石内部流体的运动和置换等行为会使得岩石固体结构产生变形或微裂纹，从而出现局部密实、不均匀缝网、孔隙气阻炸裂等工程难题，影响资源开发能效。岩心驱替ct试验是获取岩石渗流或能源置换开采过程中岩心内介质流动和变形耦合特性的前沿手段。开展岩心驱替ct测试对于合理量化驱替过程中岩心内局部变形和孔隙流体运移特征及提升深部空间与资源开发过程的仿真预测精度具有重要作用。
2、目前，岩心驱替ct试验需要克服以下难题：一、ct测试速度是否能够与渗流过程相匹配，以避免扫描过程中岩心变形或流体运移造成的图像虚化；二、岩心的渗流小变形能否被ct捕捉；三、克服试样长期加热产生的热辐射对ct设备的影响，并实现岩样温度场的均匀；四、测试环境是否满足ct投射所需的试样外环境所用材料低密度要求。以上问题直接制约了岩心驱替ct试验的测试精度，造成采用现有的xct无法实现试验过程的快速扫描（扫描速度长达到数个甚至数十个小时），容易出现扫描图像虚化问题；采用医学ct能实现快速扫描但不能精确刻画岩样整体变形；原位电加热和围压加热方案产生的热辐射容易影响扫描设备的测试，且存在试样不同点位温度梯度大的实际问题。
技术实现思路
1、本技术的目的在于提供一种高温高压岩心驱替试验系统及方法，其提高了夹持器系统在高温高压环境下强度且保证了ct射线的投射性能，提升了光纤定位精度和ct快速扫描状态下岩心变形测量精度，并通过测量夹持器系统的臌胀体积变化实现岩心整体体积变化的修正和测量计算，提高高温高压情况下岩心驱替ct试验稳定性和精度。
2、本技术是这样实现的：
3、本技术提供一种高温高压岩心驱替试验系统，其包括：
4、ct扫描器，用于进行ct扫描；
5、夹持器系统，包括依次连接的底座、夹持容器和端盖，底座、夹持容器和端盖围合形成容纳岩心夹持模块的岩心夹持腔；底座设有渗透压进孔、光纤进孔、光纤出孔、分别与岩心夹持腔连通的环压进孔和环压出孔；夹持容器包括套设于岩心夹持模块上的碳纤维缠绕聚醚醚酮套管、分别粘接于碳纤维缠绕聚醚醚酮套管两端的合金法兰端头、设于碳纤维缠绕聚醚醚酮套管外壁的多个应变花及套设于应变花外侧的碳粉加热膜，两个合金法兰端头分别连接底座和端盖；岩心夹持模块包括分别夹持圆柱形岩心两端的透水板、抵压端盖的试样帽、绕设于岩心外壁的刚度限域光纤及套设于刚度限域光纤外侧的热缩套管，两个透水板分别抵压底座和试样帽，试样帽设有渗透压出孔，渗透压进孔和渗透压出孔分别连通两个透水板，刚度限域光纤两端分别穿过光纤进孔和光纤出孔；环压出孔连接有耐压阀；
6、机床，用于将夹持器系统移至ct扫描器对岩心进行ct扫描或移出；
7、夹持器载荷控制系统，用于将流体加热输入渗透压进孔和环压进孔及接收渗透压出孔输出流体；
8、采集与数据分析系统，用于采集岩心夹持腔内温度和压力、ct扫描器和应变花检测数据进行分析。
9、在一些可选的实施方案中，底座包括依次连接的第一台阶、第二台阶、第三台阶和第四台阶，环压进孔和环压出孔贯通第一台阶、第二台阶和第三台阶，第四台阶抵压透水板；第三台阶和第四台阶外周壁分别设有至少一道全氟醚耐高温密封圈。
10、在一些可选的实施方案中，环压进孔连接有位于岩心夹持腔内的耐压管，耐压管长度为0.6-0.9倍岩心高度。
11、在一些可选的实施方案中，试样帽包括依次连接的第五台阶和第六台阶，第五台阶抵压透水板，第六台阶外周壁设有至少一道全氟醚耐高温密封圈。
