CN109374496A - 一种用于将合金注入岩心样品的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于将合金注入岩心样品的实验装置，其包括：岩心杯；合金包裹装置，包括：第一筒体，具有用于放置岩心杯的内腔，第一筒体具有敞口端；第一加热装置，设于第一筒体外；第一堵头，与第一筒体的敞口端密封连接；能对内腔抽真空的真空泵，与第一堵头连接并能与内腔连通；合金注入装置，包括：第二筒体，具有用于放置岩心杯的空腔，第二筒体具有敞口端；第二加热装置，设于第二筒体外；第二堵头，与第二筒体的敞口端密封连接；压力加载装置，与第二堵头连接，并能与空腔连通。本发明能将合金注入岩心样品中，通过对注入合金的岩心样品进行扫描，分析合金在岩心样品中的分布和含量，可以直观和定量地研究页岩/煤储层的连通性。

Description

一种用于将合金注入岩心样品的实验装置

技术领域

本发明涉及油藏储层技术领域，尤其是一种用于将合金注入岩心样品的实验装置。

背景技术

我国非常规油气资源储量丰富，其勘探开发越来越受到关注，为解决勘探及开发中出现的问题，实验研究也逐步深入。非常规储层(如页岩/煤储层)孔隙吼道小，常规实验方法难以探测储层连通性。探测页岩/煤储层的连通性时，先制备页岩/煤样品，然后探测页岩/煤样品中的纳米级孔隙与裂缝相互之间的连通程度。页岩/煤储层的连通性研究，不仅对于页岩气/煤层气的成藏理论研究具有重要意义，对于页岩气/煤层气的开发过程中的渗流/扩散通道研究也具有重要意义。

目前在探测页岩/煤储层的连通性时，将钻取的岩心样品(即页岩/煤样品)直接进行扫描，例如采用CT扫描和FIB三维重构技术进行扫描，利用扫描得到的数据重构岩心体，来研究孔缝连通性，通过此方式得到的连通性数值都是数字计算出来的，而且人为选择的阈值不同，得到的连通性也不一样，难以真实反映储层连通性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于将合金注入岩心样品的实验装置，其能将合金注入岩心样品中，通过对注入合金的岩心样品进行扫描，分析合金在岩心样品中的分布和含量，可以直观和定量地研究页岩/煤储层的连通性。

为达到上述目的，本发明提出一种用于将合金注入岩心样品的实验装置，其包括：用于容置岩心样品和合金的岩心杯；合金包裹装置，所述合金包裹装置包括：第一筒体，其具有用于放置所述岩心杯的内腔和敞口端；用于加热所述第一筒体的第一加热装置，设于所述第一筒体外；第一堵头，与所述第一筒体的敞口端密封连接；用于对所述内腔抽真空的真空泵，与所述第一堵头连接，并能与所述内腔连通；合金注入装置，所述合金注入装置包括：第二筒体，其具有用于放置所述岩心杯的空腔和敞口端；用于加热所述第二筒体的第二加热装置，设于所述第二筒体外；第二堵头，与所述第二筒体的敞口端密封连接；用于对所述空腔加压的压力加载装置，与所述第二堵头连接，并能与所述空腔连通。

如上所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其中，所述合金包裹装置还包括间隔套设在所述第一筒体外的第一保温套、填充在所述第一筒体与所述第一保温套之间的环形空间内的第一保温层、以及扣盖在所述第一筒体上方的第一保温盖，所述第一堵头位于所述第一保温盖内。

如上所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其中，所述第一加热装置包括加热盘，所述加热盘设于所述第一筒体下方。

如上所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其中，所述合金注入装置还包括间隔套设在所述第二筒体外的第二保温套、填充在所述第二筒体与所述第二保温套之间的环形空间内的第二保温层、以及扣盖在所述第二筒体上方的第二保温盖，所述第二堵头位于所述第二保温盖内。

如上所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其中，所述合金注入装置还包括套设在所述第二筒体与所述第二保温层之间的导热套，所述第二加热装置包括多个加热管，多个所述加热管呈环形围绕在所述第二筒体外，并沿所述第二筒体的轴向设置，多个所述加热管分别穿设固定于所述导热套的侧壁内。

