一种抽真空加压饱和装置的制作方法

本发明涉及地质测定领域，特别涉及一种抽真空加压饱和装置。

背景技术：

目前，现有的岩心抽真空加压饱和装置仅由盐水罐、抽真空岩心饱和室、真空泵、手动打压泵以及管线阀门组成。使用时，不对饱和室干燥也不考虑空气中氧气、氮气在岩样的吸附问题，往往会导致岩心中的孔隙不能完全被盐水充满。随着岩心的物性变差，尤其对低孔低渗致密岩心很难达到理想的饱和效果。

因此，针对上述现象，在专利CN202305292U中提到一种岩心抽真空加压饱和装置，包括饱和室、真空泵、盐水罐、增压泵和二氧化碳气瓶，饱和室上设有温控装置，饱和室一侧的管线上设有阀门，饱和室通过管线连通增压泵，饱和室与增压泵之间的管线上设有阀门，增压泵通过管线连通盐水罐，增压泵与盐水罐之间的管线上设有阀门，饱和室的阀门下端通过管线连通盐水罐，盐水罐通过管线连通真空泵，盐水罐与真空泵之间的管线上设有两个阀门，饱和室通过管线连通二氧化碳气瓶，饱和室与二氧化碳气瓶之间的管线上设有阀门，二氧化碳气瓶上还设有气源阀，饱和室与二氧化碳气瓶之间阀门的下端通过管线连通盐水罐与真空泵之间的两个阀门的中间位置。本发明极大地提高了岩心抽真空加压饱和效果。

但是，上述岩心抽真空加压饱和装置仍存在着一定的缺陷：在测定的过程中，在系统驱替过程中，随着驱替流体的注入，岩心进口压力不断升高，从而导致夹持器的净围压不稳定，影响测定结果；另外，当容器内液体驱替完时，需要人工对容器进行加液，非常的麻烦，自动化程度不高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种抽真空加压饱和装置，能够保证夹持器净围压的恒定，保证测定结果的准确，同时实现自动加液。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种抽真空加压饱和装置，该装置用于对夹持器内的岩心样品进行测定，其创新点在于：包括

一机架，在机架上依次设置有恒温单元、环压单元、加压单元及数据采集单元，在机架靠近恒温单元一端的侧端设置有一自动称重单元，在机架靠近数据采集单元一端的侧端还设置有一抽真空单元，在机架的旁侧还设置有一对夹持器供液的储液单元。

进一步的，所述抽真空单元包括一安装在机架侧端的真空泵，该真空泵可由安装在真空泵侧端的电机驱动进行工作，所述真空泵的一端与真空容器相连，真空容器的另一端接入夹持器。

进一步的，所述储液单元包括并列分布的一水罐、一油罐，在水罐与油罐的出液口处分别设置有一独立的补液泵，所述水罐的出液口通过两根管路分别与夹持器、活塞容器相连，所述油罐的出液口通过两根管路分别与夹持器、中间容器相连，且活塞容器与中间容器的另一端均通过管路接入暂存罐，所述活塞容器、中间容器及暂存罐内的液体通过恒速恒压泵驱动进行流通，还包括一与夹持器相连的废液瓶。

进一步的，所述环压单元包括一环压跟踪泵，所述环压跟踪泵包括两个并列安装在机架上的围压泵，所述围压泵包括一上、下设置的上缸体、下缸体，上缸体与下缸体之间通过一齿轮箱连接，该齿轮箱通过螺栓安装在机架上，所述齿轮箱内具有一对相互配合的涡轮、蜗杆，同时在齿轮箱的一端连接有一驱动蜗杆转动的驱动电机，在涡轮中心安装有一延伸至上、下缸体的丝杆，在丝杆的外端套装有与之配合的丝杆帽，该丝杆帽安装在齿轮箱内并位于涡轮的上端，所述丝杆的上端与上缸体之间还设置有密封圈，所述环压跟踪泵接入夹持器。

