CN108709783A - 人造岩芯制备装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种人造岩芯制备装置及其制备方法，包括压制塞头和压制模具筒，其特征在于还包括保温箱，保温箱内设置有温控装置，压制塞头和压制模具筒由上至下同轴设置于保温箱内，压制塞头可活动套接于压制模具筒内部；保温箱外部设置有千斤顶，千斤顶的螺杆与压制塞头的顶部固定连接以驱动压制塞头在压制模具筒内部活动；还包括压制载物台和取芯载物台；压制载物台和取芯载物台均可设置于压制模具筒的顶端并用于支承压制模具筒；保温箱内部还设置有用于支承压制载物台和取芯载物台的支架。本发明结构简单、便于移动，占地面积小、生产效率高，可减少人工操作和经济成本，能制造不同尺寸的人造岩芯并可自动取出。

Description

人造岩芯制备装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及地下工程开挖开发以及油气地下储存技术领域，具体涉及一种人造岩芯制备装置及其制备方法。

背景技术

岩体的物理参数对现在中重大的地下工程，特别是涉及到现在国家战略的物资油气地下储备中有着极其重要的科学研究作用，但是由于天然形成的岩芯提取的流程复杂，以及相应的费用也高，取出的利用率也是受到很大影响，对岩芯的物理参数获取模拟实验有很大得局限，所以目前一般选用人造岩芯来代替天然岩芯进行室内模拟实验。通常研究不同的岩芯物理参数，对岩芯物体的一些尺寸以及相应的形成温度环境下也有很大的要求，在工程实际施工中，针对不同的地方，不同的工程领域存在的不同试样标准，这就对试验试样尺寸有要求，同时岩体的形成是在地下经过一系类的物理、化学反应。而这些反应温度催化剂起着至关重要，所以在制作人造岩芯应使温度环境模式能更加贴近实际，同时进行地下工程岩体研究分析取芯难度比较大，目前人造岩芯制取尺寸单一，且环境通常是在室内常温下。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种人造岩芯制备装置及其制备方法。

本发明提供了一种人造岩芯制备装置，包括压制塞头和压制模具筒，其特征在于还包括保温箱，保温箱内设置有温控装置，压制塞头和压制模具筒由上至下同轴设置于保温箱内，压制塞头可活动套接于压制模具筒内部；保温箱外部设置有千斤顶，千斤顶的螺杆与压制塞头的顶部固定连接以驱动压制塞头在压制模具筒内部活动；还包括压制载物台和取芯载物台，压制载物台为一个无开孔的平台结构，取芯载物台为一个中央开孔的平台结构；压制载物台和取芯载物台均可设置于压制模具筒的顶端并用于支承压制模具筒；保温箱内部还设置有用于支承压制载物台和取芯载物台的支架。

所述压制塞头和压制模具筒包括多组，每组压制塞头和压制模具筒的直径不同，同组的压制塞头和压制模具筒尺寸一一对应。

所述压制载物台中央设置有用于卡设压制模具筒的台阶状的圆形凹槽，所述台阶状的圆形凹槽的多个内部槽体直径与多个压制模具筒的外径一一对应。

所述压制取芯台中央设置有台阶圆形通孔，压制取芯台包括多个，多个取芯台设置有不同的直径通孔的台阶圆形通孔；且台阶圆形通孔出口端的直径和多个压制模具筒的内径的大小一一对应；且台阶圆形通孔的进口端的直径与多个压制模具筒的外径的大小一一对应。

所述支架包括两个对称设置的支撑板，支撑板的两端分别于保温箱的顶面和底面固定连接，两个支撑板的相对面上均设置有滑槽，分别位于两个支撑板上的滑槽一一对应；所述压制载物台和取芯载物台的两端可分别卡设于相对应的两个滑槽之间；所述压制载物台或取芯载物台卡设于两个滑槽之间且与压制模具筒的轴线垂直。

