CN111101863B - 一种水力脉冲发生实验装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水力脉冲发生实验装置及工作方法，属于实验装置技术领域，装置包括曲柄伸缩装置、活塞泵装置、缓冲装置和压力传感器装置，通过曲柄伸缩装置带动活塞泵装置往复运动，进而在缓冲装置中形成脉冲流动液体，通过压力传感器装置采集缓冲装置中的液体压力；所采用的水力脉冲发生实验装置结构简单、设计合理且安装使用方便、工作性能可靠、使用效果好，并且适用面广，能为岩石冲击实验提供周期性稳定脉冲压力，能根据各种冲击环境调节脉冲压力的范围。

Description

一种水力脉冲发生实验装置及工作方法

技术领域

本发明涉及一种水力脉冲发生实验装置及工作方法，属于实验装置技术领域。

背景技术

我国已探明的非常规油气资源储量巨大,但在开发过程中面临油气藏储存条件复杂、储层渗透性低等一系列难题,迫切需要探索适合我国非常规油气高效开发的理论与技术。对此类油藏，通过燃爆压裂、水力冲击来形成地层裂缝，增加储层渗透率的技术日益受到关注。目前，为了寻找提高渗透率，进一步提高采收率的方法，已有人开始利用水力脉冲来冲击破岩，使低渗油藏的地层产生裂缝，并持续稳定的扩展裂缝。但由于低渗油藏地层的复杂性，如何提供适合的脉冲压力，避免出现脉冲压力过大而造成岩石的粉碎压实，脉冲压力过小，而不能压开裂缝的问题，是水力脉冲破岩技术发展的关键。

中国专利文件(CN109708838A)，提供了“一种曲柄连杆双缸液压高频高压脉冲冲击试验装置及方法，包括变频电机、减速机、曲柄连杆双缸脉冲泵和蓄能器，曲柄连杆双缸脉冲泵中的活塞缸A和活塞缸B呈上下相对运动，活塞缸A的油液容腔经油路管线与被测试件的油液容腔、容积调节器的有杆腔或无杆腔的油液容腔贯通密闭相连，活塞缸B的油液容腔出口与蓄能器相连，实现工率回收。油液容腔贯通密闭相连的油路管线上设有压力表和与计算机相连的传感器；通过曲柄连杆双缸脉冲泵对完全密闭的容腔总体积按冲击频率转速n转动上下往复运动，使液压油容腔总体积的压缩量交替变化，形成密封容腔压力dp的变化”，但无法实现压力峰值的调节。

因此需要一种可以模拟水力脉冲产生的峰值可调的实验装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种水力脉冲发生实验装置，根据不同的实验条件，为冲击破岩实验更好的提供合适的水力脉冲压力，通过对实验数据的整理分析，更好的指导水力脉冲破岩技术在实际生产中的应用。本发明还提供上述装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种水力脉冲发生实验装置，包括曲柄伸缩装置、活塞泵装置、缓冲装置和压力传感器装置；所述曲柄伸缩装置连接活塞泵装置一端；活塞泵装置另一端连接缓冲装置；缓冲装置上连接有压力传感器装置；压力传感器装置用于检测和显示实验结果。

优选的，曲柄伸缩装置由无级变速电机、无级变速电机输出端连接曲柄，曲柄上活动连接第一连杆一端，第一连杆另一端连接滑块，滑块通过滑轨与支架连接；滑块通过第二连杆与活塞泵装置连接。

无级变速电机带动曲柄运动，支架上的滑块将曲柄的圆周运动转变为横向运动。

进一步优选的，所述第一连杆通过螺栓与曲柄的连接孔连接；连接孔数量大于1，个连接孔距离转轴的距离均不相同。

当第一连杆上的螺栓与曲柄上距离转轴较近的连接孔相连接时，曲柄带动柱塞的位移变小，同时产生的水力脉冲压力的峰值也变小；当第一连杆上的螺栓与曲柄上距离转轴较远的连接孔相连接时，曲柄带动柱塞的位移变大，同时产生的水力脉冲压力的峰值也变大。