进一步的，所述加压单元包括一与夹持器相连的加压泵。

进一步的，所述恒温单元包括一安装在机架上端的恒温箱，所述夹持器放置于恒温箱内，同时在恒温箱内具有一容夹持器放置的支撑座。

进一步的，所述自动称重单元包括一设置在机架旁侧的电子天平，该电子天平放置于天平支架上。

进一步的，所述夹持器包括一岩心室，在岩心室内具有一由上阶部和下阶部形成的围压腔，围压腔内放置样品管，其中，岩心室底端的下阶部有螺纹，与固定堵头的螺纹相配合，岩心室顶端的上阶部有螺纹，与顶端密封盖和可调堵头相互配合，所述样品管的外壁有螺旋槽，与岩心室的内壁贴合后，在围压腔内有形成用于驱替流体通过的螺旋通道，所述固定堵头的内部有用于驱替流体流通的驱替流体通道和用于围压流体通过的围压流体通道，其中，驱替流体通道的一端是驱替压力进出口，另一端在样品管内，围压流体通道的一端是围压进出口，另一端在围压腔内，顶端密封盖中心环空，通过外侧螺纹与岩心室紧密连接，卡在上阶部的突起处，通过中心环空处的内侧螺纹与可调堵头紧密连接，将岩心室顶端密封，可调堵头穿过顶端密封盖中心环空，通过螺纹与顶端密封盖的内侧螺纹紧密结合，在可调堵头的内部有用于驱替流体流通的驱替流体通道和用于围压流体通过的围压流体通道，其中，驱替流体通道的一端是驱替压力进出口，另一端在样品管内，围压流体通道的一端是围压进出口，另一端在围压腔内，所述可调堵头可由安装在岩心室上端的上压紧缸驱动进行上下调节，在岩心室的外端还套装有一胶皮筒，且胶皮筒与岩心室之间留有间隙。

进一步的，所述数据处理单元包括一安装在机架上端的电脑，所述电脑内安装有采集卡及数据处理软件，还包括一与电脑相连的打印机。

本发明的优点在于：在本发明中，通过环压单元的设置，可对夹持器内的压力进行跟踪并调节，从而确保净围压恒定，保证测定结果的准确性，同时通过储液单元的设置，可实现容器的自动加液；另外通过恒温单元、环压单元、加压单元、数据采集单元、自动称重单元、抽真空单元、储液单元之间的连接，可对夹持器内的岩心进行自动测定，自动化程度高。

通过抽真空单元的设置，采用真空泵与真空容器之间的配合，对整个测定仪进行抽真空处理，同时抽出的气体通过真空容器收集可进行再利用，避免浪费。

对于储液单元的设计，当容器内液体驱替完时，可对容器内进行自动加液，减少人工劳动，实现自动化，利用水罐与油罐对夹持器进行加液，同时利用活塞容器、中间容器及暂存罐三者之间的配合，保证液体顺利的流动以及压力的稳定。

在本发明中，对于环压单元的设置，可使驱替流体通过岩心，阻止驱替流体沿壁的渗流，跟踪岩心进口压力，保持净围压恒定，能够连续无脉冲循环，能恒速、恒压工作，计量准确、精度高，具有抽吸、排液、预增压功能，压力保护及位置上下限保护，泵腔容积小，静置时间短。

通过加压单元的设置，可对岩心和液体施加一定的外压，让液体完全充满岩心孔隙，使得岩心饱和的更加充分，保证测定结果的准确性。

对于恒温单元的设计，通过将夹持器放置在恒温箱内，从而在测定时保证夹持器内的温度，确保测定结果的准确。

在本发明中，通过自动称重单元的设计，可对夹持器进行自动称重，避免因人工称重而导致最后测定结果的不准确。

通过对夹持器的结构进行改进，避免了以往高压状态下岩心夹持器的温度变化对核磁共振探头线圈产生严重干扰的瓶颈，巧妙利用保温隔热结构，对岩心夹持器本身热量传导进行有效阻隔，从而防止温度变化对探头线圈甚至整个磁体产生的干扰，更加适用于基于永磁体的低场核磁共振成像分析系统。

对于数据处理单元的设计，结合其它参数由数据处理软件进行数据的处理，计算岩心的渗透率，分析数字准确可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的抽真空加压饱和装置的示意图。

图2为本发明中夹持器的示意图。

图3为本发明中环压跟踪泵的示意图。

图4为本发明的抽真空加压饱和装置的工作流程图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图4所示的一种抽真空加压饱和装置，该装置用于对夹持器51内的岩心样品进行测定，包括一机架21，在机架21上依次设置有恒温单元、环压单元、加压单元及数据采集单元，在机架21靠近恒温单元一端的侧端设置有一自动称重单元，在机架21靠近数据采集单元一端的侧端还设置有一抽真空单元，在机架21的旁侧还设置有一对夹持器51供液的储液单元。