所述两个支撑板的顶端向保温箱顶面的外部延伸形成用于支承千斤顶的固定架；两个固定架的顶部之间设置有横杆；千斤顶的端部与横杆的底面固定连接，千斤顶的螺杆穿过保温箱的顶面与压制塞头固定连接；千斤顶、压制塞头和压制模具筒同轴设置于两个支撑板之间。

所述千斤顶连接有拉拔仪。

所述保温箱的顶面卡设有温度计，温度计的检测头位于保温箱内部，温度计的读数区域位于保温箱外部。

所述保温箱的一个侧面为可开启的箱门，箱门上设置有观察孔，观察孔的位置与温度计的检测头相对应。

基于所述人造岩芯制备装置的人造岩芯制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将制作人造岩芯的各材料进行前期处理然后进行混合搅拌；

(2)根据所需制备的岩芯尺寸选择尺寸匹配的压制模具筒、压制载物台对应的槽口及压制塞头的尺寸和数量，在压制模具筒内壁刷一层润滑油后将岩芯搅拌物置于压制模具筒内并人工压制；

(3)在压制塞头下端面涂抹润滑油，置于压制模具筒筒内混合物材料上端，将压制塞头上端与千斤顶螺杆端部固定；在支架上安装压制载物台，经压制模具筒放置于压制载物台的凹槽内；

(4)调制温控装置，使保温箱内部达到一定的温度，观察温度计，操控温控装置，使保温箱内部维持所需温度一定的时间；

(5)拧紧拉拔仪边泄压阀，手动拉拔仪进行压力压制，千斤顶的螺杆推动压制塞头进入压制模具筒，并对压制模具筒内的岩芯搅拌物施加施加压力；手动拉拔仪维持指定压力在指定时间内不变；

(6)压制完成后，岩芯搅拌物生成人造岩芯；

(7)抬起压制模具筒，实现压制模具筒与压制载物台的分离后拆除压制载物台；然后安装取芯载物台并将压制模具筒放置于取芯载物台上；继续拧紧拉拔仪上的泄压阀，使人造岩芯从取芯载物台的孔中穿出。

本发明包括多组尺寸不同的压制模具筒和压制塞头，可以制取不同尺寸的岩芯，压制载物台上设置的台阶状凹槽可满足不同尺寸的压制模具筒的固定需求。本发明设置有中央开孔的取芯载物台，操作人员可简单的将取芯载物台替压制载物台，并继续施压，即可取出人造岩芯，操作简单。本发明中保温箱内部的温控装置可以控制在一定温度条件下进行人造岩芯压制，保证生产的人造岩芯符合生产需求。本发明结构简单、便于移动，占地面积小、生产效率高，可减少人工操作和人力成本，通过控制试剂、温度、压力、压制时间、结合粒度组成及岩芯尺寸可制备具不同试验所需的岩样。同时，所述压制塞头置于压制模具筒的内孔中，所述的支架板柱上设有多个载物台槽口，可根据所需制作的岩芯以及取出岩芯选择相应槽口放置压制载物台和取芯载物台，满足不同的生产需求。所述的支架板柱的两端面与保温箱下部以及上部分进行焊接固定，本发明内部整体结构稳定。所述的压制模具的下端面与压制载物台的上端面连接，所述装置内设有温度控制，通过保温箱正面温度计观察口可以很好的控制制作岩芯内部的温度，所述的装置下部设有四个承重角，整体美观大方，且便于移动，还可随时定位，所述的拉拔仪上有电子显示压力盘，压力随时观察记录。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是不同尺寸模具筒及压制塞头整体结构示意图

图3是的温控装置结构示意图

图4是压制载物台结构示意图

图5是取芯载物台结构示意图

其中，1-支撑板、2-保温箱、3-千斤顶、4-拉拔仪、5-压制塞头、6-压制模具筒、7-温度计、8-滑槽、9-压制载物台、10-取芯载物台、11-温控装置、12-温控插头12、13-观察口、14-承重垫脚块、15-固定架，16-横杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

