专利名称：一种石油岩样分析离心机的制作方法
技术领域：
本发明属于石油岩样分析技术领域，涉及一种石油岩样分析离心机，特别涉及一种带频闪装置和三棱镜的石油岩样分析离心机。
背景技术：
石油资源在国计民生中占有极其重要的位置，是社会发展和人类生存不可缺少的资源。随着工业的迅速发展、人口的增长和人民生活水平的提高，能源短缺已成为世界性问题，能源安全受到越来越多国家的重视。目前，在油田勘探和开发中，提别是在油田的二次采油和三次采油时，必须要对取样的岩样进行分析才能提供理论依据，而在岩样分析中，最重要的岩样分析项目之一就是测量岩样的毛管压力数据。当互不相溶的两相流体在岩石孔隙内互相接触时，流体之间分界面上两侧流体的压力是不相等的，其压力差就定义为毛管压力。测定岩样毛管压力曲线所依靠的方法主要是:压汞法、隔板法、离心机法。其中离心测量方法:将一圆柱状的小岩样洗净烘干后，抽真空使岩样饱和盐水，称重确定其饱和盐水的重量，然后把饱和盐水后的岩样置于特制的离心机盒内(岩样盒)，岩样浸入油相中。岩样盒在离心力的作用下，岩样中的水被油驱替出来，等量(等体积)的油进入岩样中，按转速从低到高，测量并记录各个转速下的岩样排出的水量。当再提高离心机的转速时，岩样排出的水量基本上不变为止，实验测量结果可以获得一系列的离心机转速及其对应的岩样排出的水量，按此就可以测量出岩样的毛管压力曲线。岩样的离心试验采用的最佳形式是离心机，现有的大部分离心机在做岩石毛管压力曲线的测定时必须每隔一段时间，停止离心机后，再观测从岩样排出的流体容量。这种做法不仅效率较低，而且误差较大。已有的带频闪装置的石油离心机体积较大，操作也不方便。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种带频闪装置和三棱镜的石油岩样分析离心机。该石油岩样分析离心机的高度相对较小，使操作更加便利，而且可以实现连续监测从岩样排出的流体容量，测出岩样的毛管压力曲线。为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下。一种石油岩样分析离心机，包括旋转支承系统、真空保护系统、光路系统、计算机自动测控系统和计算机自动计量系统。所述旋转支承系统包括离心机转子、柔性轴、变速箱和变频电机，所述离心机转子包括转头和若干个安装在离心转子上的离心杯，所述柔性轴的两端分别与所述转头和所述变速箱的齿轴孔相连接，所述变频电机产生的动力一次通过所述变速箱和所述柔性轴传递到所述转头；所述真空保护系统包括离心腔和与离心腔相连的真空泵，所述离心机转子设置于所述离心腔内，所述离心腔密封，且底部和顶部分别设置有底部透光区和顶部透光区；所述光路系统包括安装在底部透光区下方的频闪灯、安装在顶部透光区上方的三棱镜和与三棱镜配合设置的摄像装置；所述计算机自动测控系统与所述摄像装置连接。进一步地，所述计算机自动控制系统包括与摄像装置连接的DSP和实现操控的上位机(计算机或电脑)。进一步地，所述转头上对称设置有4个安装孔，每个安装孔内分别固定安装有离心杯。进一步地，所述转头和所述离心杯通过螺纹连接。进一步地，所述离心杯上设置有液面透光槽，所述液面透光槽分别与底部透光区和顶部透光区对应。进一步地，所述离心杯的内部设有集液杯和岩样套，所述集液杯设置在所述离心杯的后端，所述液面透光槽设置在集液杯处，所述岩样套设置在所述离心杯的前端，所述集液杯和所述岩样套的连接处设有密封圈，且所述集液杯和所述岩样套相连通。进一步地，所述离心杯的内部设有集液杯和岩样套，所述集液杯设置在所述离心杯的前端，所述液面透光槽设置在集液杯处，所述集液杯的前端设有注液孔和密封塞，所述岩样套设置在所述离心杯的后端，所述集液杯和所述岩样套的连接处设有密封圈。进一步地，所述底部透光区和顶部透光区为石英玻璃，所述底部透光区和顶部透光区的长度和所述三棱镜的入射面长度与所述离心杯的长度相等。进一步地，所述真空泵为旋片式真空泵。由于采用以上技术方案，本发明的有益效果是:第一，本发明能够连续监测集液杯中油-水分界面的变化，通过计算机自动计算出岩样排出的水量或油量，就此测出岩样的毛管压力曲线；第二，本发明的石油岩样分析离心机采用三棱镜可以改变光线方向，从而避免了摄像机放置在正上方，减小机器的高度，使机器体积减少，节约空间，且使操作更加便利，机器更加稳固。
