CN106988736B - 一种岩石地层压力模拟检测装置及模拟检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩石检测技术领域，具体涉及一种岩石地层压力模拟检测装置及模拟检测方法，包括基台、支撑件和检测机构，所述检测机构包括扭力驱动机构、连接件、环形固定件、以及至少两个弧形夹持件，所述连接件的两端分别连接扭力驱动机构和环形固定件，所述弧形夹持件均匀设置在环形固定件的内壁上，且弧形夹持件上还均匀设置有多个电磁力加载机构；所述基台上还设有定位机构。本发明通过定位机构将待测物固定在基台上，在扭力驱动机构的作用下能够对待测物施加扭力，通过电磁力加载机构通过向待测物施加动态压力，模拟岩石在复杂的地层压力下的力学环境，从而检测更精确力学性质，为研究获取地层岩石的力学参数提供更快捷、精确的检测设备。

Description

一种岩石地层压力模拟检测装置及模拟检测方法

技术领域

本发明涉及岩石检测技术领域，具体涉及一种岩石地层压力模拟检测装置及模拟检测方法。

背景技术

在油气钻井工程中，地层岩石的力学性质是所必需的基础技术参数，及时准确地获取钻遇地层岩石的力学性质是非常重要的工作。

传统的获取地层岩石力学参数的方法是取心实验法和测井资料预测法。取心实验法是将地层的实钻岩心成块取出，然后再加工成所需岩样进行力学测试，该方法的难度大、成本高、周期长，且不能及时获取地层岩石的力学参数。测井资料预测法，是一种间接测试方法，其通过测井仪器测得地层岩石的声波反射曲线，然后再推算出地层岩石的力学参数。测井资料预测法分完钻测井和随钻测井。完钻测井只能在钻井完成之后进行，不能及时获取地层岩石力学性质；且为间接测试，需进行测井数据解释，解释后所获得的力学参数准确度不高。随钻测井是在钻井过程中进行同步测试，由于是间接测试，其也需要对测得的数据进行换算解释；且受钻井过程钻进作业的影响，地层参数数据误差大，准确度低，成本高，且井底的测试工具有安全隐患，易带来井下事故。

中国专利公开号CN 103411870A公开了一种模拟地层岩石动态破坏试验装置，它包括试验用岩样、厚壁钢筒、上活塞、下活塞、上盖板和下盖板；在试验用岩样外面套设厚壁钢筒，在试验用岩样与厚壁钢筒之间设置有密封胶囊，且厚壁钢筒与密封胶囊之间存在环空；在密封胶囊的上下分别放置上、下盖板，将若干调平螺栓穿设在上、下盖板和厚壁钢筒对应设置的安装孔中，并通过多个螺母将上、下盖板和厚壁钢筒固定成一体；在厚壁钢筒上设置有连通厚壁钢筒与密封胶囊之间环空的施加围压孔；在上活塞和试验用岩样的中心位置轴向设置有用于放置动载荷施加工具的动载荷压力孔；下盖板处设置有用于测量试验用岩样的中心内壁孔动载荷值的动载荷测量压力计。该发明可以作为动态破坏试验装置广泛用于模拟地层岩石动态破坏试验过程中，但该发明不能实现对地层环境的模拟。

为解决现有技术中地层岩石的力学性质的检测精度不够的问题，本发明提供一种结构简单，使用便捷的岩石地层压力模拟检测装置，能够实现对地层环境的模拟，为获取地层岩石的力学参数提供更快捷、精确的检测设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种岩石地层压力模拟检测装置及模拟检测方法，结构简单，使用便捷，实现对地层环境的模拟，提供岩石在压力和扭力加持下的各种力学性质，为获取地层岩石的力学参数提供更快捷、精确的检测设备。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种岩石地层压力模拟检测装置，包括基台、支撑件和检测机构，所述检测机构包括扭力驱动机构、连接件、环形固定件、以及至少两个弧形夹持件，所述连接件的两端分别连接扭力驱动机构和环形固定件，所述弧形夹持件均匀设置在环形固定件的内壁上，且弧形夹持件上还均匀设置有多个电磁力加载机构，所述支撑件包括支撑部、和设置支撑部上方的连接部，所述支撑部设置在基台上，所述扭力驱动机构设置在连接部的底部；所述基台上还设有定位机构，所述定位机构用于将待测物稳定固定在基台上；所述定位机构、环形固定件、扭力驱动机构同轴设置。