优选的，所述活塞泵装置包括柱塞、活塞泵筒；柱塞与曲柄伸缩装置连接；柱塞设置于活塞泵筒内部。

活塞泵筒内的柱塞经第二连杆链接在滑块上，滑块通过第一连杆连接曲柄的运动进而带动柱塞在活塞泵筒内做往复运动。

优选的，所述缓冲装置包括缓冲容器、缓冲容器通过管线连接活塞泵装置，活塞泵装置与缓冲容器之间管线上设置有第一单向阀；缓冲容器上端通过管线连接第一储水泵，缓冲容器与第一储水泵之间管线上设置有第三单向阀和第一压力表；缓冲容器下端通过管线连接有第二储水泵；缓冲容器与第二储水泵之间设置有第四单向阀和第二压力表；第二储水泵通过电力恒压泵与水箱连接；水箱还通过电力增压给水泵与第三储水泵连接；电力增压给水泵与第三储水泵之间设置有第三压力表；第三储水泵通过管线与活塞泵装置连接；第三储水泵通过管线与活塞泵装置之间设置有第二单向阀。

优选的，所述压力传感器装置包括压力传感器、显示器；所述压力传感器通过管线连接缓冲装置；压力传感器与缓冲装置之间设置有第五单向阀；压力传感器与显示器电连接。

一种水力脉冲发生实验装置的工作方法，包括如下步骤：

((1)首先检查实验仪器各个管线、阀门和各个部位的气密性；

(2)启动电力增压给水泵为第三储水泵增压给水，观察压力表读数；

(3)启动电力恒压泵为第二储水泵供水，观察压力表读数；

(4)排出活塞泵筒和缓冲容器内的空气；由于空气容易压缩，若活塞泵筒或缓冲容器内进入空气，则最后所输出的脉冲压力将受到影响；

(5)打开无级变速电机带动曲柄伸缩装置往复运动；

(6)打开压力传感器装置的显示器，等到水力脉冲压力输出稳定后采集压力图像。

本发明的有益效果在于：

(1)、通过连杆上的螺栓与曲柄上距离转轴不同位置的连接孔相连接时，曲柄带动柱塞的位移变化，同时产生的水力脉冲压力的峰值也随之变化，机构简单有效。

(2)、本实验装置带有电力增压给水泵，当活塞泵筒中的柱塞在曲柄伸缩装置的牵引下做抽汲运动时，第三储水泵的液体在电力增压给水泵的作用下，快速充满活塞泵筒，避免了活塞泵筒中液体因没有及时充满液体而产生水力脉冲压力幅值降低或者滞后的现象。

(3)、所采用的水力脉冲发生实验装置能为岩石冲击实验通过曲柄提供周期性稳定脉冲压力。

(4)、本实验装置在经过曲柄伸缩装置的一次调节脉冲压力幅值后，通过压力传感器可观察到脉冲压力曲线图，再通过调节缓冲装置的电力恒压泵进行第二次微调水力脉冲幅值，两次调节扩大了水力脉冲压力可调节的范围，实用性更强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的曲柄结构示意图；

图3是本发明的第一连杆的结构示意图；

其中，1、曲柄；2、连接孔；3、无机变速电机；4、第一连杆；5、滑块；6、支架；7、第二连杆；8、柱塞；9、活塞泵筒；10、管线；11、第二单向阀；12、电力增压给水泵；13、第三储水泵；14、第三压力表；15、水箱；16、第一单向阀；17、缓冲容器；18、第三单向阀；19、压力表；20、第一储水泵；21、第四单向阀；22、第二压力表；23、第二储水泵；24、电力恒压泵；25、第五单向阀；26、显示器；27、压力传感器；28、螺栓。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种水力脉冲发生实验装置，包括曲柄伸缩装置、活塞泵装置、缓冲装置和压力传感器装置；所述曲柄伸缩装置连接活塞泵装置一端；活塞泵装置另一端连接缓冲装置；缓冲装置上连接有压力传感器装置；压力传感器装置用于检测和显示实验结果。

