一种制作人工岩石模型的热压模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种制作人工岩石模型的热压模具，属于油气勘探和开发的地球物理研究技术领域。
【背景技术】
[0002]目前石油、矿产、地质研究实验需要大量岩石样品，但露头样品大多风化严重，加工较为困难;岩心样品数量少，获取难度更大;部分天然样品非均质性较强，测试数据难以用于理论研究;影响天然样品性质的因素较多，难以进行针对性的研究。由于人工岩石模型的孔隙度、渗透率可以控制，因此常用人工岩石模型替代天然样品进行各种实验。
[0003]目前人工岩石模型通常通过成型模具和压力机进行压制，具体方式如下:首先将含有胶结剂的人工岩石颗粒灌入模具中铺展平整，再将硬质板如厚钢板压头放置于其表面，通过压力机对压头加压，使人工岩石颗粒压缩并固结成型。
[0004]具体举例来说，对于页岩而言，国内外对人工页岩的研究非常少，虽然后来出现采用常温条件下压结(冷压法)的工艺，将以高岭土作为粘土组分的混合物料压实成块，该工艺与天然页岩实际的成岩环境和成岩机理有着较大的出入，其中一个很大的问题在于:冷压法不可能考虑到干酪根在成岩过程中所温度的变化。而考虑到干酪根对页岩的岩性及物性都具有显著的影响并且对油气的生成也有最直接关联和至关重要的作用，忽视这一问题必将导致物理模型存在天然的缺陷，从而影响后续的分析及应用。
[0005]此外，现有技术中的制作人工岩石模型的模具通常是使用普通碳钢制造而成，这主要是因为普通碳钢脆性小，具有一定的塑性，能够承受压制过程中的极大压力，不易发生崩裂。然而，在实际制作人工岩石模型的过程中发现这种材质的模具磨损很严重，这导致模具使用周期短，所得到的人工岩石模型表面粗糙，均一性差等。究其原因，很有可能是用于制作人工岩石模型的石英材料的莫氏硬度(Mohs’scale of hardness)大于用于制作人工岩石模型的模具的普通碳钢的莫氏硬度。
【实用新型内容】
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种制作人工岩石模型的热压模具。该模具不仅具有较好的抗磨损性能及承压性能，还特别适用于制作含干酪根的页岩物理模型等需热压成型的人工岩石模型。
[0007]为实现上述目的，本实用新型提供了一种制作人工岩石模型的热压模具，该热压模具至少包括模具本体以及模具压头;其中，
[0008]所述模具本体具有用于制作人工岩石模型的空腔，空腔的底部设置有底座，空腔及底座的四周具有耐磨层，耐磨层的外侧表面具有承压层，承压层的上表面、下表面及外侧表面具有绝热层，底座与耐磨层之间紧密接触，耐磨层与承压层之间紧密接触，承压层与绝热层之间紧密接触，并且在承压层中设置有热电偶以及若干加热器；
[0009]所述模具压头的前端面为与模具本体的空腔横截面形状一致的平面。可以理解，模具压头通常为与空腔腔体相匹配的柱体形状。
[0010]在上述的制作人工岩石模型的热压模具中，优选地，空腔的横截面为矩形、圆形、椭圆形、三角形或平行四边形，本领域技术人员可根据所想压制的人工岩石模型样品的具体形状可将空腔设置成相应的形状。通常，空腔的横截面积为25?400cm2，空腔的深度为7?40cm。根据本实用新型的一具体实施方案，本实用新型的制作人工岩石模型的热压模具中，所述空腔的横截面为(5?20)cmX (5?20)cm的矩形。其中，若是空腔的横截面为带有夹角的形状例如三角形或者平行四边形等，可能夹角处在加压过程中会引起受力不均，影响最终模型效果，但此时只需在模型成型后，按照需要的形状进行切割即可。可以理解，空腔的深度要大于所要制作的人工岩石模型的高度，以便于将人工岩石模型压实。优选地，空腔的深度通常是按照人工岩石模型的长、宽或高度的1.5?2倍的比例设计。
[0011]在上述的制作人工岩石模型的热压模具中，优选地，所述耐磨层为一体成型的淬火钢耐磨层或一体成型的硬化钢耐磨层或由多块淬火钢板和/或硬化钢板围成的耐磨层，所述承压层为一体成型的碳钢承压层(更优选为一体成型的45#普通钢承压层)，所述绝热层为玻璃纤维绝热层、石棉绝热层、岩棉绝热层或硅酸盐绝热层等，所述模具压头为淬火钢模具压头，所述底座为淬火钢底座。关于耐磨层，淬火钢板和/或硬化钢板的数量可由本领域技术人员根据空腔的具体形状进行设计，例如，当空腔横截面为矩形时，可以采用四块淬火钢板和/或硬化钢板围成的耐磨层；当空腔横截面为圆形时，可以采用两块半圆淬火钢板和/或硬化钢板围成的耐磨层进行拼接即可。关于绝热层，也可以采用多块玻璃纤维板、多块石棉板、多块岩棉板或多块硅酸盐板拼接而成，只要紧密包裹承压层的上表面、下表面及外侧表面即可。采用绝热层包裹承压层时，应至少使包裹后的模具本体的底面在同一水平面上，也就是说，可以至少使耐磨层的外侧表面的下部紧密接触绝热层。