进一步地，所述环形固定件包括相互垂直设置的横向固定环和纵向固定环，所述横向固定环、纵向固定环的内壁上分别均匀设置了至少两个弧形夹持件。

进一步地，所述环形固定件上还设有气缸，气缸的传动轴与弧形夹持件连接，在气缸的作用下，使弧形夹持件之间相互配合固定待测物。

进一步地，所述基台上还设有电源，所述电源分别与扭力驱动机构、电磁力加载机构连接。

进一步地，所述电磁力加载机构上还分别设有与电源连接的传感器，所述传感器为压力传感器或温度传感器。

进一步地，所述基台上还均匀设有显示屏、以及多个控制按键，所述显示屏、控制按键分别与电源连接。

进一步地，其还包括控制系统，所述控制系统包括控制模块、传输模块和储存模块，所述控制模块分别与电源、控制按键、显示屏、传感器、传输模块和储存模块连接。

进一步地，所述连接件的侧壁上还设有图像采集装置，所述图像采集装置与控制模块连接，所述控制系统还包括与控制模块连接的建模模块。

进一步地，所述传输模块为无线传输模块或有线传输模块，用于控制模块与服务器之间的信息传递。

进一步地，所述定位机构为带驱动装置的定位机构。

进一步地，所述定位机构包括左定位件和右定位件，在左定位件和右定位件配合作用下，实现待测物稳定固定在基台上。

进一步地，所述电磁力加载机构包括磁力加载管、电磁铁和磁力加载杆，所述电磁铁设置在靠近弧形夹持件的磁力加载管的管体内，所述磁力加载杆的一端设置在磁力加载管的管体内，磁力加载管的内壁上设有滑动槽，设置在磁力加载管内的磁力加载杆杆体上还设有限位块，通过限位块与滑动槽的配合，磁力加载杆在磁力加载管内自由滑动；所述磁力加载杆的另一端上还设有吸盘，所述传感器设置在吸盘的底部。

进一步地，所述电磁铁与控制模块连接。

进一步地，所述吸盘的表面还均匀设有螺纹。

进一步地，所述装置还包括恒温密闭箱，所述恒温密闭箱设置在基台上，所述检测机构、定位机构均设置在恒温密闭箱内。

进一步地，所述恒温密闭箱为带有温度调节装置的恒温密闭箱，所述温度调节装置与控制模块连接。

一种岩石地层压力模拟检测方法，包括以下步骤：

S1.将待测物固定在岩石地层压力模拟检测装置上，通过图像采集装置、传感器分别采集待测物和装置的状态参数和指令信息；

S2.然后将采集到的状态参数和指令信息通过控制模块处理，再经过建模模块建立待测物模拟地层压力的模型，计算出实现地层压力模拟动画的作业数据，并传送至显示屏显示；

S3.通过直接改变作业数据或控制按键生成操作指令，操作指令通过控制模块处理后驱动电磁力加载机构或恒温密闭箱，实现模拟的岩石地层压力发生相应改变。

本发明的有益效果是：本发明的岩石地层压力模拟检测装置结构简单，使用便捷，通过定位机构将待测物固定在基台上，在扭力驱动机构的作用下能够对待测物施加扭力，通过电磁力加载机构通过向待测物施加动态压力，模拟岩石在复杂的地层压力下的力学环境，从而检测更精确力学性质，为研究获取地层岩石的力学参数提供更快捷、精确的检测设备。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明环形固定件的主视图；

图3为本发明环形固定件的左视图；

图4为本发明电磁力加载机构的结构示意图；

图5位本发明装置的另一种结构示意图；

图中，1-基台，2-支撑件，3-扭力驱动机构，4-连接件，5-环形固定件，6-弧形夹持件，7-电磁力加载机构，8-控制按键，9-显示屏，10-电源，11-左定位件，12-右定位件，13-支撑部，14-连接部，15-横向固定环，16-纵向固定环，17-磁力加载管，18-电磁铁，19-磁力加载杆，20-吸盘，21-滑动槽，22-限位块，23-传感器，24-恒温密闭箱。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1、图2和图3所示，一种岩石地层压力模拟检测装置，包括基台1、支撑件2和检测机构，所述检测机构包括扭力驱动机构3、连接件4、环形固定件5、以及至少两个弧形夹持件6，所述连接件4的两端分别连接扭力驱动机构3和环形固定件5，所述弧形夹持件6均匀设置在环形固定件5的内壁上，且弧形夹持件6上还均匀设置有多个电磁力加载机构7，所述支撑件2包括支撑部13、和设置支撑部13上方的连接部14，所述支撑部13设置在基台1上，所述扭力驱动机构3设置在连接部14的底部；所述基台1上还设有定位机构，所述定位机构用于将待测物稳定固定在基台1上；所述定位机构、环形固定件5、扭力驱动机构3同轴设置。