12、在一些可选的实施方案中，刚度限域光纤包括光纤裸线和间隔嵌套固定在光纤裸线上的光纤套管，两个光纤套管中心之间的间距为0.65d，d为正整数。
13、在一些可选的实施方案中，应变花为三片直角形，应变花的电阻丝由硅制成；应变花的数据线采用薄膜式石墨烯或黑磷烯条组成，石墨烯或黑磷烯条的宽度为0.25-0.26mm、厚度为0.8-1.2mm。
14、在一些可选的实施方案中，夹持器载荷控制系统包括与环压进孔连接的围压柱塞泵、与渗透压进孔连接的上游高温加热中继器及与渗透压出孔连接的下游高温加热中继器，上游高温加热中继器连接有上水头柱塞泵，下游高温加热中继器连接有下水头柱塞泵。
15、在一些可选的实施方案中，还包括包裹底座、夹持容器和端盖的保温隔热夹套。
16、本技术还提供了一种高温高压岩心驱替试验方法，使用上述的高温高压岩心驱替试验系统进行，其包括以下步骤：
17、步骤一、控制夹持器载荷控制系统将加热流体输入渗透压进孔，在环压出孔连续流出流体时关闭耐压阀，并采用基于温度梯度的岩心温度场控制方法对岩心夹持腔内流体进行循环使岩心温度均匀分布；
18、步骤二、依据以下公式计算i时刻所述岩心的总体积变化vdi：
19、；
20、式中：vdi为i时刻所述岩心的总体积变化；vi为i时刻所述环压进孔的进液量；采用以下公式计算i时刻所述夹持器系统的膨胀变形量：
21、；
22、式中，π为圆周率；rki、vki分别为i时刻k编号应变花检测的径向应变和轴向应变；l0、v0分别为夹持容器的径向周长和轴向高度。
23、在一些可选的实施方案中，基于温度梯度的岩心温度场控制方法包括以下步骤：
24、步骤一、将环压进孔经上游高温加热中继器与围压柱塞泵相连接；将环压出孔经下游高温加热中继器与下水头柱塞泵相连接；设定上游高温加热中继器和下游高温加热中继器温度为ti+k，设定加热时间为ti+k，打开耐压阀依次采用围压柱塞泵注入和下水头柱塞泵吸出、下水头柱塞泵注入和围压柱塞泵吸出的顺序，使夹持器系统内的流体保持温度在ti+k以加热岩心直至加热时间达到ti+k；
25、步骤二、设定上游高温加热中继器和下游高温加热中继器的加热温度为ti+j，ti+j＜ti+k，设定加热时间为ti+j，并采用步骤一中方法继续加热岩心直至加热时间达到ti+j；
26、步骤三、设定上游高温加热中继器和下游高温加热中继器的加热温度为ti，ti+j＜ti＜ti+k，设定加热时间为ti，并采用步骤一中方法继续加热岩心直至加热时间达到ti；
27、步骤四、关闭下游高温加热中继器，并将环压出孔和下水头柱塞泵之间的耐压阀关闭，将下水头柱塞泵与渗透压出孔相连接，将上水头柱塞泵与渗透压进孔相连接；随后设定碳粉加热膜加热温度为ti，ti+j＜ti＜ti+k，继续对岩心进行加热直至试验结束。
28、本技术的有益效果是：本技术提供的高温高压岩心驱替试验系统包括用于进行ct扫描的ct扫描器、用于夹持岩心的夹持器系统、用于将夹持器系统移至ct扫描器进行ct扫描的机床、用于将流体加热输入换和输出夹持器系统的夹持器载荷控制系统及用于采集岩心夹持腔内温度和压力、ct扫描器和应变花检测数据进行分析的采集与数据分析系统；夹持器系统包括依次连接的底座、夹持容器和端盖，底座、夹持容器和端盖围合形成容纳岩心夹持模块的岩心夹持腔；底座设有渗