图1为本发明石油岩样分析离心机的整体结构示意图。图2为本发明石油岩样分析离心机的转子结构示意图。图3为本发明石油岩样分析离心机的油驱水离心杯的结构示意图。图4为本发明石油岩样分析离心机的水驱油离心杯的结构示意图。图5为本发明石油岩样分析离心机的光路系统示意图。
具体实施例方式为充分公开的目的，以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。应当理解，以下所述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的保护范围。本发明的石油岩样分析离心机如图1所示，包括旋转支承系统、真空保护系统、光路系统、计算机自动测控系统和电气控制箱18。所述旋转支承系统包括离心机转子14、柔性轴、变速箱15和变频电机，离心机转子14包括转头和若干个安装在离心转子上的离心杯，所述柔性轴的两端分别与所述转头和变速箱15的齿轴孔相连接，所述变频电机产生的动力通过所述柔性轴和变速箱15传递到所述转头，带动转头旋转。柔性轴超临界运行，稳定性好、噪声小。变速箱15的齿轴上可装有高速滚珠轴承和阻尼，使得旋转支承系统有较好的稳定性。所述真空保护系统包括密封的离心腔13和为离心腔13抽真空的真空泵17，离心机转子14设置于离心腔13内，所述离心腔13的底部和顶部分别设置有底部透光区和顶部透光区。所述光路系统包括安装在底部透光区(优选为石英玻璃)下方的频闪灯、三棱镜12和摄像装置11，所述三棱镜12设置在顶部透光区上方，摄像装置11与三棱镜配合设置，接收三棱镜的全反射光。所述计算机自动测控系统与摄像装置11连接，包括与摄像装置11连接的DSP和实现操控的上位机，通讯端口优选为RS232。图2为本发明石油岩样分析离心机的转子结构示意图，如图2所示，离心机转子包括转头21和4个安装在离心转子上的离心杯24。转头21上对称设置有4个安装孔，每个安装孔内分别固定安装有离心杯21，离心杯21上设有液面透光槽22。转头21和离心杯24可由钛合金材料制成，作为优选，转头21和4个离心杯24用螺纹连接。本发明石油岩样分析离心机的离心杯包括油驱水离心杯和水驱油离心杯，油驱水离心杯如图3所示，油驱水离心杯35的内部设有集液杯32和岩样套36，集液杯32设置在离心杯35的后端，液面透光槽34设置在集液杯32处，岩样套36设置在油驱水离心杯35的前端，集液杯32和岩样套36的连接处设有密封圈31，密封圈31优选为两个，且所述集液杯和所述岩样套相连通。使用时，在岩样套36内放入尺寸相匹配的已处理过的孔隙中浸满饱和盐水的岩样37，集液杯32内注满油33。油驱水离心杯35在离心机驱动下旋转，在离心力的作用下，由于水的密度比油大，岩样37孔隙中的盐水流入集液杯32，集液杯32中的油33进入岩样37的空隙中，在集液杯32中会出现油-水分界面。水驱油离心杯如图4所示，水驱油离心杯43的内部设有集液杯41和岩样套45，集液杯41设置在水驱油离心杯43的前端，所述液面透光槽46设置在集液杯41处，集液杯41的前端设有注液孔47和密封塞48，设置注液孔47的目的在于方便往集液杯41中注液，岩样套45设置在水驱油离心杯43的后端，集液杯41和岩样套45的连接处设有密封圈42，密封圈优选为两个。