具体地，所述环形固定件5包括相互垂直设置的横向固定环15和纵向固定环16，所述横向固定环15、纵向固定环16的内壁上分别均匀设置了至少两个弧形夹持件6，弧形夹持件6上还均匀设置有多个电磁力加载机构7，在横向固定环15、纵向固定环16协同作用下，能够向待测物施加多个维度的压力，模拟岩石在地层中受力状况；同时电磁力加载机构7通过控制电压来施加压力，能够做到随时间变化向待测物施加动态的压力，为岩石在地层中力学性质的检测提供更精确的环境。

具体地，所述环形固定件5上还设有气缸，气缸的传动轴与弧形夹持件6连接，在气缸的作用下，使弧形夹持件6之间相互配合固定待测物。

具体地，所述基台1上还设有电源10，所述电源10分别与扭力驱动机构3、电磁力加载机构7连接。

具体地，所述电磁力加载机构7上还分别设有与电源10连接的传感器，所述传感器为压力传感器或温度传感器。

具体地，所述基台1上还均匀设有显示屏9、以及多个控制按键8，所述显示屏9、控制按键8分别与电源10连接。

具体地，其还包括控制系统，所述控制系统包括控制模块、传输模块和储存模块，所述控制模块分别与电源10、控制按键8、显示屏9、传感器、传输模块和储存模块连接。

具体地，所述传输模块为无线传输模块或有线传输模块，用于控制模块与服务器之间的信息传递。

具体地，所述定位机构为带驱动装置的定位机构。

具体地，所述定位机构包括左定位件11和右定位件12，在左定位件11和右定位件12配合作用下，实现待测物稳定固定在基台1上。

在一个优选实施例中，所述电磁力加载机构7包括磁力加载管17、电磁铁18和磁力加载杆19，所述电磁铁18设置在靠近弧形夹持件6的磁力加载管17的管体内，所述磁力加载杆19的一端设置在磁力加载管17的管体内，磁力加载管17的内壁上设有滑动槽21，设置在磁力加载管17内的磁力加载杆19杆体上还设有限位块22，通过限位块22与滑动槽21的配合，磁力加载杆19在磁力加载管17内自由滑动；所述磁力加载杆19的另一端上还设有吸盘20，所述传感器23设置在吸盘20的底部。

具体地，所述电磁铁18与控制模块连接。

优选地，所述吸盘20的表面还均匀设有螺纹。本发明通过控制模块控制通过电磁铁18的电流，使电磁铁18产生磁力，然后利用磁力加载杆19传动，使力直接作用于待测物上；而在磁力加载杆19的一端设置吸盘20，使磁力加载杆19与待测物紧密接触，避免在检测过程中滑动，影响检测结果，从而提高检测结果的检测效率。

在一个优选实施例中，所述装置还包括恒温密闭箱24，所述恒温密闭箱24设置在基台1上，所述检测机构、定位机构均设置在恒温密闭箱24内。

具体地，所述恒温密闭箱24为带有温度调节装置的恒温密闭箱24，所述温度调节装置与控制模块连接。通过设置带有温度调节装置的恒温密闭箱24，模拟地层温度环境，同时可根据实际检测需求，利用温度调节装置控制恒温密闭箱24模拟动态的地层温度环境，为研究检测岩石在复杂的地层环境提供更准确的模拟环境。

使用时，通过定位机构，在左定位件11和右定位件12配合作用下，将待测物固定在基台1上，在扭力驱动机构3的作用下能够对待测物施加扭力，通过电磁力加载机构7向待测物施加动态压力，模拟岩石在复杂的地层压力下的力学环境，通过设置在电磁力加载机构7实现对待测物的力学性质检测，从而得到更精确地层岩石力学性质，为研究获取地层岩石的力学参数提供更快捷、精确的检测设备。

