对致密砂岩压实作用进行物理模拟的实验装置制造方法
【专利摘要】一种对致密砂岩压实作用进行物理模拟的实验装置。主要目的在于提供一种实验装置，利用该装置能够较好的探究岩性、泥质含量及压实速率等条件对致密砂岩压实情况的影响。其特征在于：所述实验装置还包括至少4个压实缸、一个储压缸、动力气瓶、气体增压泵以及液氮瓶；其中，4个压实缸和储压缸均固定在载重钢板上，储压缸固定在载重钢板的中央，储压缸上装有储压缸压力表，压实缸分布于储压缸的四周，压实缸与储压缸之间通过第二液压传输管线相连通，在载重钢板上开槽，嵌入两条单向液压限流管道，连通至储压缸内；动力气瓶和液氮瓶的输出管路分别连接至气体增压泵的入口端，由气体增压泵输出的高压氮气通过第二液压传输管线输入到储压缸内。
【专利说明】对致密砂岩压实作用进行物理模拟的实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种应用于科研实验中的物理模拟实验装置，具体地说，是涉及一种可对致密砂岩储层压实过程进行物理模拟的实验装置。
【背景技术】
[0002]目前国内外专门对致密砂岩压实过程进行物理模拟的装置较为稀少，一般只是根据某一需要而组装成的小型压实装置。但是这些小型压实设备仅仅可以使预先配制好的砂或砂泥混合物在一定压力下成型，之后简单的对被压实后的型材进行切片分析，而不能满足科研与教学的需要。
【发明内容】
[0003]为了解决【背景技术】中所提到的技术问题，本实用新型提供一种对致密砂岩压实作用进行物理模拟的实验装置，该种实验装置能够较好的探究岩性、泥质含量及压实速率等条件对致密砂岩压实情况的影响。
[0004]本实用新型的技术方案是:该种对致密砂岩压实作用进行物理模拟的实验装置，包括一块作为底座的载重钢板，其独特之处在于:所述实验装置还包括至少4个压实缸、一个储压缸、动力气瓶、气体增压泵以及液氮瓶；其中，4个压实缸和储压缸均固定在载重钢板上，储压缸固定在载重钢板的中央，储压缸上装有储压缸压力表，以显示缸内压力，压实缸分布于储压缸的四周，所述每个压实缸上均设有压实缸压力表，并且与储压缸之间通过第二液压传输管线相连通，在液压传输管线上设有液压限流阀、和液压流速表；另外，在载重钢板上开槽，嵌入两条带有单流阀的单向液压限流管道，两条单向液压限流管道分别连通至储压缸内，作为液体输入管道和液体输出管道，在所述液体输入管道的入口端设置有液压传输管连接短接和加压开关，在所述液体输出管道的出口端设置有卸压开关和卸压输出管。
[0005]动力气瓶和液氮瓶的输出管路分别连接至气体增压泵的两个入口端，由气体增压泵输出的高压氮气通过第二液压传输管线经过液压传输管连接短接和加压开关输入到储压缸内。
[0006]压实缸由圆筒形的缸体、缸底、顶盖、压实钢板以及一对平衡弹簧组成；其中，所述缸体采用透明的有机玻璃板制成，缸底与所述缸体之间通过螺纹连接，所述缸体的顶端开有供顶盖扣合的槽，顶盖扣合在所述缸体上；一对平衡弹簧对称固定在顶盖的内侧，压实钢板固定在平衡弹簧的另一端；压实钢板与所述缸体的内壁相配合，两者之间的间隙内涂抹润滑油，以实现压实钢板上端的液体不发生向下的泄漏。
[0007]本实用新型具有如下有益效果:该种致密砂岩压实物理模拟实验装置具有压实缸、储压装置、压力疏导体系及相应的液压控制系统，含有多组压实缸，可以同时模拟不同压实过程，并且在优选方案中增加了红外线测速传感器和刻度尺，在缸体的下1/3处刻有用来标示孔隙度的网格，这样，压实模拟缸可同时模拟四种不同情况下的压实过程，便于进行对比观察，可以通过调整液压阀开度和控制液压加压速率来控制压实过程，并且整个压实过程可以通过刻度尺和网格直接观察孔隙度变化情况。利用本种实验装置能够较好的探究岩性、泥质含量及压实速率等条件对致密砂岩压实情况的影响，模拟程度高，能够反映地下压实作用对致密砂岩储层孔隙变化的影响，能够通过改变岩性、泥质含量、压实速率等条件，模拟致密砂岩压实过程。
[0008]【专利附图】
【附图说明】:
[0009]图1是本实用新型的整体结构示意图。
[0010]图2是本实用新型所述压实缸的结构示意图。
[0011]图3是本实用新型具体实施时，采用的作为发射管的红外对管的电路图。
[0012]图4是本实用新型具体实施时，采用的作为接收管的红外对管的电路图。
[0013]图5是本实用新型具体实施时，与一对红外对管相连接的单片机的电路图。
