CN107764714B - 一种轴压加载装置以及热流固耦合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种轴压加载装置以及热流固耦合装置，涉及油气科研技术领域，包括装置本体，装置本体包括壳体；装置本体还包括设置在壳体上的至少两个X轴施压杆、至少两个Y轴施压杆和至少两个Z轴施压杆；至少两个X轴施压杆沿X轴相对设置，至少两个Y轴施压杆沿Y轴相对设置，至少两个Z轴施压杆沿Z轴相对设置；装置本体的中心设置有承压机构。在上述技术方案中，为了实现三维渗透率的测量，所以在X轴、Y轴和Z轴三个方向上均设置了施压杆，利用每个方向上至少两个施压杆相对施压的结构形成三维的轴压加载装置，这样的话就能够实现三个方向轴压的独立加载，以最大限度模拟地层条件，为原位地层条件下渗透率的测量奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及油气科研技术领域，尤其是涉及一种轴压加载装置以及热流固耦合装置。
背景技术
随着低渗透、致密等非常规储层的强应力敏感性、强各向异性被逐步认识，如何模拟真实地层条件下岩石三维变形特征与渗流特征成为制约致密油气乃至非常规油气资源开发理论和开发核心技术急需突破的瓶颈。
但是，现有技术的真三轴流固、热流固耦合实验装置中，只能实现单向渗透率的测量，不能实现三维渗透率的测量，不能用来评价非常规储层中常见的强各向异性特征，对于原位地层渗流特征研究意义并不大。
所以，基于原位地层条件下三维渗透率测量的实验装置，便成为了业内人士亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴压加载装置以及热流固耦合装置，以解决现有技术中存在的不能实现原位地层条件下三维渗透率测量的技术问题。
本发明提供的一种轴压加载装置，包括装置本体，所述装置本体包括壳体；
所述装置本体还包括设置在所述壳体上的至少两个X轴施压杆、至少两个Y轴施压杆和至少两个Z轴施压杆；
至少两个所述X轴施压杆沿X轴相对设置，至少两个所述Y轴施压杆沿Y轴相对设置，至少两个所述Z轴施压杆沿Z轴相对设置；
所述装置本体的中心设置有承压机构。
在上述技术方案中，为了实现三维渗透率的测量，所以在X轴、Y轴和Z轴三个方向上均设置了施压杆，利用每个方向上至少两个施压杆相对施压的结构形成三维的轴压加载装置，这样的话就能够实现三个方向轴压的独立加载，以最大限度模拟地层条件，为原位地层条件下渗透率的测量奠定基础。
进一步的，在本发明的实施例中，还包括承压机架；
所述X轴施压杆、所述Y轴施压杆和所述Z轴施压杆上均设置有轴向的导向槽；
所述承压机架与所述导向槽滑动连接，用于限制所述X轴施压杆、所述Y轴施压杆和所述Z轴施压杆沿轴向移动。
进一步的，在本发明的实施例中，所述壳体的内壁设置有加热机构。
进一步的，在本发明的实施例中，所述加热机构包括设置在所述壳体内壁上的圆环形PTC热敏电阻。
进一步的，在本发明的实施例中，所述X轴施压杆包括第一杆体和第二杆体，所述第二杆体的直径小于所述第一杆体，所述第二杆体同轴设置在所述第一杆体的外端；
和\或，所述Y轴施压杆包括第一杆体和第二杆体，所述第二杆体的直径小于所述第一杆体，所述第二杆体同轴设置在所述第一杆体的外端；
和\或，所述Z轴施压杆包括第一杆体和第二杆体，所述第二杆体的直径小于所述第一杆体，所述第二杆体同轴设置在所述第一杆体的外端。
进一步的，在本发明的实施例中，还包括保温层；
所述保温层设置在所述壳体外；
所述第一杆体插接在所述壳体的内孔中，所述第二杆体插接在所述保温层的外孔中。
进一步的，在本发明的实施例中，所述X轴施压杆的表面涂覆有纳米涂层；