如图2所示的示意图可知，夹持器51包括一岩心室23，在岩心室23内安装有样品管7、固定堵头14、可调堵头3、保温套管8、顶端密封盖4，在岩心室23内具有一由上阶部15和下阶部16形成的围压腔10，在围压腔10内放置样品管7，其中，岩心室23的底端的下阶部16有螺纹，并与固定堵头14的螺纹相配合，并使用o型密封圈503将岩心室23底端密封，在实验中岩心室23的底端一直保持密封状态，岩心室23的耐压能达到22Mpa。

样品管7由全氟橡胶或全氟塑料制成，用于放置实验样品13，置于岩心室23的围压腔10内，样品管7的外壁有螺旋槽，与岩心室23的内壁贴合后，在围压腔10内有形成用于驱替流体通过的螺旋通道，所述螺旋通道用于在围压腔10内注入围压流体后，围压流体可以盘旋通过围压腔10，从而可以更加充分有效的对放置在样品管7内的实验样品进行加热或者冷却操作。所述样品管7可以容纳之间为25mm，长度为60mm尺寸的岩心、煤样或者天然沉积层样品进行核磁共振系统成像检测。

固定堵头14由工程塑料制成，通过螺纹与岩心室23底端的下阶部16的螺纹紧密连接，将岩心室23的底部密封；固定堵头14内部有用于驱替流体流通的驱替流体通道和用于围压流体通过的围压流体通道；其中，驱替流体通道的一端是驱替压力进出口102，另一端在样品管内；围压流体通道的一端是围压进出口202，另一端在围压腔内；其中，在本发明的一种实施例中，所述驱替压力进出口102位于固定堵头14顶面的正中心，所述围压进出口202围压固定堵头14的侧面，所述驱替流体通道、围压流体通道互不干扰。

顶端密封盖4中心环空，通过外侧螺纹与岩心室23紧密连接，卡在上阶部15的突起处，并使用o型密封圈501进行密封。可调堵头3，穿过顶端密封盖4的中心环空，在顶端密封盖4固定的情况下，可调堵头3能在顶端密封盖4的中心环空处滑动，调整可调堵头进入样品管7的深度，在本发明的一种实施例中所述可调堵头的调整范围在2cm～6cm。如果在实验样品13体积比较小的时候，超出了可调堵头3的调整范围，则在固定堵头和可调堵头的端面上放置相应厚度的堵头垫片11，所述堵头垫片11中心有与驱替流体通道重合的中心通道，堵头垫片11的两个端面上都有与所述中心通道相通的环形刻槽。在保证密封效果的前提下，保证固定堵头14或可调堵头3的端面与岩心样品的密切接触，从而定位样品，有利于围压的施加。

可调堵头3通过螺纹与顶端密封盖4的内侧螺纹紧密结合，使筒体顶部密封；内部有用于驱替流体流通的驱替流体通道和用于围压流体通过的围压流体通道；驱替流体通道的一端是驱替压力进出口101，另一端在样品管内；围压流体通道的一端是围压进出口201，另一端在围压腔10内；其中，在本发明的一种实施例中，所述驱替压力进出口101位于可调堵头3顶面的正中心，所述围压进出口201位于可调堵头3的侧面，所述驱替流体通道、围压流体通道互不干扰，可调堵头3可由安装在岩心室23上端的上压紧缸24驱动进行上下调节。

在岩心室23的外端还套装有一胶皮筒8，且胶皮筒8与岩心室23之间留有间隙，在岩心室3的下端还设置有一下顶缸25，同时在岩心室的下端还设置有一一对应的质量流量计39。通过对岩心室的结构进行设计，避免了以往高压状态下岩心夹持器的温度变化对核磁共振探头线圈产生严重干扰的瓶颈，巧妙利用保温隔热结构，对岩心夹持器本身热量传导进行有效阻隔，从而防止温度变化对探头线圈甚至整个磁体产生的干扰，更加适用于基于永磁体的低场核磁共振成像分析系统。

抽真空单元包括一安装在机架侧端的真空泵43，该真空泵43可由安装在真空泵43侧端的电机44驱动进行工作，真空泵43的一端与真空容器45相连，真空容器45的另一端接入夹持器。通过抽真空单元的设置，采用真空泵43与真空容器45之间的配合，对整个测定仪进行抽真空处理，同时抽出的气体通过真空容器45收集可进行再利用，避免浪费。