如上所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其中，所述第二堵头的下端具有第一锥形外壁面，所述第一锥形外壁面的外径由下至上渐缩，所述第二筒体具有与所述第一锥形外壁面对应的第一锥形内壁面、以及位于所述第一锥形内壁面上方的内螺纹，所述第一锥形内壁面的内径由下至上渐扩；所述合金注入装置还包括将所述第二堵头与所述第二筒体密封连接的密封连接装置，所述密封连接装置包括：密封环，具有第二锥形内壁面和第二锥形外壁面，所述第二锥形内壁面的内径由下至上渐缩，所述第二锥形外壁面的外径由下至上渐扩，所述密封环套设在所述第二堵头外，所述第二锥形内壁面与所述第二堵头的第一锥形外壁面配合，所述第二锥形外壁面与所述第二筒体的第一锥形内壁面配合；压环，呈环形，套设在所述第二堵头外，且顶抵在所述密封环上方，所述压环具有与所述第二筒体的内螺纹配合的外螺纹；预紧环，套设在所述第二堵头外，且顶抵在所述压环上方；预紧螺钉，能从所述预紧环的上端面朝下旋入所述预紧环，并顶紧所述压环。

如上所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其中，所述第二堵头通过高压管线与所述压力加载装置连接，所述第二堵头内由上至下设有依次连通的安装孔、锥形孔和注入孔，所述安装孔的内径大于所述注入孔的内径，所述锥形孔的内径自所述安装孔至所述注入孔渐缩，所述高压管线的一端具有第三锥形外壁面，所述第三锥形外壁面的外径由下至上渐扩，所述高压管线的一端伸入所述安装孔内，且所述第三锥形外壁面与所述锥形孔配合；所述合金注入装置还包括：挡丝，设于所述安装孔内，且套设在所述高压管线外；压帽，其下端伸入所述安装孔内，并套设在所述挡丝与所述第二堵头之间，所述压帽与所述第二堵头螺纹连接。

如上所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其中，所述实验装置还包括第一超高压阀门和第二超高压阀门，所述第一超高压阀门连接在所述合金包裹装置与所述真空泵之间，所述第二超高压阀门连接在所述合金注入装置与所述压力加载装置之间。

如上所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其中，所述实验装置还包括连接在所述合金注入装置与所述压力加载装置之间的超高压安全阀。

如上所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其中，所述压力加载装置为液压泵或手动加压泵。

本发明的用于将合金注入岩心样品的实验装置的特点和优点是：通过设置合金包裹装置和真空泵，能对岩心样品的内的孔隙和裂缝抽真空，并通过预熔融合金将合金包裹在岩心样品表面，通过设置合金注入装置，能在高温高压条件下将合金熔融并注入岩心样品内，通过对注入合金的岩心样品进行扫描，分析合金在岩心样品中的分布和含量，即可直观和定量地研究页岩/煤储层的连通性。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的用于将合金注入岩心样品的实验装置的示意图；

图2是本发明中合金包裹装置的示意图；

图3是本发明中合金注入装置的示意图；

图4是图3中A处的局部放大图；

图5是本发明中合金注入装置和手动加压泵放置在支架上的主视图；

图6是图5中合金注入装置和手动加压泵放置在支架上的俯视图；

图7是本发明中岩心杯的示意图。

主要元件标号说明：

100岩心杯 101螺钉

200合金包裹装置

201第一筒体 2011内腔 202第一堵头

203第一保温套 204第一保温层 205第一保温盖

206加热盘 207压帽 208底座

300真空泵 310真空容器 311真空表

400合金注入装置

401第二筒体 4011空腔 402第二堵头

403第二保温套 404第二保温层 405第二保温盖

406导热套 407加热管 408底座

409立柱 410固定板 411密封连接装置

4111密封环 4112压环 4113预紧环

4114预紧螺钉

412挡丝 413压帽 414高压管线

500压力加载装置 501供液池

600电器控制箱 610温度传感器

700第一超高压阀门

800第二超高压阀门

900支架

1000超高压安全阀

10岩心样品 20合金块体 30压力传感器

40压力表 50手动放空阀 60阀门

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图3所示，本发明提出一种用于将合金注入岩心样品的实验装置，其包括用于容置岩心样品10(如页岩/煤样品)和合金的岩心杯100、合金包裹装置200、真空泵300、合金注入装置400和压力加载装置500，其中合金最好是熔点在70℃～100℃范围内的合金，例如锡铋合金；