和\或，所述Y轴施压杆的表面涂覆有纳米涂层；
和\或，所述Z轴施压杆的表面涂覆有纳米涂层。
进一步的，在本发明的实施例中，所述壳体的材质包括环氧玻璃。
进一步的，在本发明的实施例中，所述保温层通过EVA与ITO透明材料贴合而成。
进一步的，在本发明的实施例中，所述壳体呈圆筒结构；
所述壳体的直径为400mm，高度为400mm。
进一步的，在本发明的实施例中，所述外壳呈圆筒结构。
进一步的，在本发明的实施例中，所述第一杆体的直径为100mm，长度为100mm。
进一步的，在本发明的实施例中，所述第二杆体的直径为50mm，长度为40mm。
进一步的，在本发明的实施例中，所述纳米涂层包括UGL-9纳米涂层。
本申请还提供了一种热流固耦合装置，包括所述轴压加载装置。
在上述技术方案中，所述热流固耦合装置采用了所述轴压加载装置，利用每个方向上至少两个施压杆相对施压的结构形成三维的轴压加载装置，这样的话就能够实现三个方向轴压的独立加载，以最大限度模拟地层条件，为原位地层条件下渗透率的测量奠定基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例提供的轴压加载装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的热流固耦合装置的剖视图；
图3为本发明一个实施例提供的热流固耦合装置的结构示意图；
图4为本发明一个实施例提供的承压机构的结构示意图；
图5为本发明一个实施例提供的承压台体的结构示意图；
图6为图5所示的承压台体的俯视图；
图7为图5所示的承压台体的侧视图；
图8为本发明一个实施例提供的导流槽的结构示意图；
图9为本发明一个实施例提供的承压机构的内部结构示意图；
图10为本发明一个实施例提供的承压机构的内部整体结构示意图。
附图标记：
1-承压台体；2-壳体；3-X轴施压杆；4-Y轴施压杆；
5-Z轴施压杆；6-承压机架；7-加热机构；8-保温层；
11-承压子台体；12-缓冲填充层；13-缓冲片层；
14-导流槽；15-流体通道；16-榫卯机构；
61-导向槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明一个实施例提供的轴压加载装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的热流固耦合装置的剖视图；
图3为本发明一个实施例提供的热流固耦合装置的结构示意图。
如图1-3所示，本实施例提供的一种轴压加载装置，包括装置本体，所述装置本体包括壳体2。
另外，所述装置本体还包括设置在所述壳体2上的至少两个X轴施压杆3、至少两个Y轴施压杆4和至少两个Z轴施压杆5；
至少两个所述X轴施压杆3沿X轴相对设置，至少两个所述Y轴施压杆4沿Y轴相对设置，至少两个所述Z轴施压杆5沿Z轴相对设置。
在优选的一个实施例中，所述所述X轴施压杆3、所述Y轴施压杆4以及所述Z轴施压杆5的数量均为两个，并且两个所述X轴施压杆3、两个所述Y轴施压杆4以及两个所述Z轴施压杆5是如图1中所示的结构来设置的，两个所述X轴施压杆3、两个所述Y轴施压杆4以及两个所述Z轴施压杆5分别两两相对，然后朝向中心设置的承压机构。
由上可知，为了实现真三轴应力施加，所以在X轴、Y轴和Z轴三个方向上均设置了施压杆，所以基于两个所述X轴施压杆3、两个所述Y轴施压杆4以及两个所述Z轴施压杆5的结构，利用每个方向上的两个施压杆进行相对的施压，以形成三维的轴压加载装置。
这样的话，利用X、Y和Z三个方向上的两个所述X轴施压杆3、两个所述Y轴施压杆4以及两个所述Z轴施压杆5就能够实现三个方向轴压的独立加载，以最大限度模拟地层条件，为原位地层条件下渗透率的测量奠定基础。
