對致密砂巖壓實作用進行物理模擬的實驗裝置制造方法
【專利摘要】一種對致密砂巖壓實作用進行物理模擬的實驗裝置。主要目的在于提供一種實驗裝置，利用該裝置能夠較好的探究巖性、泥質含量及壓實速率等條件對致密砂巖壓實情況的影響。其特征在于：所述實驗裝置還包括至少4個壓實缸、一個儲壓缸、動力氣瓶、氣體增壓泵以及液氮瓶；其中，4個壓實缸和儲壓缸均固定在載重鋼板上，儲壓缸固定在載重鋼板的中央，儲壓缸上裝有儲壓缸壓力表，壓實缸分布于儲壓缸的四周，壓實缸與儲壓缸之間通過第二液壓傳輸管線相連通，在載重鋼板上開槽，嵌入兩條單向液壓限流管道，連通至儲壓缸內；動力氣瓶和液氮瓶的輸出管路分別連接至氣體增壓泵的入口端，由氣體增壓泵輸出的高壓氮氣通過第二液壓傳輸管線輸入到儲壓缸內。
【專利說明】對致密砂巖壓實作用進行物理模擬的實驗裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種應用于科研實驗中的物理模擬實驗裝置，具體地說，是涉及一種可對致密砂巖儲層壓實過程進行物理模擬的實驗裝置。

【背景技術】
[0002]目前國內外專門對致密砂巖壓實過程進行物理模擬的裝置較為稀少，一般只是根據某一需要而組裝成的小型壓實裝置。但是這些小型壓實設備僅僅可以使預先配制好的砂或砂泥混合物在一定壓力下成型，之后簡單的對被壓實后的型材進行切片分析，而不能滿足科研與教學的需要。


【發明內容】

[0003]為了解決【背景技術】中所提到的技術問題，本實用新型提供一種對致密砂巖壓實作用進行物理模擬的實驗裝置，該種實驗裝置能夠較好的探究巖性、泥質含量及壓實速率等條件對致密砂巖壓實情況的影響。
[0004]本實用新型的技術方案是:該種對致密砂巖壓實作用進行物理模擬的實驗裝置，包括一塊作為底座的載重鋼板，其獨特之處在于:所述實驗裝置還包括至少4個壓實缸、一個儲壓缸、動力氣瓶、氣體增壓泵以及液氮瓶；其中，4個壓實缸和儲壓缸均固定在載重鋼板上，儲壓缸固定在載重鋼板的中央，儲壓缸上裝有儲壓缸壓力表，以顯示缸內壓力，壓實缸分布于儲壓缸的四周，所述每個壓實缸上均設有壓實缸壓力表，并且與儲壓缸之間通過第二液壓傳輸管線相連通，在液壓傳輸管線上設有液壓限流閥、和液壓流速表；另外，在載重鋼板上開槽，嵌入兩條帶有單流閥的單向液壓限流管道，兩條單向液壓限流管道分別連通至儲壓缸內，作為液體輸入管道和液體輸出管道，在所述液體輸入管道的入口端設置有液壓傳輸管連接短接和加壓開關，在所述液體輸出管道的出口端設置有卸壓開關和卸壓輸出管。
[0005]動力氣瓶和液氮瓶的輸出管路分別連接至氣體增壓泵的兩個入口端，由氣體增壓泵輸出的高壓氮氣通過第二液壓傳輸管線經過液壓傳輸管連接短接和加壓開關輸入到儲壓缸內。
[0006]壓實缸由圓筒形的缸體、缸底、頂蓋、壓實鋼板以及一對平衡彈簧組成；其中，所述缸體采用透明的有機玻璃板制成，缸底與所述缸體之間通過螺紋連接，所述缸體的頂端開有供頂蓋扣合的槽，頂蓋扣合在所述缸體上；一對平衡彈簧對稱固定在頂蓋的內側，壓實鋼板固定在平衡彈簧的另一端；壓實鋼板與所述缸體的內壁相配合，兩者之間的間隙內涂抹潤滑油，以實現壓實鋼板上端的液體不發生向下的泄漏。
