CN105890971B - 岩石压裂渗流连续伺服供液装置 - Google Patents
岩石压裂渗流连续伺服供液装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种能够实现高压流体等流量或等压力伺服供液装置，用于实验室岩石试样压裂渗流。其特征是采用伺服电机和减速箱并通过滚珠丝杠驱动两台高压活塞泵交替作动，最终实现高压流体的等流量或等压力伺服供液，通过压力传感器和数字控制仪实现对高压活塞泵的流量或者压力进行控制；采用高压气源供应气流进入先导式双向电磁阀，先导式双向电磁阀依靠气动力和电磁力实现气路通道的快速切换，气路通道的快速切换可以驱动四气路双向液压自动转换阀来实现两台高压活塞泵在交替作动过程中高压流体供应的连续性，保证高压流体的等流量或等压力连续供液以对岩石试样实施压裂渗流。
Description
技术领域
岩石力学试验技术与设备领域
背景技术
页岩气的开发需要将压裂液高压泵送进入储层岩石实施压裂改造，在低渗透致密岩层中实施水压致裂形成三维裂缝网络，有效提高储层岩石渗透率而达到开发资源的目的。在实验室中对岩石实施压裂渗流的过程中，必须实现压裂液的等流量或等压力高精度伺服供液，以模拟页岩气储层的实际压裂渗流过程。如何实现高压流体的等流量或等压力伺服供液是一个难题，特别是如何实现高压流体的连续伺服供液就尤为困难。
发明内容
本发明提供一种能够实现高压流体等流量或等压力伺服供液，用于实验室岩石试样压裂渗流。其特征是采用伺服电机和减速箱并通过滚珠丝杠驱动两台高压活塞泵交替作动，最终实现高压流体的等流量或等压力伺服供液，通过压力传感器和数字控制仪实现对高压活塞泵的流量或者压力进行控制；采用高压气源供应气流进入先导式双向电磁阀，先导式双向电磁阀依靠气动力和电磁力实现气路通道的快速切换，气路通道的快速切换可以驱动四气路双向液压自动转换阀来实现两台高压活塞泵在交替作动过程中高压流体供应的连续性，保证高压流体的等流量或等压力连续供液以对岩石试样实施压裂渗流。
动态加载水压致裂岩石力学试验系统，由高压流体伺服泵送部分以及气体驱动液路快速切换部分共两大部分构成，具体的，一种岩石压裂渗流连续伺服供液装置，能够实现高压流体等流量或等压力伺服供液，用于实验室岩石试样压裂渗流，由高压流体伺服泵送部分以及气体驱动液路快速切换部分共两大部分构成，所述高压流体伺服泵送部分由液体储存箱(1)，第一伺服电机(2)，第一减速箱(3)，第一滚珠丝杠(4)，第一高压活塞泵(5)，第一阀门(6)，第一压力传感器(7)，第一数字控制仪(8)，第二伺服电机(9)，第二减速箱(10)，第二滚珠丝杠(11)，第二高压活塞泵(12)，第二阀门(13)，第二压力传感器(14)，第二数字控制仪(15)组成，其中，所述第一伺服电机(2)、第一减速箱(3)、第一滚珠丝杠(4)、第一高压活塞泵(5)、第一压力传感器(7)和第一数字控制仪(8)依次连接，所述第一数字控制仪(8)还与所述第一伺服电机(2)连接，所述第一高压活塞泵(5)还与所述第一阀门(6)连接，所述第一阀门(6)连接所述液体储存箱(1)；所述第二伺服电机(9)、第二减速箱(10)、第二滚珠丝杠(11)、第二高压活塞泵(12)、第二压力传感器(14)和第二数字控制仪(15)依次连接，所述第二数字控制仪(15)还与所述第二伺服电机(9)连接，所述第二高压活塞泵(12)还与所述第二阀门(13)连接，所述所述第二阀门(13)连接所述液体储存箱(1)；第一伺服电机(2)和第二伺服电机(9)能精确控制速度和位置且在整个速度区内能实现精确平滑控制，第一减速箱(3)和第二减速箱(10)的内部布置同轴式减速器，第一滚珠丝杠(4)和第二滚珠丝杠 (11)能够将旋转运动转化为直线运动且保持运转顺畅，第一高压活塞泵(5)和第二高压活塞泵 (12)满足压力以及流量的要求，第一压力传感器(7)和第二压力传感器(14)能够及时检测并反馈高压流体压力值，第一数字控制仪(8)和第一伺服电机(2)组成闭环伺服控制系统实现对第一高压活塞泵(5)中高压流体的精确伺服控制，第二数字控制仪(15)和第二伺服电机(9)组成闭环伺服控制系统实现对第二高压活塞泵(12)的精确伺服控制；所述气体驱动液路快速切换部分由高压气源(16)，第一先导式双向电磁阀(17)，第二先导式双向电磁阀(18)，四气路三向液压自动转换阀(19)和第三阀门(20)组成，其中，所述第一先导式双向电磁阀(17)和第二先导式双向电磁阀(18)分别与所述高压气源(16)连接，所述第一先导式双向电磁阀(17)还通过第一气路通道和第二气路通道与所述四气路三向液压自动转换阀(19)连接，第二先导式双向电磁阀(18) 还通过第三气路通道和第四气路通道与所述四气路三向液压自动转换阀(19)连接，所述四气路三向液压自动转换阀(19)和第三阀门(20)连接；所述四气路三向液压自动转换阀(19)的第一双向液压口与所述第一高压活塞泵(5)连接，所述四气路三向液压自动转换阀(19)的第二双向液压口与所述第二高压活塞泵(12)连接；高压气源(16)所供应的高压气流满足第一先导式双向电磁阀(17)和第二先导式双向电磁阀(18)对高压气源的要求，另外高压气源(16)所供应的高压气流的压力足以驱动四气路三向液压自动转换阀(19)，第一先导式双向电磁阀(17)完全依靠气动力和电磁力实现第一气路通道、第二气路通道之间的切换，第二先导式双向电磁阀(18) 完全依靠气动力和电磁力实现第三气路通道、第四气路通道之间的切换，四气路双向液压自动转换阀(19)的第一双向液压口和第二双向液压口之间的切换时间小于0.1秒以保证输出高压流体的连续性，保证高压流体的等流量或等压力连续供液以对岩石试样实施压裂渗流；最终的高压流体通过第三阀门(20)输出。
基本原理与技术：针对在实验室实现伺服供液来模拟真实页岩储层压裂过程的需求，采用伺服电机提供驱动力，通过减速箱来匹配转速和传递转矩，通过滚珠丝杠驱动两台高压活塞泵交替作动来形成，最终形成高压流体等的流量或等压力伺服供液；针对在实验室实现连续供应高压流体来实施岩石压裂的需求，采用高压气源供应气流进入先导式双向电磁阀，先导式双向电磁阀依靠气动力和电磁力实现气路通道的快速切换，气路通道的快速切换可以驱动四气路双向液压自动转换阀来实现两台高压活塞泵在交替作动过程中高压流体供应的连续性，保证高压流体的等流量或等压力连续供液以对岩石试样实施压裂渗流。
岩石压裂渗流连续伺服供液装置，由高压流体伺服泵送部分以及气体驱动液路快速切换部分共两大部分构成。