合金包裹装置200包括第一筒体201、用于加热第一筒体201的第一加热装置和第一堵头202，第一筒体201具有用于放置岩心杯100的内腔2011，第一筒体201还具有敞口端，第一加热装置设于第一筒体201外，第一堵头202与第一筒体201的敞口端密封连接，用于封闭内腔2011；

真空泵300与第一堵头202连接，并能与内腔2011连通，用于对内腔2011抽真空，以去除岩心样品10中的空气，防止岩心样品10里面残留气体，并能去除系统中的杂气；

合金注入装置400包括第二筒体401、用于加热第二筒体401的第二加热装置和第二堵头402，第二筒体401具有用于放置岩心杯100的空腔4011，第二筒体401还具有敞口端，第二加热装置设于第二筒体401外，第二堵头402与第二筒体401的敞口端密封连接，用于封闭空腔4011；

压力加载装置500与第二堵头402连接，并能与空腔4011连通，用于向空腔4011加压，为注入合金创造高压环境。

本发明的用于将合金注入岩心样品的实验装置的使用方法为：

包裹合金(预熔合金)：将岩心样品10和合金块体20一起放入岩心杯100中，合金块体20在上，岩心样品10在下，将岩心杯100放入第一筒体201的内腔2011中，开启真空泵300，真空泵300对内腔2011抽真空，从而使岩心样品10里面的空气也被抽走，然后关闭真空泵300，开启第一加热装置，第一加热装置对第一筒体201加热(升温至合金的熔点温度，例如100℃)，进而对岩心样品10和合金块体20加热，合金块体20熔融变成合金液体，并包裹在岩心样品10的表面(由于加热温度不高，且没有注入压力，合金液体基本不会注入岩心样品10内部)，包裹完全后，关闭第一加热装置，待岩心样品10和合金冷却后，取出岩心杯100；

注入合金：再将岩心杯100放入第二筒体401的空腔4011内，开启压力加载装置500向空腔4011内预加压，然后开启第二加热装置对第二筒体401加热，进而对岩心样品10和合金加热，通过加热使空腔4011内的压力继续升高，直至空腔4011内达到预设的高压环境(如350MPa～450MPa)，停止加热，此时空腔4011内形成高温高压环境，合金熔融，经过一定时间后，合金液体注入到岩心样品10内。

采用本发明的实验装置，能将合金注入岩心样品中，通过对注入合金的岩心样品进行扫描(例如采用电镜进行扫描)，分析合金在岩心样品中的分布和含量，可以直观和定量地研究页岩/煤储层的连通性。由于合金和岩心在扫描的图片上有明显差异，便于区分。进一步，真空泵300还与第二堵头402连接，并能与空腔4011连通，用于在实验前对空腔4011抽真空，防止空腔4011内残留气体，进一步减小空气在实验操作中的影响，并将合金包裹装置200和合金注入装置400连接为一个整体。具体是，真空泵300连接第一条管线，压力加载装置500连接第二条管线，第一条管线与第二条管线连接后，再通过第三条管线与第二堵头402连接，第一条管线上连接有阀门60，当空腔4011内达到真空条件后，将阀门60关闭。

在一个可行的技术方案中，压力加载装置500为液压泵或手动加压泵，以通过向空腔4011内注入液压油来对空腔4011加压。

采用此方案，注入合金的具体操作步骤为：

预加压(第一次加压)：将装有岩心样品10(岩心样品包裹有合金)的岩心杯100放入第二筒体401的空腔4011内，开启液压泵或手动加压泵，向空腔4011内岩心杯100外部的空间注入一定量的液压油，以对空腔4011预加压至一定压力(不超过80MPa)，需注意不要使液压油的液面高于岩心杯100，然后停止继续注入液压油；