其中，轴向额压力可以采用六个两两相对的液压缸提供，液压缸的压力作用于两个所述X轴施压杆3、两个所述Y轴施压杆4以及两个所述Z轴施压杆5以后，继续通过两个所述X轴施压杆3、两个所述Y轴施压杆4以及两个所述Z轴施压杆5施加于岩心。
继续参考图1，在本发明的实施例中，还包括承压机架6，所述承压机架6是限制两个所述X轴施压杆3、两个所述Y轴施压杆4以及两个所述Z轴施压杆5的运动的。
其中，所述X轴施压杆3、所述Y轴施压杆4和所述Z轴施压杆5上均设置有轴向的导向槽61。
所述承压机架6与所述导向槽61滑动连接，用于限制所述X轴施压杆3、所述Y轴施压杆4和所述Z轴施压杆5沿轴向移动。
这种承压机架6的设置是为了保证所述X轴施压杆3、所述Y轴施压杆4和所述Z轴施压杆5所施加的压力能够与承压机构形成对位，使中心作用点不发生偏差。
如图1所示，通过承压机构和导向槽61的相互配合，即可以使所述X轴施压杆3、所述Y轴施压杆4和所述Z轴施压杆5受到上、下、左和右四个方向的控制。
优选的，所述承压机架6可以设置成榫卯结构，以提高稳定性。
其中，榫头部分即稳定结构固定于中间系统壁面，施压杆四个方向分别刻画导轨槽，即榫眼部分，将稳定结构与导轨槽整体组装形成整体稳定结构，
进一步的，在本发明的实施例中，所述壳体2的内壁设置有加热机构7，利用加热机构7可以对内部进行加热。
优选的，所述加热机构7包括设置在所述壳体2内壁上的圆环形PTC热敏电阻，PTC热敏电阻具有热阻小和换热效率高的特点。
PTC热敏电阻可以设置为200℃以下的多个档次，能够根据自身材料性能自动恒温，无需温度控制系统。
相对于现有技术中的常规电加热方式来说，PTC热敏电阻的加热具有电热转化率高、不发光发热、安全稳定性好以及使用寿命长等特点。此外，PTC热敏电阻还能够实现自控恒温发热，无需过多的温度保护装置，简单实用。
进一步的，在本发明的实施例中，所述X轴施压杆3包括第一杆体和第二杆体，所述第二杆体的直径小于所述第一杆体，所述第二杆体同轴设置在所述第一杆体的外端。
或者，所述Y轴施压杆4包括第一杆体和第二杆体，所述第二杆体的直径小于所述第一杆体，所述第二杆体同轴设置在所述第一杆体的外端。
或者，所述Z轴施压杆5包括第一杆体和第二杆体，所述第二杆体的直径小于所述第一杆体，所述第二杆体同轴设置在所述第一杆体的外端。
其中，第一杆体和第二杆体可以是整体结构，也可以是拼接的结构。
优选的，在本发明的实施例中，所述第一杆体的直径为100mm，长度为100mm。
优选的，在本发明的实施例中，所述第二杆体的直径为50mm，长度为40mm。
进一步的，在本发明的实施例中，还包括保温层8，所述保温层8设置在所述壳体2外。
采用保温层8和壳体2相配合的方式可以提高保温的效果，形成内外结合的保温系统，提高温度变化的稳定性，并能够节约能耗。
优选的，在本发明的实施例中，所述壳体2的材质包括环氧玻璃。
优选的，在本发明的实施例中，所述保温层8通过EVA与I TO透明材料贴合而成。
并且，优选的，所述壳体2呈圆筒结构，所述壳体2的直径为400mm，高度为400mm。
优选的，在本发明的实施例中，所述外壳呈圆筒结构。
而在装配的过程中，所述第一杆体插接在所述壳体2的内孔中，所述第二杆体插接在所述保温层8的外孔中。
配合所述承压机架6的导向作用，使所述承压机架6与壳体2的内孔和保温层8的外孔相配合，能够确保受力中心的稳定，避免因加载不准确而导致的测量偏差。
进一步的，在本发明的实施例中，所述X轴施压杆3的表面涂覆有纳米涂层。
或者，所述Y轴施压杆4的表面涂覆有纳米涂层。
