多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗裝置制造方法
【專利摘要】一種多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗裝置。主要目的在于提供一種可在實驗內(nèi)用來研究氣體突破巖樣的裝置。其特征在于：此裝置由氣瓶、空氣壓縮機、氣體增壓泵、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、液體注入泵、調(diào)壓閥、氣體貯罐、應(yīng)變檢測儀、巖心夾持器、恒溫箱、環(huán)壓跟蹤泵、壓力加載設(shè)備、氣泡檢測儀、錐形瓶、電子天平以及真空泵通過管路連接后組成；壓力加載設(shè)備通過巖心夾持器上的軸向壓力入口端給巖心夾持器施加軸壓以模擬地層壓力；巖心夾持器位于恒溫箱內(nèi)，巖心的四周固定應(yīng)變片；氣泡檢測儀內(nèi)有可與對射式光纖傳感器相配合的光纖接收器。本實驗裝置可精確記錄蓋層突破壓力，有助于完成地下儲氣庫多周期交變應(yīng)力蓋層密封性評價。
【專利說明】多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于地球物理勘探領(lǐng)域中可完成多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國地下儲氣庫建設(shè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀可概括為:國內(nèi)枯竭氣藏建庫技術(shù)基本成熟；枯竭油藏建庫技術(shù)尚在摸索之中；鹽穴儲氣庫技術(shù)取得了長足的進步；含水層構(gòu)造儲氣庫的研究才剛剛起步；地下儲氣庫的天然氣注采性能是衡量儲氣庫效能的重要指標(biāo)，也是影響儲氣庫穩(wěn)定性的重要因素，而進行多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗則可研究地層覆壓與蓋層巖樣線性彈性變形的關(guān)系，從而研究蓋層應(yīng)力隨地層覆壓的變化特征，為儲庫研究提供有益資料。但現(xiàn)有技術(shù)中尚缺乏這一實驗裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決【背景技術(shù)】中所提到的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗裝置，該種裝置一方面采用應(yīng)變檢測技術(shù)，可以研究地層覆壓與蓋層巖樣線性彈性變形的關(guān)系，從而研究蓋層應(yīng)力隨地層覆壓的變化特征，另一方面采用先進的光纖傳感器技術(shù)，來檢測蓋層突破壓力，可實時實現(xiàn)精確記錄蓋層突破壓力。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:該種多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗裝置，由氣瓶、空氣壓縮機、氣體增壓泵、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、液體注入泵、調(diào)壓閥、氣體貯罐、應(yīng)變檢測儀、巖心夾持器、恒溫箱、環(huán)壓跟蹤泵、壓力加載設(shè)備、氣泡檢測儀、錐形瓶、電子天平以及真空泵通過管路連接后組成；其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為內(nèi)置有計算機程序的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于對模擬實驗裝置中的壓力、溫度、應(yīng)變量、突破時間及突破壓力數(shù)據(jù)進行采集。
[0005]所述氣瓶的氣體出口與氣體增壓泵的氣體入口之間通過管路連接；所述氣體增壓泵的控制氣源入口與空氣壓縮機的出口之間通過軟管連接，此外，所述氣體增壓泵出口與氣體貯罐入口之間的連接管路上安裝有上壓力表；所述氣體貯罐上安裝有安全閥、壓力傳感器，氣體貯罐出口的管路上安裝有調(diào)壓閥；液體注入泵的出口與氣體貯罐出口的管路通過一個三通管并聯(lián)在管路上，并聯(lián)后的三通出口連接至巖心夾持器的入口管線上，此外，在巖心夾持器的入口管線上還安裝有入口檢測壓力傳感器以及安全閥；壓力加載設(shè)備通過巖心夾持器上的軸向壓力入口端給巖心夾持器施加軸壓以模擬地層壓力；巖心夾持器位于所述恒溫箱內(nèi)，以提供模擬的地層溫度。
[0006]在巖心夾持器內(nèi)巖心的四周固定應(yīng)變片，所述應(yīng)變片的信號輸出端經(jīng)由信號電纜穿出巖心夾持器的密封端以及恒溫箱后連接至采用多通道形式的應(yīng)變檢測儀的檢測信號輸入端。