加热加压(第二次加压)：之后开启第二加热装置，使第二加热装置对第二筒体401，进而对岩心样品10和合金加热，加热至一定温度(合金的熔点温度)后，合金熔化，继续向空腔4011内注满液压油，液压油浮在熔化的合金液体上，此过程中使第二加热装置保持持续加热，液压油受热膨胀产生压力，当空腔4011内达到预设的高压环境(如350MPa～450MPa)时，停止继续加热，此时空腔4011内形成高温高压环境，经过一定时间后，合金液体注入到岩心样品10内的纳米级孔隙中。

如图7所示，例如，岩心杯100采用不锈钢制作而成，岩心杯100的外壁面呈圆柱形，岩心杯100的内腔形状为方形，岩心杯100的外径为39mm，高度为34mm，内腔尺寸为26*26*30mm；为了方便取出岩心杯100，在岩心杯100顶部两侧分别装配有M4的螺钉101，可用镊子夹持螺钉101将岩心杯100取出；岩心杯100的内腔高度比岩心样品10高出5mm，以用于盛放合金块体20，例如，岩心样品10的尺寸为25*25*25mm。

如图2所示，在一个具体实施例中，合金包裹装置200还包括间隔套设在第一筒体201外的第一保温套203、填充在第一筒体201与第一保温套203之间的环形空间内的第一保温层204、以及扣盖在第一筒体201上方的第一保温盖205，第一堵头202位于第一保温盖205内，第一保温盖205位于第一保温层204上方，第一保温盖205的下端顶抵第一保温层204的上端。通过设置第一保温套203、第一保温层204和第一保温盖205，能对第一筒体201进行保温，减少热量损失。

进一步，第一加热装置包括加热盘206，加热盘206设于第一筒体201下方，通过加热盘206对第一筒体201加热。

进一步，合金包裹装置200还包括压帽207，压帽207扣盖在第一筒体201上，压帽207的上端套设在第一堵头202外，压帽207的下端套设在第一筒体201与第一保温层204之间，压帽207位于第一保温盖205下方。

进一步，合金包裹装置200还包括底座208，底座208设于加热盘206下方，起到支撑作用。

如图1所示，进一步，本发明的实验装置还包括真空容器310，真空容器310连接在真空泵300和合金包裹装置200之间，真空容器310与真空泵300之间的连接管线上还设有真空表311，例如，真空表311的型号为YF100，真空容器310的容积为1L，材质为有机玻璃。例如，真空泵300的型号为2ZX-4型，真空度为6×10-2pa，抽气速度为4L/S，电机功率为220v/0.55kw，进气口内径为25mm。其中，真空容器具有指示作用，在抽真空的过程中，是先将空腔4011和内腔2011中的空气抽到真空容器310，然后再将气体抽出来，当真空容器310上的真空表311(或压力表)显示为稳定的-0.08MPa时，即表示空腔4011或内腔2011内已经形成真空环境。

如图3所示，在另一个具体实施例中，合金注入装置400还包括间隔套设在第二筒体401外的第二保温套403、填充在第二筒体401与第二保温套403之间的环形空间内的第二保温层404、以及扣盖在第二筒体401上方的第二保温盖405，第二堵头402位于第二保温盖405内，第二保温盖405位于第二保温层404上方，第二保温盖405的下端顶抵第二保温层404的上端。通过设置第二保温套403、第二保温层404和第二保温盖405，能对第二筒体401进行保温，减少热量损失。

其中，保温套由不锈钢材料制成，采用脱卸式结构，便于安装和维护。

进一步，合金注入装置400还包括套设在第二筒体401与第二保温层404之间的导热套406，例如导热套406为导热钢套，第二加热装置包括多个加热管407，例如加热管407为电热管，为实验提供所需的温度，模拟温度为室温～150℃；多个加热管407呈环形围绕在第二筒体401外，并沿第二筒体401的轴向设置，多个加热管407分别穿设固定于导热套406的侧壁内。采用导热套406布置加热管407，使加热管407呈环形排布，能使空腔4011内的温度均匀。第二加热装置的温度设置通过控温二次仪表进行设定。