使用水驱油离心杯时，岩样套45内放入尺寸相匹配的岩样44，集液杯41内注满水。离心机驱动旋转，在离心力的作用下，由于水的密度比油大，集液杯41中的水进入岩样44的空隙中，岩样44孔隙中的油流入集液杯41，在集液杯41中会出现油-水分界面。本发明石油岩样分析离心机的真空保护系统，如图1所示，主要由离心腔13和与离心腔相连的真空泵17组成。离心机工作时转子高速旋转，为了安全设置了具有厚装甲的离心腔。为了使离心机转子14在低阻力下运行，将离心机转子14置于真空状态的离心腔13 (通过真空泵进行抽真空实现离心腔的真空状态)中。离心腔13的上部和下部均设有密封圈，且离心腔13的底部和顶部分别设置有底部透光区和顶部透光区，变速箱15连接转头的转轴上装有动密封，由真空泵获得真空，真空泵优选为旋片式真空泵。真空泵与离心腔连通的管路中设有保护用的电磁阀、真空表和系统放气用的电磁放气阀。本发明石油岩样分析离心机的光路系统如图5所示，包括安装在底部透光区58下方的频闪灯57、安装在顶部透光区53上方的三棱镜51和与三棱镜51配合设置的摄像装置，频闪灯57通过耦合和整步使频闪灯光与转子旋转同步，并分辨出岩样编号。如图5中箭头指示所示，同步光依次通过离心腔底部56的底部透光区58、离心杯55的液面透光槽、离心杯55内部的集液杯、离心腔顶部54处的顶部透光区53、后经三棱镜51全反射后进入摄像装置(图中未示出)，摄像装置采集到各个离心杯中的油-水界面及其位置。所述三棱镜51通过三棱镜固定架52设置于离心机的上部，三棱镜固定架52设有透光卡槽59，方便闪光灯发出的光透过。底部透光区58和顶部透光区53优选为石英玻璃，底部透光区58和顶部透光区53的长度、三棱镜51的入射面长度和离心杯55的长度相等，这样即使水驱油和油驱水的离心杯中集液杯的位置不同，也能满足拍摄油-水界面位置的要求，达到通用的目的。本发明石油岩样分析离心机的计算机自动测控系统，由与摄像装置连接的DSP和一台电脑以上下位机形式完成，通讯端口采用RS232。计算机自动测控系统实现如下功能:一是开机、停机及相关条件的程序控制；二是电机速度、频闪的速度和时间等机器运行参数的设定和控制。本发明石油岩样分析离心机的软件所实现的功能主要有四个方面:控制功能、设定功能、参数设置和计算功能。控制功能包括控制离心腔仓门的开启与关闭、控制真空泵起停、控制变频电机起停、控制频闪灯开关。设定功能主要是设定变频电机的转速。参数设置包括岩样外旋转半径设置、两相流体密度差设置、饱和地层流体体积设置、岩样长度设置、毛细管直径设置。计算功能，通过图像计算油或水的体积，自动计算毛管压力曲线，并把数据存入数据库。本发明石油岩样分析离心机的具体操作步骤为:I)把按照要求制备的岩样分别放入离心杯内，将离心杯装到离心腔内的转头的对
应位置。2)关闭离心腔舱门，点击真空泵开键，真空泵开始工作使离心腔处于真空状态。3)通过计算机(上位机)打开软件的设置页面将相关参数填入。4)按照实验方案将第一数据点的速度填入速度窗口中。5)点击电机开启键，设备将逐步把速度加至第一数据点的速度。6)点击开启频闪灯，当每个所述离心杯旋转到离心腔底部的底部透光区的正上方且与底部透光区平行时，所述频闪灯发出同步光，频闪灯发出的同步光依次通过底部透光区、离心杯的透光槽、集液杯、顶部透光区，后经三棱镜全反射后进入摄像装置。7)依次选择岩样，此时由于高速频闪灯的作用，软件的图象区会依次出现四个离心腔内在此速度下的油-水的界面图像，用鼠标拖动左右两条光标线分别置于油-水的界面图像的左右端，然后点击保存，软件将自动计算体积，并将其和此时的速度值存入数据库。在水驱油实验中，光标线应置于油的左右两边界，通过软件计算并记录出油的体积。在油驱水实验中，光标线应置于水的左右两边界，通过软件计算并记录出水的体积。岩样依次测量保存完毕，第一数据点测量完成。8)按照实验方案将第二数据点的速度填入速度窗口中。9)点击电机开启键，设备将逐步把速度加至第二数据点的速度10)重复步骤7，完成第二数据点测量。11)重复第步骤8-10，直到全部数据点的数据采集完毕。12)点击电机关闭键，设备将逐步减速至停止。13)点击放气。