[0014]图中1-载重钢板，2-压实缸，3-储压缸，4-压实缸压力表，5-储压缸压力表，6-顶盖，7-红外线测速传感器，8-平衡弹簧，9-压实钢板，10-缸底，11-接线端，12-动力气瓶，13-气体增压泵，14-第二液压传输管线，15-液压传输管连接短接，16-加压开关，17-单向液压限流管道，18-液压传输管线，19-液压限流阀，20-液压流速表，21-卸压开关，22-卸压输出管，23-计算机，24-液氮瓶。
[0015]【具体实施方式】:
[0016]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0017]由图1所示，该种对致密砂岩压实作用进行物理模拟的实验装置，包括一块作为底座的载重钢板I，其独特之处在于:
[0018]所述实验装置还包括至少4个压实缸2、一个储压缸3、动力气瓶12、气体增压泵13以及液氮瓶24。其中，4个压实缸2和储压缸3均固定在载重钢板I上，储压缸3固定在载重钢板I的中央，储压缸上装有储压缸压力表5，以显示缸内压力，压实缸2分布于储压缸3的四周，所述每个压实缸上均设有压实缸压力表4，并且与储压缸3之间通过第二液压传输管线18相连通，在液压传输管线18上设有液压限流阀19和液压流速表20 ;另外，在载重钢板I上开槽，嵌入两条带有单流阀的单向液压限流管道17，两条单向液压限流管道17分别连通至储压缸3内，作为液体输入管道和液体输出管道,在所述液体输入管道的入口端设置有液压传输管连接短接15和加压开关16，在所述液体输出管道的出口端设置有卸压开关21和卸压输出管22。
[0019]动力气瓶12和液氮瓶24的输出管路分别连接至气体增压泵13的两个入口端，由气体增压泵13输出的高压氮气通过第二液压传输管线14经过液压传输管连接短接15和加压开关16输入到储压缸3内；
[0020]压实缸2由圆筒形的缸体、缸底10、顶盖6、压实钢板9以及一对平衡弹簧8组成；其中，所述缸体采用透明的有机玻璃板制成，缸底10与所述缸体之间通过螺纹连接，所述缸体的顶端开有供顶盖6扣合的槽，顶盖6扣合在所述缸体上；一对平衡弹簧8对称固定在顶盖6的内侧，压实钢板9固定在平衡弹簧8的另一端；压实钢板9与所述缸体的内壁相配合，两者之间的间隙内涂抹润滑油，以实现压实钢板9上端的液体不发生向下的泄漏。
[0021]另外，在以上方案基础上可以进一步优化，得到如下方案:
[0022]方案1:在压实缸2的缸体上标有刻度尺，在缸体的下1/3处刻有用来标示孔隙度的网格。同时，网格线可以采用两种颜色交替标记，方可便查孔隙度直径，视域网格化可以精确测量视域内各个矿物的直径、面积，从而使百分含量测算值更加可靠。
[0023]方案2:如图3、图4和图5所示，所述装置还包括由一对红外对管U1-4、U1_2组成的红外线测速传感器7，红外线测速传感器7固定在顶盖6的内侧，位于平衡弹簧8之间；一对红外对管U1-4和U1-2的信号线由位于顶盖6上的接线端11引出；为了与测速传感器配合，所述装置还包括一台计算机23，计算机23的主板上固定有单片机和比较器芯片LM324，一对红外对管U1-4和U1-2的输出电压信号接至比较器芯片LM324的输入端，与预先设置好的阈值信号进行比较，一对红外对管U1-4和U1-2的SENS0R1引脚和SENS0R2引脚分别与所述计算机主板上固定的单片机的P20引脚和P21引脚相连接。当压实缸的压实钢板在输入的液体压力作用下下行时，红外发射管发射出来的红外线遇到底部样品就会返回红外接收管，红外对管输出的电压信号数值会出现明显的变化，再将输出电压信号接至比较器芯片LM324与预先设置好的阈值信号进行比较，这样传感器处理电路的SENSORl/ SENS0R2就会输出一次低电平信号，由于传感器处理电路的SENSORl引脚/ SENS0R2引脚分别与感应端单片机控制器的P20/P21引脚相连，这样，单片机就能够测算出压实钢板下行的速度。从而利用本种实验装置能够较好的探究岩性、泥质含量及压实速率等条件对致密砂岩压实情况的影响。
[0024]下面给出本装置的使用过程:
[0025]第一步，装填所需砂体。实验模拟之前，依据实际地区岩石结构性质配比合适的砂体。配制均质砂体时要注意砂泥混合要均匀，配制非均质砂体时要注意装填顺序，装填之前将压实缸底盖锁死，从上向下装填，装填时也要保证压实缸内的实验砂体高度适当，应以与压实钢板刚刚接触最为得当，装填后将顶盖锁死。模拟压实缸内的砂或砂泥混合物，在液压系统作用下可使其体积变小，发生压实作用，随着压力的逐渐增大，砂体颗粒间的孔隙必然会发生变化，详细记录砂体的体积变化。改变砂泥比、砂体颗粒大小、压实速率、压实时间等条件，做不同组实验，可以得到不同的压实样品。