如图1、图5、图6所示，更进一步，实验装置还包括电器控制箱(如PID控制器)600，电器控制箱600与第二加热装置(即加热管407)电连接，以调节控制温度，控制精度为±1℃。

如图1所示，进一步，本发明的实验装置还包括用于测量合金注入装置400内的温度的温度传感器610，温度传感器610能实时监测合金注入装置400内的温度变化。

再如图3所示，进一步，合金注入装置400还包括底座408、多根立柱409和固定板410，立柱409的下端与底座408连接，立柱409的上端与固定板410连接，第二筒体401位于固定板410上方，第二保温层404和第二保温套403也位于固定板410上方。

进一步，第一筒体201所选用的材料是GH4169高温高强度合金钢，其在595℃时的许用应力为760MPa，是普通不锈钢1Cr18Ni9Ti的8倍；其屈服强度和抗拉强度值也远大于1Cr18Ni9Ti，因此在高温(300℃)高压(400MPa)下不会产生蠕变，不会导致筒体微漏，从而确保实验过程中的安全性；从其化学成分看，其杂质含量较低，因此其抗氧化还原性能也高于ICr18Ni9Ti，从而保证在加热过程中不会生成大量还原性气液产物腐蚀第一筒体201，因此不会影响实验产物纯度和高压釜使用寿命；另外，由于该材料材质轻，第一筒体201自身重量仅为采用ICr18Ni9Ti制成同样尺寸筒体的1/3，便于拆卸和清洗，降低了操作人员的劳动强度。

在如图3所示的实施例中，第二堵头402的下端具有径向凸出的第一锥形外壁面，第一锥形外壁面的外径由下至上渐缩，第二筒体401具有与第一锥形外壁面对应的第一锥形内壁面、以及位于第一锥形内壁面上方的内螺纹，第一锥形内壁面的内径由下至上渐扩；

如图3所示，合金注入装置400还包括将第二堵头402与第二筒体401密封连接的密封连接装置411，密封连接装置411包括密封环4111、压环4112、预紧环4113和预紧螺钉4114，密封环4111具有第二锥形内壁面和第二锥形外壁面，第二锥形内壁面的内径由下至上渐缩，第二锥形外壁面的外径由下至上渐扩，密封环4111套设在第二堵头402外，第二锥形内壁面与第二堵头402的第一锥形外壁面配合，第二锥形外壁面与第二筒体401的第一锥形内壁面配合；压环4112呈环形，套设在第二堵头402外，且顶抵在密封环4111上方，压环4112具有与第二筒体401的内螺纹配合的外螺纹；预紧环4113套设在第二堵头402外，且顶抵在压环4112上方；预紧螺钉4114能从预紧环4113的上端面朝下旋入预紧环4113，并顶紧压环4112。

将第二堵头402与第二筒体401密封连接时，操作步骤如下：

先将第二堵头402垂直放置在工作台上，并使其具有第一锥形外壁面的一端朝下，然后将密封环4111套在第二堵头402外，使密封环4111的第二锥形内壁面与第二堵头402的第一锥形外壁面配合，之后将压环4112套在第二堵头402外，并使压环4112顶抵在密封环4111上方，再在压环4112外面套上拆卸工具(如手柄)，将预紧环4113套在第二堵头402，并使预紧环4113顶抵在压环4112上方，随后拧上预紧螺钉4114；

再手持拆卸工具，将装有密封环4111、压环4112、预紧环4113和预紧螺钉4114的第二堵头402旋入筒体内，使压环4112与第二筒体401螺纹连接，并将压环4112旋紧，然后用内六角扳手将预紧螺钉4114旋紧直至旋转不动为止。

第二堵头402与第二筒体401的密封原理为：当拧紧压环4112时，密封环4111的第二锥形外壁面和第二筒体401的第一锥形内壁面接触形成密封；当向第二筒体401的空腔4011中施加压力时，压力推顶第二堵头402上行，第二堵头402的第一锥形外壁面和密封环4111的第二锥形内壁面接触产生轻微膨胀形成密封；当向第二筒体401的空腔4011中施加高压时，密封环4111膨胀，密封进一步增强，预紧环4113和预紧螺钉4114会发生松弛失效而处于松弛状态。需注意的是，由于高压存在，实验过程中不要对松弛的预紧螺钉4114加力，待实验结束泄去压力后再将预紧螺钉4114稍微拧紧。