一种岩石地层压力模拟检测方法，包括以下步骤：

S1.将待测物固定在岩石地层压力模拟检测装置上，通过图像采集装置、传感器分别采集待测物和装置的状态参数和指令信息；所涉待测物和装置的状态参数和指令信息实时采集；

S2.然后将采集到的状态参数和指令信息通过控制模块处理，再经过建模模块建立待测物模拟地层压力的模型，计算出实现地层压力模拟动画的作业数据，并传送至显示屏显示；操作人员通过显示屏实时获取待测和装置的状态参数、及其模拟动画信息，获得的信息直观、简洁，便于操作人员分析实验；

S3.通过直接改变作业数据或控制按键生成操作指令，操作指令通过控制模块处理后驱动电磁力加载机构或恒温密闭箱，实现模拟的岩石地层压力发生相应改变，改变后待测物和装置的状态参数和指令信息实时反馈至控制模块、建模模块和显示屏；操作人员能够通过控制改变控制按键或显示屏上的模拟动画信息，来实现模拟的岩石地层压力的改变，同时改变后的模拟信息能够通过显示屏及时反馈给操作人员，提高模拟分析检测效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种岩石地层压力模拟检测装置，其特征在于，包括基台、支撑件和检测机构，所述检测机构包括扭力驱动机构、连接件、环形固定件、以及至少两个弧形夹持件，所述连接件的两端分别连接扭力驱动机构和环形固定件，所述弧形夹持件均匀设置在环形固定件的内壁上，且弧形夹持件上还均匀设置有多个电磁力加载机构，所述支撑件包括支撑部、和设置在支撑部上方的连接部，所述支撑部设置在基台上，所述扭力驱动机构设置在连接部的底部；所述基台上还设有定位机构，所述定位机构用于将待测物稳定固定在基台上；所述定位机构、环形固定件、扭力驱动机构同轴设置，所述环形固定件包括相互垂直设置的横向固定环和纵向固定环，所述横向固定环、纵向固定环的内壁上分别均匀设置了至少两个弧形夹持件，其中，所述电磁力加载机构包括磁力加载管、电磁铁和磁力加载杆，所述电磁铁设置在靠近弧形夹持件的磁力加载管的管体内，所述磁力加载杆的一端设置在磁力加载管的管体内，磁力加载管的内壁上设有滑动槽，设置在磁力加载管内的磁力加载杆杆体上还设有限位块，通过限位块与滑动槽的配合，磁力加载杆在磁力加载管内自由滑动；所述磁力加载杆的另一端上还设有吸盘，所述电磁力加载机构上还分别设有与电源连接的传感器，所述传感器为压力传感器或温度传感器，所述传感器设置在吸盘的底部。

2.根据权利要求1所述的一种岩石地层压力模拟检测装置，其特征在于，所述环形固定件上还设有气缸，气缸的传动轴与弧形夹持件连接，在气缸的作用下，使弧形夹持件之间相互配合固定待测物。

3.根据权利要求1所述的一种岩石地层压力模拟检测装置，其特征在于，所述基台上还设有电源，所述电源分别与扭力驱动机构、电磁力加载机构连接。

4.根据权利要求3所述的一种岩石地层压力模拟检测装置，其特征在于，所述基台上还均匀设有显示屏、以及多个控制按键，所述显示屏、控制按键分别与电源连接。

5.根据权利要求4所述的一种岩石地层压力模拟检测装置，其特征在于，其还包括控制系统，所述控制系统包括控制模块、传输模块和储存模块，所述控制模块分别与电源、控制按键、显示屏、传感器、传输模块和储存模块连接。

6.根据权利要求5所述的一种岩石地层压力模拟检测装置，其特征在于，所述传输模块为无线传输模块或有线传输模块，用于控制模块与服务器之间的信息传递。

7.根据权利要求6所述的一种岩石地层压力模拟检测装置，其特征在于，所述连接件的侧壁上还设有图像采集装置，所述图像采集装置与控制模块连接，所述控制系统还包括与控制模块连接的建模模块。

8.一种岩石地层压力模拟检测方法，其特征在于，由权利要求7所述的岩石地层压力模拟检测装置进行模拟检测，具体包括以下步骤：

S1.将待测物固定在岩石地层压力模拟检测装置上，通过图像采集装置、传感器分别采集待测物和装置的状态参数和指令信息；

S2.然后将采集到的状态参数和指令信息通过控制模块处理，再经过建模模块建立待测物模拟地层压力的模型，计算出实现地层压力模拟动画的作业数据，并传送至显示屏显示；

S3.通过直接改变作业数据或控制按键生成操作指令，操作指令通过控制模块处理后驱动电磁力加载机构或恒温密闭箱，实现模拟的岩石地层压力发生相应改变。

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