高压流体伺服泵送部分由液体储存箱1，第一伺服电机2，第一减速箱3，第一滚珠丝杠4，第一高压活塞泵5，第一阀门6，第一压力传感器7，第一数字控制仪8，第二伺服电机9，第二减速箱10，第二滚珠丝杠11，第二高压活塞泵12，第二阀门13，第二压力传感器14，第二数字控制仪15组成。第一伺服电机2和第二伺服电机9可精确控制速度和位置且在整个速度区内可实现精确平滑控制，第一减速箱3和第二减速箱10的内部布置同轴式减速器，第一滚珠丝杠4和第二滚珠丝杠11能够将旋转运动转化为直线运动且保持运转顺畅，第一高压活塞泵5和第二高压活塞泵12需满足压力以及流量的要求，第一压力传感器7和第二压力传感器14需要能够及时检测并反馈高压流体压力值，第一数字控制仪8和第一伺服电机2组成双闭环伺服控制系统实现对第一高压活塞泵5中高压流体的精确伺服控制，第二数字控制仪15 和第二伺服电机9组成双闭环伺服控制系统实现对第二高压 活塞泵12的精确伺服控制。
气体驱动液路快速切换部分由高压气源16，第一先导式双向电磁阀17，第二先导式双向电磁阀18，四气路双向液压自动转换阀19和第三阀门20组成。高压气源16所供应的高压气流必须满足第一先导式双向电磁阀17和第二先导式双向电磁阀18对高压气源的要求，另外高压气源16所供应的高压气流的压力必须足以驱动四气路双向液压自动转换阀19，第一先导式双向电磁阀17和第二先导式双向电磁阀18完全依靠气动力和电磁力实现气路通道之间的切换，四气路双向液压自动转换阀19的第一双向液压口和第二双向液压口之间的切换时间应小于0.1秒以保证输出高压流体的连续性，最终的高压流体通过第三阀门20输出。
附图说明
附图是真三轴水压致裂岩石力学试验系统结构图。图中1：液体储存箱；2：第一伺服电机；3：第一减速箱；4：第一滚珠丝杠；5：第一高压活塞泵；6：第一阀门；7：第一压力传感器；8：第一数字控制仪；9：第二伺服电机；10：第二减速箱；11：第二滚珠丝杠；12：第二高压活塞泵；13；第二阀门；14：第二压力传感器；15：第二数字控制仪；16：高压气源； 17：第一先导式双向电磁阀；18：第二先导式双向电磁阀；19：四气路双向液压自动转换阀； 20：第三阀门。
具体实施方式
1.由第一伺服电机2提供驱动力，通过第一减速箱3来降低调节转速并提高输出扭矩，带动第一滚柱丝杠4来推动第一高压活塞泵5的活塞实现从液体存储箱1中抽取液体并输出等流量或等压力伺服控制的高压流体，所输出的高压流体通过第一双向液压口进入四气路双向液压自动转换阀19。
2.由第二伺服电机9提供驱动力，通过第二减速箱10来降低调节转速并提高输出扭矩，带动第二滚柱丝杠11来推动第二高压活塞泵12的活塞实现从液体存储箱1中抽取液体并输出等流量或等压力伺服控制的高压流体，所输出的高压流体通过第二双向液压口进入四气路双向液压自动转换阀19。
3.高压气源16产生的高压气体进入第一先导式双向电磁阀17和第二先导式双向电磁阀 18，之后高压气体分为四路气流，通电后电磁力可以实现第一、第二气路或第三 、第四气路之间控制阀门打开和关闭，高压气体通过第一先导式双向电磁阀17的第一气路和第二气路输出，之后分别进入四气路双向液压自动转换阀19的驱动阀门，通过阀门的打开和闭合来控制由第一高压活塞泵5输出并进入第一双向液压口的高压流体，高压气体通过第二先导式双向电磁阀 18的第三气路和第四气路输出，之后分别进入四气路双向液压自动转换阀19的驱动阀门，通过阀门的打开和闭合来控制由第二高压活塞泵12输出并进入第二双向液压口的高压流体，第一高压活塞泵5和第二高压活塞泵12交替作动输出的高压流体通过四气路双向液压自动转换阀19完成对进入第一双向液压口和第二双向液压口高压流体的快速切换，最终的高压流体通过第三阀门20输出。
Claims (1)