本实施例通过设置密封连接装置411，使得在高压状态下，第二堵头402和第二筒体401之间仍能保持可靠密封，密封安全可靠，保证实验顺利进行。

如图1、图3、图4所示，第二堵头402通过高压管线414与压力加载装置500连接，第二堵头402内由上至下设有依次连通的安装孔、锥形孔和注入孔，安装孔和注入孔均为圆柱形孔，安装孔的内径大于注入孔的内径，锥形孔的内径自安装孔至注入孔渐缩，高压管线414的一端具有第三锥形外壁面，第三锥形外壁面的外径由下至上渐扩，高压管线414的一端伸入安装孔内，且第三锥形外壁面与锥形孔配合；合金注入装置400还包括挡丝412和压帽413，挡丝412设于安装孔内，且套设在高压管线414外，挡丝412与高压管线414通过左旋螺纹连接；压帽413的下端伸入安装孔内，并套设在挡丝412与第二堵头402之间，压帽413与第二堵头402螺纹连接，压帽413与挡丝412螺纹连接(如图4所示)。

本实施例中，高压管线414与第二堵头402之间的密封通过第三锥形外壁面与锥形孔配合实现，装配时，将挡丝412与高压管线414螺纹连接，再将压帽413套在挡丝412外，然后一起插入第二堵头402的安装孔内，使高压管线414的第三锥形外壁面与第二堵头402的锥形孔配合，之后用扳手拧紧压帽413，压帽413的预紧力传递到挡丝412上，挡丝412再将预紧力传递到高压管线414上，高压管线414通过锥面与第二堵头402形成有效密封，即使在高压状态下，高压管线414和第二堵头402之间仍能保持可靠密封，密封安全可靠，保证实验顺利进行。

例如，对应地，第一堵头202也通过高压管线与真空泵300连接，第一堵头202与高压管线之间的密封也可以参照上述第二堵头402与高压管线之间的密封方式进行设置，容不赘述。

如图1所示，在一个优选的实施例中，实验装置还包括第一超高压阀门700和第二超高压阀门800，第一超高压阀门700连接在合金包裹装置200与真空泵300之间，第二超高压阀门800连接在合金注入装置400与压力加载装置500之间。第一超高压阀门700和第二超高压阀门800能在高压状态下工作，保证实验安全。

其中，第一超高压阀门700和第二超高压阀门800均可采用现有的超高压阀门，对于其具体结构，不再赘述。

本实施例中，通过设置第一超高压阀门700，能控制抽真空，通过设置第二超高压阀门800，能控制液压油注入。采用超高压阀门，能保证在空腔4011处于高压状态时，阀门仍能正常工作，在高压状态工作时无泄漏。例如超高压阀门采用仿HIP阀门结构，最高工作压力为414MPa。

如图1所示，进一步，实验装置还包括连接在合金注入装置400与压力加载装置500之间(或合金注入装置400的压力进口处)的超高压安全阀1000，具体是，超高压安全阀1000连接在第二超高压阀门800与压力加载装置500之间，且超高压安全阀1000安装在合金注入装置400与压力加载装置500之间的连接管线上。使用时，将超高压安全阀1000的安全压力值设置为空腔4011内需要达到的最高压力值(以下称为设定值，例如350MPa～450MPa)，当空腔4011内压力超过该设定值时，超高压安全阀1000自动开启，进行泄压，当压力泄至设定值时，超高压安全阀1000自动关闭；例如超高压安全阀1000采用美国Haokel产品，最高安全压力值400MPa。采用超高压安全阀，能保证阀门在高压状态时仍能正常工作。由于超高压安全阀1000的结构为现有技术，故不赘述。