下面结合附图对本发明做更进一步的说明。

如图1至5所示，本发明涉及的是一种人造岩芯制备装置及制备方法，包括有包括两个支撑板1、保温箱2、千斤顶3、拉拔仪4、压制塞头5、压制模具筒6、温度计7、滑槽8、压制载物台9、取芯载物台10、温控装置11、温控插头12、观察口13、承重垫脚块14。所述压制塞头置于压制模具筒的内孔中，所述的两个支撑板上均设有三个滑槽8。操作人员可根据所需制作的岩芯以及取出岩芯选择相应滑槽，用于卡设压制载物台或者取芯载物台。所述的支撑板1的底端和上端与保温箱2底面和顶面进行焊接固定。所述保温箱2内设有温控装置11，通过保温箱2正面的观察口13可以很好的控制制作岩芯内部的温度。整体美观大方，且便于移动，还可随时定位，所述的拉拔仪4上有电子显示压力盘，压力随时观察记录。

所述两个支撑板的顶端向保温箱顶面的外部延伸形成用于支承千斤顶的固定架15；两个固定架的顶部之间设置有横杆16；千斤顶的端部与横杆的底面固定连接，千斤顶的螺杆穿过保温箱的顶面与压制塞头固定连接；千斤顶、压制塞头和压制模具筒同轴设置于两个支撑板之间。保温箱内部四个角设置有承重垫脚块14，保证保温箱是操作过程中不发生位移。

根据所制作的人造岩芯不同的直径的要求，设置有多组直径不同的压制塞头和压制模具筒。每组压制塞头5的长度是60mm，可以根据压制的不同尺寸和不同程度增减压制塞头5的个数，各压制塞头5两端是平整的，压制塞头5之间可以很好的对接。多个压制塞头可同轴设置，以配合不同压制模具筒的尺寸和安装位置的变化。

所述压制载物台中央设置有用于卡设压制模具筒的台阶状的圆形凹槽，所述台阶状的圆形凹槽的多个内部槽体直径与多个压制模具筒的外径一一对应，保证多个压制模具筒可以卡设于与其尺寸对应的圆形凹槽内，不会再压制过程中产生位移。

所述压制取芯台中央设置有台阶圆形通孔，压制取芯台包括多个，多个取芯台设置有不同的直径通孔的台阶圆形通孔；且台阶圆形通孔出口端的直径和多个压制模具筒的内径的大小一一对应；且台阶圆形通孔的进口端的直径与多个压制模具筒的外径的大小一一对应，保证不同尺寸的压制模具筒在人造岩芯取出的过程中可以从进口端插入台阶圆形通孔并稳定卡设于台阶中，同时人造岩芯可以出台阶圆形通孔的出口端压出。

所述的压制模具筒6、压制塞头5、压制板柱1、压制载物台9以及取芯载物台10采用优质40Cr钢整体加工而成，工作压力值均可以承受15Mpa，压制塞头5表面通过淬火冷却处理使其表面强度能够达到一定的强度，保温箱2内部有轻质铝合金制成其内部布置一层岩棉保温板。

在制取尺寸人造岩芯之前，首先选择尺寸匹配的压制模具筒和压制塞头。将压制载物台9的两端卡设于两个对应的滑槽8槽口中，然后将选好的压制模具筒放置于压制载物台上匹配的凹槽内，保证压制模具筒在压制载物台上不同发生位移。然后将压制塞头5下端部置于压制模具筒6内部，其上端部与千斤顶3螺杆端部相接触，完成压制工具的安装。