储液单元包括并列分布的一水罐46、一油罐47，在水罐46与油罐47的出液口处分别设置有一独立的补液泵48，水罐46的出液口通过两根管路分别与夹持器、活塞容器49相连，且水罐46与夹持器连接的管路的侧端安装有快速接头50，油罐47的出液口通过两根管路分别与夹持器、中间容器52相连，且油罐47与夹持器连接的管路的侧端也安装有快速接头50，通过快速接头50的设置，可实现水路与油路之间的快速切换，活塞容器49与中间容器52的另一端均通过管路接入暂存罐53，活塞容器49、中间容器52及暂存罐53内的液体通过恒速恒压泵54驱动进行流通，还包括一与夹持器51相连的废液瓶55。对于储液单元的设计，当容器内液体驱替完时，可对容器内进行自动加液，减少人工劳动，实现自动化，利用水罐46与油罐46对夹持器51进行加液，同时利用活塞容器49、中间容器52及暂存罐53三者之间的配合，保证液体顺利的流动以及压力的稳定。

如图3所示的示意图可知，环压单元包括一环压跟踪泵56，环压跟踪泵56包括两个并列安装在机架上的围压泵，围压泵包括一上、下设置的上缸体30、下缸体31，上缸体30与下缸体31之间通过一齿轮箱32连接，该齿轮箱32通过螺栓安装在机架1上，在齿轮箱32内具有一对相互配合的涡轮33、蜗杆34，同时在齿轮箱32的一端连接有一驱动蜗杆34转动的驱动电机35，在涡轮33中心安装有一延伸至上缸体30、下缸体31的丝杆36，在丝杆36的外端套装有与之配合的丝杆帽37，该丝杆帽37安装在齿轮箱32内并位于涡轮33的上端，在丝杆36的上端与上缸体30之间还设置有密封圈37，在上缸体30的上端还设置有一气室27，在气室27上具有数个与岩心室23相连通的气口28。

该环压泵的工作原理为：环压压力－内压<设定差值-回差值时，单片机自动测量、判别，并发出进泵指令，进泵继电器动作，电机带动泵进泵，当压力升到设定差值时自动停泵；环压压力－内压>设定差值＋回差值时，单片机自动测量、判别，并发出退泵指令，退泵继电器动作，电机带动泵进泵，当压力降到设定差值时自动停泵，从而实现环压自动跟踪。

加压单元包括一与夹持器51相连的加压泵。通过加压单元的设置，可对岩心和液体施加一定的外压，让液体完全充满岩心孔隙，使得岩心饱和的更加充分，保证测定结果的准确性。

恒温单元包括一安装在机架21上端的恒温箱24，夹持器51放置于恒温箱24内，同时在恒温箱24内具有一容夹持器51放置的支撑座22。对于恒温单元的设计，通过将夹持器51放置在恒温箱24内，从而在测定时保证夹持器51内的温度，确保测定结果的准确。

自动称重单元包括一设置在机架旁侧的电子天平58，该电子天平58放置于天平支架57上。通过自动称重单元的设计，可对夹持器进行自动称重，避免因人工称重而导致最后测定结果的不准确。

数据处理单元包括一安装在机架1上端的电脑40，该电脑40安装电脑安装支架41，电脑安装支架41固定在机架1的上端，在电脑40内安装有采集卡及数据处理软件，还包括一与电脑40相连的打印机。对数据处理单元的设计，结合其它参数由数据处理软件进行数据的处理，计算岩心的渗透率，分析数字准确可靠。

工作原理：在对岩心样品13进行测定时，首先通过电子天平58秤出岩心样品13的重量，将待检测的岩心样品13放入岩心室23内的样品管7内，并且根据岩心样品13的长短调节可调堵头3，使岩心塞顶紧岩心，并加环压密封，在进行测定前，首先电机44工作，打开真空泵43，对整个测定仪进行抽真空处理，同时抽出的气体通过真空容器45存储，然后，在该真空状态下，利用水罐46或油罐47相夹持器51内加满液体，让岩心样品13充分浸泡吸收，充满岩心样品13内的所有孔隙，同时，为了使液体被岩心样品充分吸收，在浸泡过程中，可利用加压泵对岩心样品和液体施加一定的外压，让液体完全充满岩心孔隙，其外压可根据岩心样品13的疏松和致密程度而定，在经测试结束后后放空环压，再通过调节可调堵头3放松柱塞取出岩心样品13，并将该岩心样品13放在电子天平58上，秤出该岩心样品13的重量，从而计算出岩心样品13的饱和量。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。