[0007]本實用新型具有如下有益效果:該種致密砂巖壓實物理模擬實驗裝置具有壓實缸、儲壓裝置、壓力疏導體系及相應的液壓控制系統，含有多組壓實缸，可以同時模擬不同壓實過程，并且在優選方案中增加了紅外線測速傳感器和刻度尺，在缸體的下1/3處刻有用來標示孔隙度的網格，這樣，壓實模擬缸可同時模擬四種不同情況下的壓實過程，便于進行對比觀察，可以通過調整液壓閥開度和控制液壓加壓速率來控制壓實過程，并且整個壓實過程可以通過刻度尺和網格直接觀察孔隙度變化情況。利用本種實驗裝置能夠較好的探究巖性、泥質含量及壓實速率等條件對致密砂巖壓實情況的影響，模擬程度高，能夠反映地下壓實作用對致密砂巖儲層孔隙變化的影響，能夠通過改變巖性、泥質含量、壓實速率等條件，模擬致密砂巖壓實過程。
[0008]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0009]圖1是本實用新型的整體結構示意圖。
[0010]圖2是本實用新型所述壓實缸的結構示意圖。
[0011]圖3是本實用新型具體實施時，采用的作為發射管的紅外對管的電路圖。
[0012]圖4是本實用新型具體實施時，采用的作為接收管的紅外對管的電路圖。
[0013]圖5是本實用新型具體實施時，與一對紅外對管相連接的單片機的電路圖。
[0014]圖中1-載重鋼板，2-壓實缸，3-儲壓缸，4-壓實缸壓力表，5-儲壓缸壓力表，6-頂蓋，7-紅外線測速傳感器，8-平衡彈簧，9-壓實鋼板，10-缸底，11-接線端，12-動力氣瓶，13-氣體增壓泵，14-第二液壓傳輸管線，15-液壓傳輸管連接短接，16-加壓開關，17-單向液壓限流管道，18-液壓傳輸管線，19-液壓限流閥，20-液壓流速表，21-卸壓開關，22-卸壓輸出管，23-計算機，24-液氮瓶。
[0015]【具體實施方式】:
[0016]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0017]由圖1所示，該種對致密砂巖壓實作用進行物理模擬的實驗裝置，包括一塊作為底座的載重鋼板I，其獨特之處在于:
[0018]所述實驗裝置還包括至少4個壓實缸2、一個儲壓缸3、動力氣瓶12、氣體增壓泵13以及液氮瓶24。其中，4個壓實缸2和儲壓缸3均固定在載重鋼板I上，儲壓缸3固定在載重鋼板I的中央，儲壓缸上裝有儲壓缸壓力表5，以顯示缸內壓力，壓實缸2分布于儲壓缸3的四周，所述每個壓實缸上均設有壓實缸壓力表4，并且與儲壓缸3之間通過第二液壓傳輸管線18相連通，在液壓傳輸管線18上設有液壓限流閥19和液壓流速表20 ;另外，在載重鋼板I上開槽，嵌入兩條帶有單流閥的單向液壓限流管道17，兩條單向液壓限流管道17分別連通至儲壓缸3內，作為液體輸入管道和液體輸出管道,在所述液體輸入管道的入口端設置有液壓傳輸管連接短接15和加壓開關16，在所述液體輸出管道的出口端設置有卸壓開關21和卸壓輸出管22。
[0019]動力氣瓶12和液氮瓶24的輸出管路分別連接至氣體增壓泵13的兩個入口端，由氣體增壓泵13輸出的高壓氮氣通過第二液壓傳輸管線14經過液壓傳輸管連接短接15和加壓開關16輸入到儲壓缸3內；
[0020]壓實缸2由圓筒形的缸體、缸底10、頂蓋6、壓實鋼板9以及一對平衡彈簧8組成；其中，所述缸體采用透明的有機玻璃板制成，缸底10與所述缸體之間通過螺紋連接，所述缸體的頂端開有供頂蓋6扣合的槽，頂蓋6扣合在所述缸體上；一對平衡彈簧8對稱固定在頂蓋6的內側，壓實鋼板9固定在平衡彈簧8的另一端；壓實鋼板9與所述缸體的內壁相配合，兩者之間的間隙內涂抹潤滑油，以實現壓實鋼板9上端的液體不發生向下的泄漏。