进一步，超高压安全阀1000与电器控制箱600连接，超高压安全阀1000与电器控制箱600之间的连接管线上安装有压力传感器30，当空腔4011内压力超过设定值时，超高压安全阀1000自动开启，并且压力传感器30将对应的压力信号反馈给电器控制箱600，电器控制箱600接收到该信号后控制第二加热装置停止对第二筒体401加热，以使空腔4011内液压油不再继续膨胀产生压力，当空腔4011内压力低于设定值后，压力传感器30将对应的压力信号反馈给电器控制箱600，电器控制箱600接收到该信号后控制第二加热装置启动，对第二筒体401继续加热，以使空腔4011内液压油继续膨胀产生压力。

在如图5所示的实施例中，压力加载装置500为手动加压泵(或称为手动机械助力加压泵)，手动加压泵与一供液池501连接，该泵采用行星齿轮减速机构对泵的推进系统增加扭矩，在进泵压力为50MPa以上时操作人员能使用单手操作，例如手动加压泵的型号为JB-800型，工作压力80MPa，泵腔有效容积100ml。

加载压力时，先操作手动加压泵，进行预加压，当压力预加压至80MPa时，开启第二加热装置，通过加温使压力升高到实验压力，压力控制和压力显示通过压力二次仪表显示压力值，上限压力保护可通过压力二次仪表进行设置，当压力升至设定值时自动切断加热电源，达到安全保护作用。压力测量可通过超高压压力表进行压力显示，但是不可进行上限压力保护设置，只能进行压力值的人工观察。

如图1所示，进一步，本发明的实验装置还包括压力表40和手动放空阀50，压力表40和手动放空阀50连接在压力加载装置500与合金注入装置400之间的连接管线上。

如图5、图6所示，进一步，本发明的实验装置还包括支架900，用于放置合金包裹装置200、合金注入装置400、压力加载装置500、以及电器控制箱600(如PID控制器)，例如，支架900采用铝合金型材制作而成，规格为40*40mm，外形尺寸为860*700*600mm，支架900底部装配有可移动脚轮，方便移动，当移动至需要的摆放位置时，只要用脚踩一下四只轮子上的刹车，即可将支架900固定。

采用本发明的用于将合金注入岩心样品的实验装置进行实验，具体操作步骤如下：

1、将岩心样品10和合金块体20一起放入岩心杯100中，合金块体20在上，岩心样品10在下，放入合金包裹装置200的内腔2011中，密封后连接真空泵300，打开第一超高压阀门700，开启真空泵300，当真空表311指向-0.08MPa读数时，关闭第一超高压阀门700，并关闭真空泵300；

2、设定好第一加热装置的加热温度(例如合金的熔点温度)，开始加热，使合金完全融化，合金包裹在岩心样品10外；

3、待岩心样品10和合金冷却后，将岩心杯取出(里面包含合金和岩心样品10)，放入合金注入装置400的空腔4011中，将空腔4011密封后连接压力加载装置500，打开第二超高压阀门800，开启压力加载装置500，向空腔4011内注入液压油，使空腔4011中的压力不超过80MPa(即预加压)，并使液压油的液面不高于岩心杯；

4、关闭供油阀门，开启第二加热装置进行加热，加热到合金的熔点温度后，合金熔化，继续向空腔4011内注入液压油，使液压油充满空腔4011，液压油浮在熔化的合金液体上，液压油受热膨胀产生压力，此过程中使第二加热装置持续加热，并通过压力表观察合金注入装置400内的压力变化；实验过程中合金注入装置400内压力过大(即超过设定值)时，超高压安全阀1000自动打开并泄压，当压力泄至设定值时超高压安全阀1000自动关闭；

5、保持当前温度、压力条件至少6小时以上，以使合金注入岩心样品10内的孔隙中；

6、实验结束，待合金注入装置400温度降至室温后，取出岩心杯100，并将其中的合金块体和岩心样品10一起取出，即得到制备好的注入合金的岩心样品10。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述用于将合金注入岩心样品的实验装置包括：