1.一种岩石压裂渗流连续伺服供液装置，能够实现高压流体等流量或等压力伺服供液，用于实验室岩石试样压裂渗流，由高压流体伺服泵送部分以及气体驱动液路快速切换部分共两大部分构成，所述高压流体伺服泵送部分由液体储存箱(1)，第一伺服电机(2)，第一减速箱(3)，第一滚珠丝杠(4)，第一高压活塞泵(5)，第一阀门(6)，第一压力传感器(7)，第一数字控制仪(8)，第二伺服电机(9)，第二减速箱(10)，第二滚珠丝杠(11)，第二高压活塞泵(12)，第二阀门(13)，第二压力传感器(14)，第二数字控制仪(15)组成，其中，所述第一伺服电机(2)、第一减速箱(3)、第一滚珠丝杠(4)、第一高压活塞泵(5)、第一压力传感器(7)和第一数字控制仪(8)依次连接，所述第一数字控制仪(8)还与所述第一伺服电机(2)连接，所述第一高压活塞泵(5)还与所述第一阀门(6)连接，所述第一阀门(6)连接所述液体储存箱(1)；所述第二伺服电机(9)、第二减速箱(10)、第二滚珠丝杠(11)、第二高压活塞泵(12)、第二压力传感器(14)和第二数字控制仪(15)依次连接，所述第二数字控制仪(15)还与所述第二伺服电机(9)连接，所述第二高压活塞泵(12)还与所述第二阀门(13)连接，所述第二阀门(13)连接所述液体储存箱(1)；第一伺服电机(2)和第二伺服电机(9)能精确控制速度和位置且在整个速度区内能实现精确平滑控制，第一减速箱(3)和第二减速箱(10)的内部布置同轴式减速器，第一滚珠丝杠(4)和第二滚珠丝杠(11)能够将旋转运动转化为直线运动且保持运转顺畅，第一高压活塞泵(5)和第二高压活塞泵(12)满足压力以及流量的要求，第一压力传感器(7)和第二压力传感器(14)能够及时检测并反馈高压流体压力值，第一数字控制仪(8)和第一伺服电机(2)组成闭环伺服控制系统实现对第一高压活塞泵(5)中高压流体的精确伺服控制，第二数字控制仪(15)和第二伺服电机(9)组成闭环伺服控制系统实现对第二高压活塞泵(12)的精确伺服控制；所述气体驱动液路快速切换部分由高压气源(16)，第一先导式双向电磁阀(17)，第二先导式双向电磁阀(18)，四气路三向液压自动转换阀(19)和第三阀门(20)组成，其中，所述第一先导式双向电磁阀(17)和第二先导式双向电磁阀(18)分别与所述高压气源(16)连接，所述第一先导式双向电磁阀(17)还通过第一气路通道和第二气路通道与所述四气路三向液压自动转换阀(19)连接，第二先导式双向电磁阀(18)还通过第三气路通道和第四气路通道与所述四气路三向液压自动转换阀(19)连接，所述四气路三向液压自动转换阀(19)和第三阀门(20)连接；所述四气路三向液压自动转换阀(19)的第一双向液压口与所述第一高压活塞泵(5)连接，所述四气路三向液压自动转换阀(19)的第二双向液压口与所述第二高压活塞泵(12)连接；高压气源(16)所供应的高压气流满足第一先导式双向电磁阀(17)和第二先导式双向电磁阀(18)对高压气源的要求，另外高压气源(16)所供应的高压气流的压力足以驱动四气路三向液压自动转换阀(19)，第一先导式双向电磁阀(17)完全依靠气动力和电磁力实现第一气路通道、第二气路通道之间的切换，第二先导式双向电磁阀(18)完全依靠气动力和电磁力实现第三气路通道、第四气路通道之间的切换，四气路双向液压自动转换阀(19)的第一双向液压口和第二双向液压口之间的切换时间小于0.1秒以保证输出高压流体的连续性，保证高压流体的等流量或等压力连续供液以对岩石试样实施压裂渗流；最终的高压流体通过第三阀门(20)输出。
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