透压进孔、光纤进孔、光纤出孔、分别与岩心夹持腔连通的环压进孔和环压出孔；夹持容器包括套设于岩心夹持模块上的碳纤维缠绕聚醚醚酮套管、分别粘接于碳纤维缠绕聚醚醚酮套管两端的合金法兰端头、设于碳纤维缠绕聚醚醚酮套管外壁的多个应变花及套设于应变花外侧的碳粉加热膜，两个合金法兰端头分别连接底座和端盖；岩心夹持模块包括分别夹持圆柱形岩心两端的透水板、抵压端盖的试样帽、绕设于岩心外壁的刚度限域光纤及套设于刚度限域光纤外侧的热缩套管，两个透水板分别抵压底座和试样帽，试样帽设有渗透压出孔，渗透压进孔和渗透压出孔分别连通两个透水板，刚度限域光纤两端分别穿过光纤进孔和光纤出孔；环压出孔连接有耐压阀；本技术提供的高温高压岩心驱替试验系统及方法提高了夹持器系统在高温高压环境下强度且保证了ct射线的投射性能，通过圆柱形试样表面的光纤限域变形提升光纤定位精度，提升了ct快速扫描状态下岩心变形测量精度，并通过测量夹持器系统的臌胀体积变化实现岩心整体体积变化的修正和测量计算，提高高温高压情况下的岩心驱替ct试验稳定性和试验精度。
1.一种高温高压岩心驱替试验系统，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的高温高压岩心驱替试验系统，其特征在于，所述底座包括依次连接的第一台阶、第二台阶、第三台阶和第四台阶，所述环压进孔和所述环压出孔贯通所述第一台阶、所述第二台阶和所述第三台阶，所述第四台阶抵压所述透水板；所述第三台阶和所述第四台阶外周壁分别设有至少一道全氟醚耐高温密封圈。
3.根据权利要求1所述的高温高压岩心驱替试验系统，其特征在于，所述环压进孔连接有位于所述岩心夹持腔内的耐压管，所述耐压管长度为0.6-0.9倍所述岩心高度。
4.根据权利要求1所述的高温高压岩心驱替试验系统，其特征在于，所述试样帽包括依次连接的第五台阶和第六台阶，所述第五台阶抵压所述透水板，所述第六台阶外周壁设有至少一道全氟醚耐高温密封圈。
5.根据权利要求1所述的高温高压岩心驱替试验系统，其特征在于，所述刚度限域光纤包括光纤裸线和间隔嵌套固定在所述光纤裸线上的光纤套管，两个所述光纤套管中心之间的间距为0.65d，d为正整数。
6.根据权利要求1所述的高温高压岩心驱替试验系统，其特征在于，所述应变花为三片直角形，所述应变花的电阻丝由硅制成；所述应变花的数据线采用薄膜式石墨烯或黑磷烯条组成，石墨烯或黑磷烯条的宽度为0.25-0.26mm、厚度为0.8-1.2mm。
7.根据权利要求1所述的高温高压岩心驱替试验系统，其特征在于，所述夹持器载荷控制系统包括与所述环压进孔连接的围压柱塞泵、与所述渗透压进孔连接的上游高温加热中继器及与所述渗透压出孔连接的下游高温加热中继器，所述上游高温加热中继器连接有上水头柱塞泵，所述下游高温加热中继器连接有下水头柱塞泵。
8.根据权利要求1所述的高温高压岩心驱替试验系统，其特征在于，还包括包裹所述底座、夹持容器和端盖的保温隔热夹套。
9.一种高温高压岩心驱替试验方法，其特征在于，使用如权利要求1至8中任一项所述的高温高压岩心驱替试验系统进行，其包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的高温高压岩心驱替试验方法，其特征在于，基于温度梯度的岩心温度场控制方法包括以下步骤：