曲柄伸缩装置包括无级变速电机、无级变速电机输出端连接曲柄，曲柄上活动连接第一连杆一端，第一连杆另一端连接滑块，滑块通过滑轨与支架连接；滑块通过第二连杆与活塞泵装置连接。

活塞泵装置包括柱塞、活塞泵筒；柱塞与曲柄伸缩装置连接；柱塞设置于活塞泵筒内部。

缓冲装置包括缓冲容器、缓冲容器通过管线连接活塞泵装置(活塞泵筒)，活塞泵装置与缓冲容器之间管线上设置有第一单向阀；缓冲容器上端通过管线连接第一储水泵，缓冲容器与第一储水泵之间管线上设置有第三单向阀和第一压力表；缓冲容器下端通过管线连接有第二储水泵；缓冲容器与第二储水泵之间设置有第四单向阀和第二压力表；第二储水泵通过电力恒压泵与水箱连接；水箱还通过电力增压给水泵与第三储水泵连接；电力增压给水泵与第三储水泵之间设置有第三压力表；第三储水泵通过管线与活塞泵装置连接；第三储水泵与活塞泵装置之间设置有第二单向阀。

压力传感器装置包括压力传感器、显示器；所述压力传感器通过管线连接缓冲容器，压力传感器与缓冲容器之间设置有第五单向阀；压力传感器与显示器电连接。

所述曲柄伸缩装置，由无级变速电机3旋转带动曲柄1转动，进而带动连接在曲柄1上的第一连杆4运动，第一连杆4另一端连接滑块5，滑块5通过滑轨与支架6连接，支架6上的滑块5将曲柄1的圆周运动转变为横向运动，活塞泵装置中的柱塞8与第二连杆7连接，在第二连杆7的带动下做横向往复运动，当曲柄1转动牵引柱塞8向外运动时，活塞泵筒9内的压力下降，此时连接缓冲容器的第一单向阀16会关闭，而电力增压给水泵12中由于压差的作用将第三储水泵13中的液体经过第二单向阀11通过管线进入活塞泵筒9，直至活塞泵筒9内被液体充满。

当曲柄1继续转动进而推动柱塞8向活塞泵筒9内部运动，此时活塞泵筒9内的压力增加，连接电力增压给水泵12的第二单向阀11在压差的状态下关闭，而活塞泵筒9的液体通过第一单向阀16和管线10进入缓冲容器。

为了使输出的压力值维持在一个范围内，因此在活塞泵筒9的后面连接一个缓冲容器17，缓冲容器17分别连接第一储水泵20和电力恒压泵24来控制压力的最大值与最小值，当缓冲容器17中的压力大于缓冲容器自身最大值时，缓冲容器17中的液体通过第三单向阀18和管线进入第一储水泵20，当缓冲容器17中的压力小于最小压力值时，电力恒压泵24内的液体通过第四单向阀21和管线向缓冲容器17内泵液来维持压力，最终达到输出水力脉冲压力稳定的目的。

缓冲容器17中的液体经由第五单向阀25和管线进入压力传感器装置，通过压力传感器装置的脉冲压力，经由压力传感器27收集并从显示器26输出压力周期图像，方便使用者观察。

实施例2：

一种水力脉冲发生实验装置，其结构与实施例1相同，不同的是：第一连杆4通过螺栓28与曲柄1的连接孔2连接；连接孔2设置有三个，如图2所示，当第一连杆4上的螺栓28与曲柄1上距离转轴较近的连接孔2相连接时，曲柄1带动柱塞8的位移变小，同时产生的水力脉冲压力的峰值也变小；当第一连杆4上的螺栓28与曲柄1上距离转轴较远的连接孔2相连接时，曲柄1带动柱塞8的位移变大，同时产生的水力脉冲压力的峰值也变大。