或者，所述Z轴施压杆5的表面涂覆有纳米涂层。
将X轴施压杆3、所述Y轴施压杆4和所述Z轴施压杆5的表面尚均涂覆有纳米涂层，可以起到减少热量散失的作用。
优选的，在本发明的实施例中，所述纳米涂层包括UGL-9纳米涂层。
本申请还提供了一种热流固耦合装置，包括所述轴压加载装置。
由于所述轴压加载装置的具体结构、功能原理以及技术效果已经在前文详述，在此便不再赘述。
所以，任何有关于所述轴压加载装置的技术内容，也均可参考前文对于所述轴压加载装置的记载。
由上可知，所述热流固耦合装置采用了所述轴压加载装置，利用每个方向上至少两个施压杆相对施压的结构形成三维的轴压加载装置，这样的话就能够实现三个方向轴压的独立加载，以最大限度模拟地层条件，为原位地层条件下渗透率的测量奠定基础。
图7为本发明一个实施例提供的承压机构的结构示意图；
图8为本发明一个实施例提供的承压台体1的结构示意图；
图6为图8所示的承压台体1的俯视图。
首先，如图7、图8和图6所示，本实施例提供的一种承压机构，包括六个承压台体1，六个所述承压台体1两两相对设置并拼接成具有空腔的正方体结构。也即是，六个所述承压台体1在上、下、前、后、左、右六个方向分别设置，并且均朝向中心。参考图8中的所述承压台体1的结构，六个承压台体1的斜侧边相结合，然后向中心靠拢，相互拼接成一个正方体的结构。
优选的，在本发明的实施例中，多个所述承压台体1之间通过铆件连接。
具体的，继续参考图8，所述承压台体1包括四个承压子台体11，四个所述承压子台体11呈矩阵排列并两两连接拼接成所述承压台体1。也即是，每个承压台体1的四个承压子台体11都如图8中的方式所矩阵排列，并且，重要的是，为了实现真三轴的施压，所以在相邻所述承压子台体11之间设置有缓冲填充层12。
图9为本发明一个实施例提供的承压机构的内部结构示意图；
图10为本发明一个实施例提供的承压机构的内部整体结构示意图。
可选择的，如图9和图10所示，在本发明的实施例中，多个所述承压子台体11之间通过榫卯机构16连接。
由上可知，承压机构的刚性部分为六个承压台体1，而在每个承压台体1的组成结构中，包括了四个承压子台体11和设置在四个承压子台体11之间的缓冲填充层12。
所以，当进行承压试验的时候，所述缓冲填充层12会发生形变，以随着岩石的变形使每个方向的承压台体1中的四个承压子台体11的相对距离随之发生变化。
当每个方向的承压台体1中的四个承压子台体11的相对距离随之发生变化以后，就会使每个承压台体1的本身结构相对应的变形，所以所述承压机构就可以形成一种刚柔混合的承压结构，与现有技术中的刚性承压结构相比，在进行承压试验的过程中，这种刚柔结合的承压结构可以实现岩石和每个方向的承压台体1同时受压变形，当对每个承压台体1施压的时候，所述承压台体1在轴向运动的过程中，其内表面的面积会随着施压的大小而发生变化，而在这种变化的过程中，承压台体1的内表面的面积是始终与内部岩石的面积相等的。
所以与现有技术相比，这种刚柔结合的承压结构既能够良好的避免三轴相互干扰的现象出现，实现真三轴的变化，又可以避免空白角的问题发生，继而就避免了由于空白角导致的应力集中的现象出现，整个结构具有良好的稳定性。
优选的，所述缓冲填充层12的材质包括丁腈橡胶。
图7为图8所示的承压台体1的侧视图。
如图7所示，在本发明的实施例中，所述承压台体1的内表面设置有缓冲片层13，缓冲片层13可以进一步使施加于岩心的作用力更加均匀，避免岩心受力不均的现象发生。
优选的，所述缓冲片层13的材质包括橡胶。
进一步的，在本发明的实施例中，设置在相邻所述承压台体1内表面的所述缓冲片层13相连接，当相邻的缓冲片层13相互连接起来以后，就能够实现整个结构内部具有良好的密封性。