[0007]巖心夾持器由玻璃管小堵頭、上堵頭、具有玻璃管的對射式光纖傳感器、上壓帽、錐度套、透氣板、膠皮套、筒體、下堵頭、中間壓帽、支撐環(huán)、支架、下壓帽、活塞以及小壓帽連接后構(gòu)成。對射式光纖傳感器的兩端穿出上壓帽，在玻璃管與玻璃管小堵頭間固定有四氟墊，在玻璃管外套有玻璃管護套，玻璃管位于巖心夾持器內(nèi)透氣板的上方；氣泡檢測儀內(nèi)有可與對射式光纖傳感器相配合的光纖接收器，以接收對射式光纖傳感器輸出的信號。
[0008]膠皮套的外壁與筒體的內(nèi)壁之間形成一個環(huán)形腔體，筒體上開有環(huán)壓加載口，所述環(huán)形腔體與環(huán)壓加載口相連通，環(huán)壓跟蹤泵的輸出端連接至環(huán)壓加載口，以實現(xiàn)對巖心夾持器內(nèi)部的巖心施加環(huán)壓，并實時壓力跟蹤。
[0009]巖心夾持器的出口端用管線連接到錐形瓶，錐形瓶用于盛放被驅(qū)替出的飽和介質(zhì)；電子天平位于錐形瓶的下方用于計量所述飽和介質(zhì)的重量；真空泵并聯(lián)于巖心夾持器的出口端，用于給管路中抽真空，以及用于巖心夾持器內(nèi)蓋層模型的抽空飽和。
[0010]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的若干個數(shù)據(jù)采集端分別連接至壓力傳感器的信號輸出端、所述入口檢測壓力傳感器的信號輸出端、所述恒溫箱的溫度數(shù)據(jù)輸出端、壓力加載設(shè)備的壓力數(shù)據(jù)輸出端、應(yīng)變檢測儀的檢測數(shù)據(jù)輸出端、電子天平以及氣泡檢測儀的檢測數(shù)據(jù)輸出端，以實現(xiàn)對本模擬實驗裝置中的壓力、溫度、應(yīng)變量、突破時間及突破壓力數(shù)據(jù)的采集。
[0011]本發(fā)明具有如下有益效果:首先，本發(fā)明采用應(yīng)變檢測技術(shù)；可通過地層覆壓壓力施載力的不同使蓋層發(fā)生線性彈性變形，研究地層覆壓與蓋層巖樣線性彈性變形的關(guān)系，從而研究蓋層應(yīng)力隨地層覆壓的變化特征；其次，采用先進的光纖傳感器技術(shù)，來檢測蓋層突破壓力，并可實時實現(xiàn)精確地記錄蓋層突破壓力，可在第一時間檢測到氣泡，并反饋到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；再次，采用環(huán)壓跟蹤泵可隨時跟蹤環(huán)壓壓力，只需設(shè)定額定壓力，該泵便可自動減增；此外，裝置中的壓力加載設(shè)備可以為采用大型壓力機的壓力加載泵，例如采用高壓柱塞泵，亦可自動跟蹤壓力；而且，本裝置配有真空泵以及液體注入泵，可直接在管路中將巖心樣品飽和，使實驗變得更快捷。具體實施時，可以采用三種不同的巖心夾持器，分別為Φ25、Φ100、Φ 200，用于從事不同蓋層的實驗。
[0012]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是是本發(fā)明中所述巖心夾持器的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0014]圖中1-氣瓶，2-空氣壓縮機，3-氣體增壓泵，4-壓力表，5-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，6_液體注入泵，7-調(diào)壓閥，8-氣體貯罐，9-安全閥，10-壓力傳感器，11-應(yīng)變檢測儀，12-巖心夾持器，13-環(huán)壓跟蹤泵，14-壓力加載設(shè)備，15-氣泡檢測儀，16-錐形瓶，17-電子天平，18-真空泵，19-玻璃管小堵頭，20-上堵頭，21-四氟墊，22-玻璃管護套，23-玻璃管，24-對射式光纖傳感器，25-上壓帽，26-錐度套，27-透氣板，28-膠皮套，29-筒體，30-環(huán)壓加載口，31-巖心，32-下堵頭，33-中間壓帽，34-支撐環(huán)，35-支架，36-下壓帽，37-活塞，38-小壓帽。
[0015]【具體實施方式】:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