用于容置岩心样品和合金的岩心杯；

合金包裹装置，所述合金包裹装置包括：

第一筒体，其具有用于放置所述岩心杯的内腔和敞口端；

用于加热所述第一筒体的第一加热装置，设于所述第一筒体外；

第一堵头，与所述第一筒体的敞口端密封连接；

用于对所述内腔抽真空的真空泵，与所述第一堵头连接，并能与所述内腔连通；

合金注入装置，所述合金注入装置包括：

第二筒体，其具有用于放置所述岩心杯的空腔和敞口端；

用于加热所述第二筒体的第二加热装置，设于所述第二筒体外；

第二堵头，与所述第二筒体的敞口端密封连接；

用于对所述空腔加压的压力加载装置，与所述第二堵头连接，并能与所述空腔连通。

2.如权利要求1所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述合金包裹装置还包括间隔套设在所述第一筒体外的第一保温套、填充在所述第一筒体与所述第一保温套之间的环形空间内的第一保温层、以及扣盖在所述第一筒体上方的第一保温盖，所述第一堵头位于所述第一保温盖内。

3.如权利要求1所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述第一加热装置包括加热盘，所述加热盘设于所述第一筒体下方。

4.如权利要求1所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述合金注入装置还包括间隔套设在所述第二筒体外的第二保温套、填充在所述第二筒体与所述第二保温套之间的环形空间内的第二保温层、以及扣盖在所述第二筒体上方的第二保温盖，所述第二堵头位于所述第二保温盖内。

5.如权利要求4所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述合金注入装置还包括套设在所述第二筒体与所述第二保温层之间的导热套，所述第二加热装置包括多个加热管，多个所述加热管呈环形围绕在所述第二筒体外，并沿所述第二筒体的轴向设置，多个所述加热管分别穿设固定于所述导热套的侧壁内。

6.如权利要求1至5任一项所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述第二堵头的下端具有第一锥形外壁面，所述第一锥形外壁面的外径由下至上渐缩，所述第二筒体具有与所述第一锥形外壁面对应的第一锥形内壁面、以及位于所述第一锥形内壁面上方的内螺纹，所述第一锥形内壁面的内径由下至上渐扩；

所述合金注入装置还包括将所述第二堵头与所述第二筒体密封连接的密封连接装置，所述密封连接装置包括：

密封环，具有第二锥形内壁面和第二锥形外壁面，所述第二锥形内壁面的内径由下至上渐缩，所述第二锥形外壁面的外径由下至上渐扩，所述密封环套设在所述第二堵头外，所述第二锥形内壁面与所述第二堵头的第一锥形外壁面配合，所述第二锥形外壁面与所述第二筒体的第一锥形内壁面配合；

压环，呈环形，套设在所述第二堵头外，且顶抵在所述密封环上方，所述压环具有与所述第二筒体的内螺纹配合的外螺纹；

预紧环，套设在所述第二堵头外，且顶抵在所述压环上方；

预紧螺钉，能从所述预紧环的上端面朝下旋入所述预紧环，并顶紧所述压环。

7.如权利要求1至5任一项所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述第二堵头通过高压管线与所述压力加载装置连接，所述第二堵头内由上至下设有依次连通的安装孔、锥形孔和注入孔，所述安装孔的内径大于所述注入孔的内径，所述锥形孔的内径自所述安装孔至所述注入孔渐缩，所述高压管线的一端具有第三锥形外壁面，所述第三锥形外壁面的外径由下至上渐扩，所述高压管线的一端伸入所述安装孔内，且所述第三锥形外壁面与所述锥形孔配合；

所述合金注入装置还包括：

挡丝，设于所述安装孔内，且套设在所述高压管线外；

压帽，其下端伸入所述安装孔内，并套设在所述挡丝与所述第二堵头之间，所述压帽与所述第二堵头螺纹连接。

8.如权利要求1至5任一项所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括第一超高压阀门和第二超高压阀门，所述第一超高压阀门连接在所述合金包裹装置与所述真空泵之间，所述第二超高压阀门连接在所述合金注入装置与所述压力加载装置之间。

9.如权利要求1至5任一项所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括连接在所述合金注入装置与所述压力加载装置之间的超高压安全阀。

10.如权利要求1至5任一项所述的用于将合金注入岩心样品的实验装置，其特征在于，所述压力加载装置为液压泵或手动加压泵。