而在实际操作的过程当中，当承压台体1受力后也会使相邻的缓冲片层13相互接触，实现承压机构内部的渗流系统密封，保证渗透率测量的顺利进行。
图8为本发明一个实施例提供的导流槽的结构示意图
如图8所示，在本发明的实施例中，所述缓冲片层13的表面设置有放射状的导流槽14，但是所述导流槽14在设置的时候优选为不贯穿整个缓冲片层13。
这种放射状的导流槽14可以保证流体和岩心形成最大接触面积，进而减小实验误差。
进一步的，在本发明的实施例中，至少一个所述承压台体1上的所述缓冲填充层12上设置有流体通道15，所述流体通道15延伸至所述承压台体1内表面的缓冲片层13，所述流体通道15用来灌注流体，使流体流入到承压机构的内部腔中。
优选的，如图7所示，这种流体通道15一般是设置在每个承压台体1的中心位置的，这样可以保证流体流入承压机构内部的时候具有更好的均匀性。
优选的，在本发明的实施例中，所述承压子台体11与所述缓冲填充层12之间通过改性环氧胶粘剂粘接。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种轴压加载装置，包括装置本体，其特征在于，所述装置本体包括壳体(2)；
所述装置本体还包括设置在所述壳体(2)上的至少两个X轴施压杆(3)、至少两个Y轴施压杆(4)和至少两个Z轴施压杆(5)；
至少两个所述X轴施压杆(3)沿X轴相对设置，至少两个所述Y轴施压杆(4)沿Y轴相对设置，至少两个所述Z轴施压杆(5)沿Z轴相对设置；
所述装置本体的中心设置有承压机构；
还包括承压机架(6)；
所述X轴施压杆(3)、所述Y轴施压杆(4)和所述Z轴施压杆(5)上均设置有轴向的导向槽(61)；
所述承压机架(6)与所述导向槽(61)滑动连接，用于限制所述X轴施压杆(3)、所述Y轴施压杆(4)和所述Z轴施压杆(5)沿轴向移动。
2.根据权利要求1所述的轴压加载装置，其特征在于，所述壳体(2)的内壁设置有加热机构(7)。
3.根据权利要求2所述的轴压加载装置，其特征在于，所述加热机构(7)包括设置在所述壳体(2)内壁上的圆环形PTC热敏电阻。
4.根据权利要求1所述的轴压加载装置，其特征在于，所述X轴施压杆(3)包括第一杆体和第二杆体，所述第二杆体的直径小于所述第一杆体，所述第二杆体同轴设置在所述第一杆体的外端；
和\或，所述Y轴施压杆(4)包括第一杆体和第二杆体，所述第二杆体的直径小于所述第一杆体，所述第二杆体同轴设置在所述第一杆体的外端；
和\或，所述Z轴施压杆(5)包括第一杆体和第二杆体，所述第二杆体的直径小于所述第一杆体，所述第二杆体同轴设置在所述第一杆体的外端。
5.根据权利要求4所述的轴压加载装置，其特征在于，还包括保温层(8)；
所述保温层(8)设置在所述壳体(2)外；
所述第一杆体插接在所述壳体(2)的内孔中，所述第二杆体插接在所述保温层(8)的外孔中。
6.根据权利要求1所述的轴压加载装置，其特征在于，所述X轴施压杆(3)的表面涂覆有纳米涂层；
和\或，所述Y轴施压杆(4)的表面涂覆有纳米涂层；
和\或，所述Z轴施压杆(5)的表面涂覆有纳米涂层。
7.根据权利要求1所述的轴压加载装置，其特征在于，所述壳体(2)的材质包括环氧玻璃。
8.根据权利要求5所述的轴压加载装置，其特征在于，所述保温层(8)通过EVA与ITO透明材料贴合而成。
9.一种热流固耦合装置，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的轴压加载装置。
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