[0021]另外，在以上方案基礎上可以進一步優化，得到如下方案:
[0022]方案1:在壓實缸2的缸體上標有刻度尺，在缸體的下1/3處刻有用來標示孔隙度的網格。同時，網格線可以采用兩種顏色交替標記，方可便查孔隙度直徑，視域網格化可以精確測量視域內各個礦物的直徑、面積，從而使百分含量測算值更加可靠。
[0023]方案2:如圖3、圖4和圖5所示，所述裝置還包括由一對紅外對管U1-4、U1_2組成的紅外線測速傳感器7，紅外線測速傳感器7固定在頂蓋6的內側，位于平衡彈簧8之間；一對紅外對管U1-4和U1-2的信號線由位于頂蓋6上的接線端11引出；為了與測速傳感器配合，所述裝置還包括一臺計算機23，計算機23的主板上固定有單片機和比較器芯片LM324，一對紅外對管U1-4和U1-2的輸出電壓信號接至比較器芯片LM324的輸入端，與預先設置好的閾值信號進行比較，一對紅外對管U1-4和U1-2的SENS0R1引腳和SENS0R2引腳分別與所述計算機主板上固定的單片機的P20引腳和P21引腳相連接。當壓實缸的壓實鋼板在輸入的液體壓力作用下下行時，紅外發射管發射出來的紅外線遇到底部樣品就會返回紅外接收管，紅外對管輸出的電壓信號數值會出現明顯的變化，再將輸出電壓信號接至比較器芯片LM324與預先設置好的閾值信號進行比較，這樣傳感器處理電路的SENSORl/ SENS0R2就會輸出一次低電平信號，由于傳感器處理電路的SENSORl引腳/ SENS0R2引腳分別與感應端單片機控制器的P20/P21引腳相連，這樣，單片機就能夠測算出壓實鋼板下行的速度。從而利用本種實驗裝置能夠較好的探究巖性、泥質含量及壓實速率等條件對致密砂巖壓實情況的影響。
[0024]下面給出本裝置的使用過程:
[0025]第一步，裝填所需砂體。實驗模擬之前，依據實際地區巖石結構性質配比合適的砂體。配制均質砂體時要注意砂泥混合要均勻，配制非均質砂體時要注意裝填順序，裝填之前將壓實缸底蓋鎖死，從上向下裝填，裝填時也要保證壓實缸內的實驗砂體高度適當，應以與壓實鋼板剛剛接觸最為得當，裝填后將頂蓋鎖死。模擬壓實缸內的砂或砂泥混合物，在液壓系統作用下可使其體積變小，發生壓實作用，隨著壓力的逐漸增大，砂體顆粒間的孔隙必然會發生變化，詳細記錄砂體的體積變化。改變砂泥比、砂體顆粒大小、壓實速率、壓實時間等條件，做不同組實驗，可以得到不同的壓實樣品。
[0026]第二步，實驗設備連接。將壓實缸固定在載重鋼板上，將壓力系統連接妥當，即儲壓裝置與壓實缸通過液壓傳輸管相連，增壓泵與壓力輸入口相連，動力氣瓶和氮氣瓶連接至氣體增壓泵。
[0027]第三步，壓力控制與實驗操作。加壓時首先打開加壓開關，關閉液壓限流閥和卸壓開關，打開氣體增壓泵，至儲壓缸內壓力大于壓實缸所需最大壓力后，關閉液壓加壓泵和加壓開關。依據壓實缸所需壓力大小控制液壓限流閥，直至該壓實缸所需壓實過程結束，關閉該壓實缸連接的液壓限流閥，記錄紅外測速傳感器通過計算機顯示的壓實過程。所有壓實缸內壓實過程都完成后仍需靜置一段時間。
[0028]卸壓時打開卸壓開關，應從壓力較大的壓實缸開始卸壓，并且卸壓過程中注意防止壓力回升的現象，即壓實缸內壓力下降后，由于其他壓實缸內壓力連通導致的壓力回升，直至所有缸內壓力恢復至標準大氣壓。而后卸下液壓傳輸管線，將壓實缸取下，打開底蓋，取出壓實樣品。