14)点击开启舱门，取出岩样。15)数据库可以以表格形式输出，也可以点击文件中的曲线图查看软件生成的曲线图。以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种石油岩样分析离心机，其特征在于，包括旋转支承系统、真空保护系统、光路系统和计算机自动测控系统，其中， 所述旋转支承系统包括离心机转子、柔性轴、变速箱和变频电机，所述离心机转子包括转头和若干个安装在离心转子上的离心杯，所述柔性轴的两端分别与所述转头和所述变速箱的齿轴孔相连接，所述变频电机产生的动力依次通过所述变速箱和所述柔性轴传递到所述转头； 所述真空保护系统包括离心腔和与离心腔相连的真空泵，所述离心机转子设置于所述离心腔内，所述离心腔密封，且底部和顶部分别设置有底部透光区和顶部透光区； 所述光路系统包括安装在所述底部透光区下方的频闪灯、安装在顶部透光区上方的三棱镜和与三棱镜配合设置的摄像装置； 所述计算机自动测控系统与所述摄像装置连接。
2.根据权利要求1所述的石油岩样分析离心机，其特征在于，所述计算机自动测控系统包括与摄像装置连接的DSP和实现操控的上位机。
3.根据权利要求1所述的石油岩样分析离心机，其特征在于，所述转头上对称设置有4个安装孔，每个安装孔内分别固定安装有离心杯。
4.根据权利要求3所述的石油岩样分析离心机，其特征在于，所述转头和所述离心杯通过螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的石油岩样分析离心机，其特征在于，所述离心杯上设置有液面透光槽，所述液面透光槽分别与底部透光区和顶部透光区对应。
6.根据权利要求4所述的石油岩样分析离心机，其特征在于，所述离心杯的内部设有集液杯和岩样套，所述集液杯设置在所述离心杯的后端，所述液面透光槽设置在集液杯处，所述岩样套设置在所述离心杯的前端，所述集液杯和所述岩样套的连接处设有密封圈，且所述集液杯和所述岩样套相连通。
7.根据权利要求4所述的石油岩样分析离心机，其特征在于，所述离心杯的内部设有集液杯和岩样套，所述集液杯设置在所述离心杯的前端，所述液面透光槽设置在集液杯处，所述集液杯的前端设有注液孔和密封塞，所述岩样套设置在所述离心杯的后端，所述集液杯和所述岩样套的连接处设有密封圈。
8.根据权利要求1所述的石油岩样分析离心机，其特征在于，所述底部透光区和顶部透光区为石英玻璃，所述底部透光区和顶部透光区的长度和所述三棱镜的入射面长度与所述离心杯的长度相等。
9.根据权利要求6所述的石油岩样分析离心机，其特征在于，所述真空泵为旋片式真空泵。
全文摘要
本发明公开了一种石油岩样分析离心机，包括旋转支承系统、真空保护系统、光路系统和计算机自动测控系统。所述光路系统包括频闪灯、底部透光区、离心杯的透光槽、集液杯、顶部透光区和三棱镜。所述底部透光区和顶部透光区为石英玻璃，所述底部透光区和顶部透光区的离心腔下部和离心腔舱门的石英玻璃的长度、和所述三棱镜的厚度入射面长度均与所述离心杯的高度长度相等。本发明的石油岩样分析离心机，能够连续监测集液杯中油-水分界面的变化，计算出岩样排出的水量或油量，就此测出岩样的毛管压力曲线。
文档编号B04B5/12GK103191836SQ201310123350
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者宋卫国, 蔡建林 申请人:太仓金旋实验设备有限公司