实施例3：

一种水力脉冲发生实验装置的工作方法，装置如实施例1所述，包括如下步骤：

(1)首先检查实验仪器各个管线、阀门和各个部位的气密性；

(2)启动电力增压给水泵为第三储水泵增压给水，观察第三压力表读数；

(3)启动电力恒压泵为第二储水泵供水，观察第二压力表读数；

(4)排出活塞泵筒和缓冲容器内的空气；由于空气容易压缩，若活塞泵筒或缓冲容器内进入空气，则最后所输出的脉冲压力将受到影响；

(5)打开无级变速电机带动曲柄伸缩装置往复运动；

(6)打开压力传感器装置的显示器，等到水力脉冲压力输出稳定后采集压力图像。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种水力脉冲发生实验装置，其特征在于：包括曲柄伸缩装置、活塞泵装置、缓冲装置和压力传感器装置；所述曲柄伸缩装置连接活塞泵装置一端，曲柄伸缩装置用于带动活塞泵装置进行往复运动；活塞泵装置另一端连接缓冲装置，缓冲装置用于承接活塞泵装置中泵出的液体；缓冲装置上连接有压力传感器装置；压力传感器装置用于检测和显示缓冲装置上的脉冲压力。

2.根据权利要求1所述的水力脉冲发生实验装置，其特征在于：曲柄伸缩装置包括无级变速电机，无级变速电机输出端连接曲柄，曲柄上活动连接第一连杆一端，第一连杆另一端连接滑块，滑块通过滑轨与支架连接；滑块通过第二连杆与活塞泵装置连接。

3.根据权利要求2所述的水力脉冲发生实验装置，其特征在于：曲柄上设有连接孔，所述第一连杆通过螺栓与曲柄的连接孔连接；连接孔数量大于1，每个连接孔距离转轴的距离均不相同。

4.根据权利要求2所述的水力脉冲发生实验装置，其特征在于：所述活塞泵装置包括柱塞、活塞泵筒；柱塞与曲柄伸缩装置连接；柱塞设置于活塞泵筒内部。

5.根据权利要求4所述的水力脉冲发生实验装置，其特征在于：所述缓冲装置包括缓冲容器，缓冲容器通过管线连接活塞泵筒，活塞泵装置与缓冲容器之间管线上设置有第一单向阀；缓冲装置还包括电力增压给水泵，电力增压给水泵一端与水箱连接、另一端与第三储水泵连接，电力增压给水泵与第三储水泵之间设置有第三压力表；第三储水泵通过管线与活塞泵筒连接；第三储水泵与活塞泵装置之间设置有第二单向阀。

6.根据权利要求5所述的水力脉冲发生实验装置，其特征在于：缓冲容器上端通过管线连接第一储水泵，缓冲容器与第一储水泵之间管线上设置有第三单向阀和第一压力表；缓冲容器下端通过管线连接有第二储水泵；缓冲容器与第二储水泵之间设置有第四单向阀和第二压力表；第二储水泵通过电力恒压泵与水箱连接。

7.根据权利要求6所述的水力脉冲发生实验装置，其特征在于：所述压力传感器装置包括压力传感器、显示器；所述压力传感器通过管线连接缓冲容器；压力传感器与缓冲容器之间设置有第五单向阀；压力传感器与显示器电连接。

8.一种如权利要求7所述的水力脉冲发生实验装置的工作方法，包括如下步骤：

(1)首先检查实验仪器各个管线、阀门和各个部位的气密性；

(2)启动电力增压给水泵为第三储水泵增压给水，观察第三压力表读数；

(3)启动电力恒压泵为第二储水泵供水，观察第二压力表读数；

(4)排出活塞泵筒和缓冲容器内的空气；

(5)打开无级变速电机带动曲柄伸缩装置往复运动；

(6)打开压力传感器装置的显示器，等到水力脉冲压力输出稳定后采集压力图像。

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