由圖1所示，該種多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗裝置，由氣瓶1、空氣壓縮機2、氣體增壓泵3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5、液體注入泵6、調(diào)壓閥7、氣體貯罐8、應(yīng)變檢測儀11、巖心夾持器12、恒溫箱、環(huán)壓跟蹤泵13、壓力加載設(shè)備14、氣泡檢測儀15、錐形瓶16、電子天平17以及真空泵18通過管路連接后組成。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5為內(nèi)置有計算機程序的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5用于對模擬實驗裝置中的壓力、溫度、應(yīng)變量、突破時間及突破壓力數(shù)據(jù)進行采集。[0016]具體連接關(guān)系如下:所述氣瓶I的氣體出口與氣體增壓泵3的氣體入口之間通過管路連接；所述氣體增壓泵3的控制氣源入口與空氣壓縮機2的出口之間通過軟管連接，此夕卜，所述氣體增壓泵3出口與氣體貯罐8入口之間的連接管路上安裝有上壓力表4 ;所述氣體貯罐8上安裝有安全閥9、壓力傳感器10，氣體貯罐8出口的管路上安裝有調(diào)壓閥7 ;液體注入泵6的出口與氣體貯罐8出口的管路通過一個三通管并聯(lián)在管路上，并聯(lián)后的三通出口連接至巖心夾持器12的入口管線上，此外，在巖心夾持器12的入口管線上還安裝有入口檢測壓力傳感器以及安全閥；壓力加載設(shè)備14通過巖心夾持器12上的軸向壓力入口端給巖心夾持器施加軸壓以模擬地層壓力；巖心夾持器12位于所述恒溫箱內(nèi)，以提供模擬的地層溫度。
[0017]在巖心夾持器12內(nèi)巖心的四周固定應(yīng)變片，所述應(yīng)變片的信號輸出端經(jīng)由信號電纜穿出巖心夾持器12的密封端以及恒溫箱后連接至采用多通道形式的應(yīng)變檢測儀11的檢測信號輸入端。
[0018]巖心夾持器12的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，由玻璃管小堵頭19、上堵頭20、具有玻璃管23的對射式光纖傳感器24、上壓帽25、錐度套26、透氣板27、膠皮套28、筒體29、下堵頭32、中間壓帽33、支撐環(huán)34、支架35、下壓帽36、活塞37以及小壓帽38連接后構(gòu)成。對射式光纖傳感器24的兩端穿出上壓帽25，在玻璃管23與玻璃管小堵頭19之間固定有四氟墊21，在玻璃管23外套有玻璃管護套22，玻璃管23位于巖心夾持器12內(nèi)透氣板27的上方；氣泡檢測儀15內(nèi)有可與對射式光纖傳感器24相配合的光纖接收器，以接收對射式光纖傳感器24輸出的信號。
[0019]膠皮套28的外壁與筒體29的內(nèi)壁之間形成一個環(huán)形腔體，筒體29上開有環(huán)壓加載口 30，所述環(huán)形腔體與環(huán)壓加載口 30相連通，環(huán)壓跟蹤泵13的輸出端連接至環(huán)壓加載口30，以實現(xiàn)對巖心夾持器內(nèi)部的巖心施加環(huán)壓，并實時壓力跟蹤。
[0020]巖心夾持器12的出口端用管線連接到錐形瓶16，錐形瓶16用于盛放被驅(qū)替出的飽和介質(zhì)。電子天平17位于錐形瓶16的下方用于計量所述飽和介質(zhì)的重量；真空泵18并聯(lián)于巖心夾持器12的出口端，用于給管路中抽真空，以及用于巖心夾持器內(nèi)蓋層模型的抽空飽和。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5的若干個數(shù)據(jù)采集端分別連接至壓力傳感器10的信號輸出端、所述入口檢測壓力傳感器的信號輸出端、所述恒溫箱的溫度數(shù)據(jù)輸出端、壓力加載設(shè)備14的壓力數(shù)據(jù)輸出端、應(yīng)變檢測儀11的檢測數(shù)據(jù)輸出端、電子天平17以及氣泡檢測儀15的檢測數(shù)據(jù)輸出端，以實現(xiàn)對本模擬實驗裝置中的壓力、溫度、應(yīng)變量、突破時間及突破壓力數(shù)據(jù)的采集。
[0021]使用時，裝置可手動亦可自動控制，管路中可采用氣動閥，可通過軟件自動控制。利用本種多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗裝置，主要用來研究氣體突破巖樣，可模擬地層條件下，開展蓋層、溫度、壓力等單因素蓋層物理模擬實驗，進行氣體的突破巖樣的最大壓力試驗，研究蓋層不同條件下的封閉能力以及突破壓力對儲層的損害機理。具體實施時，巖心夾持器可拆卸部件均采用鈦合金材料制成，其具有重量輕，強度大等優(yōu)點；可相應(yīng)的減小整體的體積、重量。其夾持器規(guī)格有:Φ25Χ (50-100) mm、Φ 100X (100-200) mm、Φ 200 X(150-200) mm ;用于模擬不同蓋層的突破壓力、突破時間。應(yīng)用本裝置后，更換不同的巖心夾持器模型，即可實驗不同的巖石樣品的實驗(Φ25、Φ100、Φ200)，測得不同蓋層的突破壓力。亦可從事蓋層應(yīng)力敏感性評價實驗，即保持恒定圍壓，降低內(nèi)壓進行測試，研究蓋層應(yīng)力隨地層覆壓的變化特征。
【權(quán)利要求】