[0012]在上述的制作人工岩石模型的热压模具中，优选地，所述耐磨层的厚度为1.5?5.5cm，所述承压层的厚度为6?16cm，所述绝热层的厚度为2?4cm，所述底座的厚度为2?4cm ο
[0013]在上述的制作人工岩石模型的热压模具中，优选地，所述加热器的数量为6?10个。这些加热器可以在承压层中均匀布置。
[0014]在上述的制作人工岩石模型的热压模具中，优选地，所述模具压头的侧壁面设有多条贯通上下的导气凹槽。更优选地，所述导气凹槽的深度为0.3?1mm。通常柱体形状的模具压头可无缝嵌入到模具本体的空腔中，模具压头侧面与模具本体的空腔内壁(即耐磨层)的贴合度高，加压过程中，压头下压，排出腔体内空气，在腔体内部产生负压，很难将压头再次取出，因此，在压头的侧壁面设置导气凹槽，导气凹槽的设置可以在不影响样品压结成型的前提下，使腔体内外压力平衡，便于粉末或颗粒材料的填装及加压制作。
[0015]在上述的制作人工岩石模型的热压模具中，优选地，所述承压层的上表面、下表面及外侧表面与所述绝热层之间通过螺丝固定连接。螺丝的数量可以由本领域技术人员进行常规选择。
[0016]根据本实用新型的【具体实施方式】，优选地，上述的制作人工岩石模型的热压模具还包括若干脱模固定板(也可以称为把手)，它们对称设置于所述绝热层的外侧表面。脱模固定板可以通过常规方式连接于绝热层的外侧表面，其主要起到在脱模的过程中抬升所述模具本体的作用。
[0017]在上述的制作人工岩石模型的热压模具中，优选地，所述绝热层的底部设置有支撑脚。支撑脚的数量可以由本领域技术人员进行常规选择，其作用是用于支持所述模具本体，并使其稳定地放置于压力机的工作台面上。
[0018]根据本实用新型的【具体实施方式】，优选地，上述的制作人工岩石模型的热压模具还包括基板，所述基板设置于所述模具本体的底部，并且与所述底座、耐磨层和绝热层紧密接触。所述基板可以为淬火钢基板，其厚度可以为I?4cm。可以通过螺丝固定连接基板与绝热层。此外，更优选地，所述基板的底部设置有支撑脚。
[0019]本实用新型中所述的淬火钢、硬化钢、碳钢(包括45#普通钢)均为现有技术的钢材。本实用新型中所述的玻璃纤维、石棉、岩棉及硅酸盐均为现有技术的绝热材料。
[0020]本实用新型提供的制作人工岩石模型的热压模具可以置于压力机中使用，其中的热电偶及加热器可以连接于温度调节仪，以便于对模具进行升温和控温;压头可以连接压力机的压力缸，并可以采用压力控制器对加压的压力进行调控。
[0021]本实用新型提供的制作人工岩石模型的热压模具尤其适用于制作含干酪根的页岩物理模型等需热压成型的人工岩石模型，为了提高人工岩石模型的均质性，可利用本实用新型的制作人工岩石模型的热压模具按照如下操作制作人工岩石模型:
[0022]在人工岩石模型制作过程中采用分层填装加压的方式，例如:将混合物料逐层铺放入模具本体的空腔中，并在每铺放一层混合物料后(铺放一层混合物料的厚度如约为I?5cm)，放入压头，进行预压实(例如可以将模具放在压力机上，通过压头加载至目标压力并保持压力水平一定时间；或者也可以敲击压头顶面若干下，例如可以使用橡胶锤猛力敲击200?300下)，得到装有混合物料的模具;将所述装有混合物料的模具放在压力机上，常温条件下，通过压头加载至目标压力(该压力应比之前的预压实压力大)，并保持压力水平一定时间进行最终预压实处理，然后对模具进行加热，待模具内混合物料受热均匀后，将压力调节到更大并保持恒定，在此恒定的温度和压力条件下保温保压一段时间，待保温保压时间到达设定值，卸去压力并停止保热后，将模具温度调至较低温度，并保温一段时间后再进行脱模，得到人工岩石模型。此外，在使用本实用新型的热压模具时，应先清洗并组装该热压模具，并在模具的空腔内壁、底座和压头下底面涂抹凡士林或者硅油。在脱模的过程中，可以利用钢绳连接脱模固定板进而将模具本体抬升起来，同时在绝热层的下方加入垫块，垫块高度可以大于所压制的人工岩石模型的高度，然后继续在压头上方缓慢加压，即可将人工岩石模型取出。
[0023]本实用新型的有益技术效果主要包括:
[0024]本实用新型的制作人工岩石模型的热压模具，淬火钢和硬化钢的硬度与制作人工岩石模型