[0029]第四步，實驗現象與數據采集分析。實驗過程中的即時數據與實驗現象需通過實驗人員嚴格按照相關流程記錄，包括每一個實驗現象所對應的時間以及各類數據的采集。
【權利要求】
1.一種對致密砂巖壓實作用進行物理模擬的實驗裝置，包括一塊作為底座的載重鋼板(1)，其特征在于: 所述實驗裝置還包括至少4個壓實缸(2)、一個儲壓缸(3)、動力氣瓶(12)、氣體增壓泵(13)以及液氮瓶(24);其中，4個壓實缸(2)和儲壓缸(3)均固定在載重鋼板(I)上，儲壓缸(3)固定在載重鋼板(I)的中央，儲壓缸上裝有儲壓缸壓力表(5)，以顯示缸內壓力，壓實缸(2)分布于儲壓缸(3)的四周，所述每個壓實缸上均設有壓實缸壓力表(4)，并且與儲壓缸(3)之間通過第二液壓傳輸管線(18)相連通，在液壓傳輸管線(18)上設有液壓限流閥(19)、和液壓流速表(20);另外，在載重鋼板(I)上開槽，嵌入兩條帶有單流閥的單向液壓限流管道(17)，兩條單向液壓限流管道(17)分別連通至儲壓缸(3)內，作為液體輸入管道和液體輸出管道，在所述液體輸入管道的入口端設置有液壓傳輸管連接短接(15)和加壓開關(16)，在所述液體輸出管道的出口端設置有卸壓開關(21)和卸壓輸出管(22)； 動力氣瓶(12)和液氮瓶(24)的輸出管路分別連接至氣體增壓泵(13)的兩個入口端，由氣體增壓泵(13)輸出的高壓氮氣通過第二液壓傳輸管線(14)經過液壓傳輸管連接短接(15)和加壓開關(16)輸入到儲壓缸(3)內； 壓實缸(2)由圓筒形的缸體、缸底(10)、頂蓋(6)、壓實鋼板(9)以及一對平衡彈簧(8)組成；其中，所述缸體采用透明的有機玻璃板制成，缸底(10)與所述缸體之間通過螺紋連接，所述缸體的頂端開有供頂蓋(6)扣合的槽，頂蓋(6)扣合在所述缸體上；一對平衡彈簧(8)對稱固定在頂蓋(6)的內側，壓實鋼板(9)固定在平衡彈簧(8)的另一端；壓實鋼板(9)與所述缸體的內壁相配合，兩者之間的間隙內涂抹潤滑油，以實現壓實鋼板(9)上端的液體不發生向下的泄漏。
2.根據權利要求1所述的對致密砂巖壓實作用進行物理模擬的實驗裝置，其特征在于:壓實缸(2)的缸體上標有刻度尺，在缸體的下1/3處刻有用來標示孔隙度的網格。
3.根據權利要求2所述的對致密砂巖壓實作用進行物理模擬的實驗裝置，其特征在于: 所述裝置還包括由一對紅外對管(Ul-4，U1-2)組成的紅外線測速傳感器(7)，紅外線測速傳感器(7)固定在頂蓋(6)的內側，位于平衡彈簧(8)之間；一對紅外對管(Ul-4，Ul-2)的信號線由位于頂蓋(6)上的接線端(11)引出； 所述裝置還包括一臺計算機(23)，計算機(23)的主板上固定有單片機和比較器芯片LM324，一對紅外對管(Ul-4，U1-2)的輸出電壓信號接至比較器芯片LM324的輸入端，與預先設置好的閾值信號進行比較，一對紅外對管(Ul-4，U1-2)的SENSOR1引腳和SENSOR2弓丨腳分別與所述計算機主板上固定的單片機的P20引腳和P21引腳相連接。
【文檔編號】G09B23/40GK204066562SQ201420561601
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】閆明, 李易霖, 李宇強, 李昕, 楊雪, 沈舒曉 申請人:東北石油大學