1.一種多周期交變應(yīng)力蓋層模擬實驗裝置，由氣瓶(I)、空氣壓縮機(2)、氣體增壓泵(3)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(5)、液體注入泵(6)、調(diào)壓閥(7)、氣體貯罐(8)、應(yīng)變檢測儀(11)、巖心夾持器(12)、恒溫箱、環(huán)壓跟蹤泵(13)、壓力加載設(shè)備(14)、氣泡檢測儀(15)、錐形瓶(16)、電子天平(17)以及真空泵(18)通過管路連接后組成；其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(5)為內(nèi)置有計算機程序的計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(5)用于對模擬實驗裝置中的壓力、溫度、應(yīng)變量、突破時間及突破壓力數(shù)據(jù)進行采集； 所述氣瓶(I)的氣體出口與氣體增壓泵(3)的氣體入口之間通過管路連接；所述氣體增壓泵(3)的控制氣源入口與空氣壓縮機(2)的出口之間通過軟管連接，此外，所述氣體增壓泵(3)出口與氣體貯罐(8)入口之間的連接管路上安裝有上壓力表(4);所述氣體貯罐(8)上安裝有安全閥(9)、壓力傳感器(10)，氣體貯罐(8)出口的管路上安裝有調(diào)壓閥(7)；液體注入泵(6)的出口與氣體貯罐(8)出口的管路通過一個三通管并聯(lián)在管路上，并聯(lián)后的三通出口連接至巖心夾持器(12)的入口管線上，此外，在巖心夾持器(12)的入口管線上還安裝有入口檢測壓力傳感器以及安全閥；壓力加載設(shè)備(14)通過巖心夾持器(12)上的軸向壓力入口端給巖心夾持器施加軸壓以模擬地層壓力；巖心夾持器(12)位于所述恒溫箱內(nèi)，以提供模擬的地層溫度； 在巖心夾持器(12)內(nèi)巖心的四周固定應(yīng)變片，所述應(yīng)變片的信號輸出端經(jīng)由信號電纜穿出巖心夾持器(12)的密封端以及恒溫箱后連接至采用多通道形式的應(yīng)變檢測儀(11)的檢測信號輸入端； 巖心夾持器(12 )由玻璃管小堵頭(19 )、上堵頭(20 )、具有玻璃管(23 )的對射式光纖傳感器(24)、上壓帽(25)、錐度套(26)、透氣板(27)、膠皮套(28)、筒體(29)、下堵頭(32)、中間壓帽(33)、支撐環(huán)(34)、支架(35)、下壓帽(36)、活塞(37)以及小壓帽(38)連接后構(gòu)成；對射式光纖傳感器(24)的兩端穿出上壓帽(25)，在玻璃管(23)與玻璃管小堵頭(19)之間固定有四氟墊(21)，在玻璃管(23)外套有玻璃管護套(22)，玻璃管(23)位于巖心夾持器(12)內(nèi)透氣板(27)的上方；氣泡檢測儀(15)內(nèi)有可與對射式光纖傳感器(24)相配合的光纖接收器，以接收對射式光纖傳感器(24)輸出的信號； 膠皮套(28)的外壁與筒體(29)的內(nèi)壁之間形成一個環(huán)形腔體，筒體(29)上開有環(huán)壓加載口(30)，所述環(huán)形腔體與環(huán)壓加載口(30)相連通，環(huán)壓跟蹤泵(13)的輸出端連接至環(huán)壓加載口(30)，以實現(xiàn)對巖心夾持器內(nèi)部的巖心施加環(huán)壓，并實時壓力跟蹤； 巖心夾持器(12)的出口端用管線連接到錐形瓶(16)，錐形瓶(16)用于盛放被驅(qū)替出的飽和介質(zhì)； 電子天平(17)位于錐形瓶(16)的下方用于計量所述飽和介質(zhì)的重量； 真空泵(18)并聯(lián)于巖心夾持器(12)的出口端，用于給管路中抽真空，以及用于巖心夾持器內(nèi)蓋層模型的抽空飽和； 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(5)的若干個數(shù)據(jù)采集端分別連接至壓力傳感器(10)的信號輸出端、所述入口檢測壓力傳感器的信號輸出端、所述恒溫箱的溫度數(shù)據(jù)輸出端、壓力加載設(shè)備(14)的壓力數(shù)據(jù)輸出端、應(yīng)變檢測儀(11)的檢測數(shù)據(jù)輸出端、電子天平(17)以及氣泡檢測儀(15)的檢測數(shù)據(jù)輸出端，以實現(xiàn)對本模擬實驗裝置中的壓力、溫度、應(yīng)變量、突破時間及突破壓力數(shù)據(jù)的采集。
【文檔編號】G01N3/10GK103487326SQ201310472459
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】李建中, 鄭得文, 丁國生, 鄭雅麗, 完顏祺琪, 趙艷杰, 孫春柳, 李清山, 韓冰潔, 張云峰, 李易霖 申請人:中國石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院廊坊分院, 東北石油大學(xué)