然后插上温控插头12，温控装置11开始为保温箱内的空气加热。所述保温箱2内的控制温度装置11，温度没有达到指定温度时进行加热升温，通过保温箱2前面右上端有一个温度观察口13有上端温度计观察控制。当温度到达一定的程度后，操作人员可通过温度观察口13或人眼直接观察，查看温度计读数获知，当温度达到指定温度后，操作人员手动操作给温控装置11断电，即断开温控装置11的温控插头12。随着地下深度增加100m一般温度会上升3.7°来进行一定温度下的人造岩芯制取。温控插头用于实现温控装置的电源连接，保证人造岩芯的制取过程在指定温度条件下进行。

最后手动高吨位拉拔仪4制动千斤顶，拉拔仪显示压力盘上会有一定要求的压力显示值，从而使得人造岩芯处于一定的压力下。

人造岩芯生成后，操作人员打开保温箱的箱门，抬起压制模具筒，实现压制模具筒与压制载物台的分离后拆除压制载物台；然后安装取芯载物台并将压制模具筒放置于取芯载物台上；继续拧紧拉拔仪上的泄压阀，使人造岩芯从取芯载物台的孔中穿出。或者操作人员早生成人造岩芯后取出压制模具筒并直接放置于保存装置内，将人造岩芯保留于压制模具筒内；待有需要时，再将压制模具和取芯载物台安装于支架上，利用千斤顶和压制塞头通过向压制模具筒内施压，取出人造岩芯。

下面给出一个具体的实施例

制备三种不同直径的地下一千五百米的人造泥岩的岩芯的方法，包括以下步骤：

a.将32份灰黑色河砂(二氧化硅含量大于90％，粒径小于1mm)、8份灰白色重晶石粉(硫酸钡含量大于90％，粒径为0.1～0.5mm)、5份灰色硅酸盐水泥(硅酸钙含量大于75％，粒径为0.1～0.5mm)、5份白色石膏(硫酸钙含量大于95％，粒径为0.1～0.5mm)及9份水按照先后顺序依次加入到搅拌桶中。每加入一种原材料都需搅拌混合充分后才能加入后一种原料，以确保混合过程充分、各原材料混合均匀。其中，水分三次加入，每次加入量约为3份。

b.根据所需制备的岩芯尺寸确定压制载物台9对应的滑槽8及压制塞头5数量，并将压制模具筒6内壁刷一层润滑油，且制作岩芯材料搅拌物置于压制模具筒6内，前期做一些简单的人工压制；

c.在压制塞头5下端面涂抹润滑油，置于压制模具筒6内混合物材料上端，压制塞头上端接触千斤顶螺杆端部；多个压制塞头可同轴叠加并套接于压制模具筒内，保证混合物材料与千斤顶之间的压力有效传递；

d.调制保温箱2内温度控制装置11至55.5°，通过温度观察口13或直接通过肉眼观察温度计7读数，上述方法取决于温度计读数在保温箱内部或者外部，并维持所需温度一定的时间；

e.拧紧拉拔仪4边泄压阀，手动拉拔仪4进行压力压制维持一定时间下的压力15MP不变；上述压力通过压制塞头传递至压制模具筒的混合物，直至生成人造岩芯。

d.用取芯载物台10替换压制载物台，继续拧紧拉拔仪上的泄压阀4，继续加压，将岩芯从取芯载物台10芯口中压出。

e.松开拉拔仪4上的泄压阀，让千斤顶回位。

f.将制取的岩芯放置储存室中，以用于岩芯物理参数模拟实验

g.换取不同尺寸压制模具筒6及压制柱塞5重复上述步骤。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种人造岩芯制备装置，包括压制塞头和压制模具筒，其特征在于还包括保温箱，保温箱内设置有温控装置，压制塞头和压制模具筒由上至下同轴设置于保温箱内，压制塞头可活动套接于压制模具筒内部；保温箱外部设置有千斤顶，千斤顶的螺杆与压制塞头的顶部固定连接以驱动压制塞头在压制模具筒内部活动；还包括压制载物台和取芯载物台，压制载物台为一个无开孔的平台结构，取芯载物台为一个中央开孔的平台结构；压制载物台和取芯载物台均可设置于压制模具筒的顶端并用于支承压制模具筒；保温箱内部还设置有用于支承压制载物台和取芯载物台的支架。