[0026]第二步，实验设备连接。将压实缸固定在载重钢板上，将压力系统连接妥当，即储压装置与压实缸通过液压传输管相连，增压泵与压力输入口相连，动力气瓶和氮气瓶连接至气体增压泵。
[0027]第三步，压力控制与实验操作。加压时首先打开加压开关，关闭液压限流阀和卸压开关，打开气体增压泵，至储压缸内压力大于压实缸所需最大压力后，关闭液压加压泵和加压开关。依据压实缸所需压力大小控制液压限流阀，直至该压实缸所需压实过程结束，关闭该压实缸连接的液压限流阀，记录红外测速传感器通过计算机显示的压实过程。所有压实缸内压实过程都完成后仍需静置一段时间。
[0028]卸压时打开卸压开关，应从压力较大的压实缸开始卸压，并且卸压过程中注意防止压力回升的现象，即压实缸内压力下降后，由于其他压实缸内压力连通导致的压力回升，直至所有缸内压力恢复至标准大气压。而后卸下液压传输管线，将压实缸取下，打开底盖，取出压实样品。
[0029]第四步，实验现象与数据采集分析。实验过程中的即时数据与实验现象需通过实验人员严格按照相关流程记录，包括每一个实验现象所对应的时间以及各类数据的采集。
【权利要求】
1.一种对致密砂岩压实作用进行物理模拟的实验装置，包括一块作为底座的载重钢板(1)，其特征在于: 所述实验装置还包括至少4个压实缸(2)、一个储压缸(3)、动力气瓶(12)、气体增压泵(13)以及液氮瓶(24);其中，4个压实缸(2)和储压缸(3)均固定在载重钢板(I)上，储压缸(3)固定在载重钢板(I)的中央，储压缸上装有储压缸压力表(5)，以显示缸内压力，压实缸(2)分布于储压缸(3)的四周，所述每个压实缸上均设有压实缸压力表(4)，并且与储压缸(3)之间通过第二液压传输管线(18)相连通，在液压传输管线(18)上设有液压限流阀(19)、和液压流速表(20);另外，在载重钢板(I)上开槽，嵌入两条带有单流阀的单向液压限流管道(17)，两条单向液压限流管道(17)分别连通至储压缸(3)内，作为液体输入管道和液体输出管道，在所述液体输入管道的入口端设置有液压传输管连接短接(15)和加压开关(16)，在所述液体输出管道的出口端设置有卸压开关(21)和卸压输出管(22)； 动力气瓶(12)和液氮瓶(24)的输出管路分别连接至气体增压泵(13)的两个入口端，由气体增压泵(13)输出的高压氮气通过第二液压传输管线(14)经过液压传输管连接短接(15)和加压开关(16)输入到储压缸(3)内； 压实缸(2)由圆筒形的缸体、缸底(10)、顶盖(6)、压实钢板(9)以及一对平衡弹簧(8)组成；其中，所述缸体采用透明的有机玻璃板制成，缸底(10)与所述缸体之间通过螺纹连接，所述缸体的顶端开有供顶盖(6)扣合的槽，顶盖(6)扣合在所述缸体上；一对平衡弹簧(8)对称固定在顶盖(6)的内侧，压实钢板(9)固定在平衡弹簧(8)的另一端；压实钢板(9)与所述缸体的内壁相配合，两者之间的间隙内涂抹润滑油，以实现压实钢板(9)上端的液体不发生向下的泄漏。
2.根据权利要求1所述的对致密砂岩压实作用进行物理模拟的实验装置，其特征在于:压实缸(2)的缸体上标有刻度尺，在缸体的下1/3处刻有用来标示孔隙度的网格。
3.根据权利要求2所述的对致密砂岩压实作用进行物理模拟的实验装置，其特征在于: 所述装置还包括由一对红外对管(Ul-4，U1-2)组成的红外线测速传感器(7)，红外线测速传感器(7)固定在顶盖(6)的内侧，位于平衡弹簧(8)之间；一对红外对管(Ul-4，Ul-2)的信号线由位于顶盖(6)上的接线端(11)引出； 所述装置还包括一台计算机(23)，计算机(23)的主板上固定有单片机和比较器芯片LM324，一对红外对管(Ul-4，U1-2)的输出电压信号接至比较器芯片LM324的输入端，与预先设置好的阈值信号进行比较，一对红外对管(Ul-4，U1-2)的SENSOR1引脚和SENSOR2弓丨脚分别与所述计算机主板上固定的单片机的P20引脚和P21引脚相连接。
【文档编号】G09B23/40GK204066562SQ201420561601
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】闫明, 李易霖, 李宇强, 李昕, 杨雪, 沈舒晓 申请人:东北石油大学