2.根据权利要求1所述的人造岩芯制备装置，其特征在于，所述压制塞头和压制模具筒包括多组，每组压制塞头和压制模具筒的直径不同，同组的压制塞头和压制模具筒尺寸一一对应。

3.根据权利要求2所述的人造岩芯制备装置，其特征在于压制载物台中央设置有用于卡设压制模具筒的台阶状的多级圆形凹槽，所述台阶状的圆形凹槽的多个内部槽体直径与多个压制模具筒的外径一一对应。

4.根据权利要求2所述的人造岩芯制备装置，其特征在于所述压制取芯台中央设置有台阶圆形通孔，压制取芯台包括多个，多个取芯台设置有不同的直径通孔的台阶圆形通孔；且台阶圆形通孔出口端的直径和多个压制模具筒的内径的大小一一对应；且台阶圆形通孔的进口端的直径与多个压制模具筒的外径的大小一一对应。

5.根据权利要求2所述的人造岩芯制备装置，其特征在于所述支架包括两个对称设置的支撑板，支撑板的两端分别于保温箱的顶面和底面固定连接，两个支撑板的相对面上均设置有滑槽，分别位于两个支撑板上的滑槽一一对应；所述压制载物台和取芯载物台的两端可分别卡设于相对应的两个滑槽之间；所述压制载物台或取芯载物台卡设于两个滑槽之间事与压制模具筒的轴线垂直。

6.根据权利要求2所述的人造岩芯制备装置，其特征在于所述两个支撑板的顶端向保温箱顶面的外部延伸形成用于支承千斤顶的固定架；两个固定架的顶部之间设置有横杆；千斤顶的端部与横杆的底面固定连接，千斤顶的螺杆穿过保温箱的顶面与压制塞头固定连接；千斤顶、压制塞头和压制模具筒同轴设置于两个支撑板之间。

7.根据权利要求6所述的人造岩芯制备装置，其特征在于千斤顶连接有拉拔仪。

8.根据权利要求4所述的人造岩芯制备装置，其特征在于保温箱的顶面卡设有温度计，温度计的检测头位于保温箱内部，温度计的读数区域位于保温箱外部。

9.根据权利要求4所述的人造岩芯制备装置，其特征在于保温箱的一个侧面为可开启的箱门，箱门上设置有观察口，观察口的位置与温度计的检测头相对应。

10.基于权利要求1所述的人造岩芯制备装置的人造岩芯制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将制作人造岩芯的各材料进行前期处理然后进行混合搅拌；

(2)根据所需制备的岩芯尺寸选择尺寸匹配的压制模具筒、压制载物台对应的槽口及压制塞头的尺寸和数量，在压制模具筒内壁刷一层润滑油后将岩芯搅拌物置于压制模具筒内并人工压制；

(3)在压制塞头下端面涂抹润滑油，置于压制模具筒筒内混合物材料上端，将压制塞头上端与千斤顶螺杆端部固定；在支架上安装压制载物台，经压制模具筒放置于压制载物台的凹槽内；

(4)调制温控装置，使保温箱内部达到一定的温度，观察温度计，操控温控装置，使保温箱内部维持所需温度一定的时间；

(5)拧紧拉拔仪边泄压阀，手动拉拔仪进行压力压制，千斤顶的螺杆推动压制塞头进入压制模具筒，并对压制模具筒内的岩芯搅拌物施加施加压力；手动拉拔仪维持指定压力在指定时间内不变；

(6)压制完成后，岩芯搅拌物生成人造岩芯；

(7)抬起压制模具筒，实现压制模具筒与压制载物台的分离后拆除压制载物台；然后安装取芯载物台并将压制模具筒放置于取芯载物台上；继续拧紧拉拔仪上的泄压阀，使人造岩芯从取芯载物台的孔中穿出。