CN111458183B - 一种分体式保真取芯器压力加载实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分体式保真取芯器压力加载实验方法，将保压实验舱的舱体拆分为上下两个试验件，然后用筒状的中间连接件将所述的上下两个试验件衔接起来形成一个分体式舱体结构，在中间连接件侧壁加工有通孔用于外接液压源；将所述中间连接件上的通孔与压力供给系统的液体出口用高压管连接起来，通过压力供给系统向所述分体式舱体结构内注入高压液体。本发明利用中间连接件来衔接两个试验件，可避免在试验件上钻孔，能还原试验件的压力环境，使得测试结果更加可靠；本发明可对保压实验舱进行0‑140MPa的连续压力测试，能对保压实验舱筒壁强度设计进行验证，通过对保压舱压力失效原因进行检测及分析，可保压舱耐压能力提升提供实验支撑。

Description

一种分体式保真取芯器压力加载实验方法
技术领域
本发明涉及取芯装置试验系统技术领域，尤其涉及一种分体式保真取芯器压力加载实验方法。
背景技术
地球浅部矿产资源已逐渐枯竭，向地球深部进军是近期和未来我国科技创新的重要方向。不同深部赋存岩层原位岩石力学行为规律是深地钻探、深部资源开发利用、地球应用科学的先导性科学与理论基础。
深部岩石的物理力学以及化学生物等特性与其所处原位环境条件密切相关，取芯过程的原位环境损失将导致岩芯的理化性质和力学性质失真且不可逆转，其攻关的核心与关键是如何获取深部环境条件下的原位岩芯，并在原位保真状态下进行实时加载测试与分析。
目前的，原位保真取芯装置，利用钻具钻取岩芯后将岩芯存储在储芯管中，通过与储芯管相连的保压、保温及保湿装置来实现对岩芯原位环境的模拟。在进行岩芯钻取前，需要验证其保压能力，因而保压舱的耐压能力测试平台应运而生。
保压舱的耐压能力测试平台通常包括保压实验舱、液压系统等，通过液压系统向保压实验舱内注入高压液体来验证保压实验舱的保压性能。现有的保压实验舱通过在筒壁上钻孔来实现与液压管路连接，钻机钻孔会损害保压实验舱，进而使实验结果不可靠。
发明内容
本发明旨在提供一种分体式保真取芯器压力加载实验方法，可避免损害试验件，能使测试结果更加可靠。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种分体式保真取芯器压力加载实验方法，将保压实验舱的舱体拆分为上下两个试验件，然后用筒状的中间连接件将所述的上下两个试验件衔接起来形成一个分体式舱体结构，在中间连接件侧壁加工有通孔用于外接液压源。
进一步的，将所述中间连接件上的通孔与压力供给系统的液体出口用高压管连接起来，通过压力供给系统向所述分体式舱体结构内注入高压液体。
进一步的，所述压力供给系统包括液体箱和变频超高压柱塞泵，液体箱的出口通过管路与变频超高压柱塞泵的入口相连，所述变频超高压柱塞泵的出口通过管路与高压管的一端相连，高压管的另一端与所述中间连接件上的通孔连接。
进一步的，在压力供给系统的出口设有压力传感器。
进一步的，变频超高压柱塞泵的进口安装有液体过滤器。
进一步的，高压管的进口安装有液体过滤器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1，本发明利用中间连接件来衔接两个试验件，可避免在试验件上钻孔，防止对试验件造成损害，因而可还原试验件的压力环境，使得测试结果更加可靠；
2，本发明可对保压实验舱进行0-140MPa的连续压力测试，能对保压实验舱筒壁强度设计进行验证，通过对保压舱压力失效原因进行检测及分析，可保压舱耐压能力提升提供实验支撑。
附图说明
图1是本发明的结构简图；
图2是中心杆未提升时保压实验舱的结构示意图；
图3是图2中A处的局部放大图；
图4是中心杆提升至行程终点时保压实验舱的结构示意图；
图5是图4中B处的局部放大图；
图6是外筒拆成上下两部分时保压实验舱的示意图；
图7是中间连接件的结构示意图；
图8是中心杆未提升时分体式舱体结构的结构示意图；
图9是中心杆提升至行程终点时分体式舱体结构的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
具体实施方式一
如图1所示，本发明公开的分体式保真取芯器压力加载实验方法，将保压实验舱的舱体拆分为上下的第一试验件11和第二试验件12，然后用筒状的中间连接件13将第一试验件11和第二试验件12衔接起来形成一个分体式舱体结构，在中间连接件13的侧壁加工有通孔14。通孔14用于外接液压源，从而可避免在试验件上钻孔，防止对试验件造成损害，因而可还原试验件的压力环境，使得测试结果更加可靠。
将中间连接件13上的通孔14与压力供给系统6的液体出口用高压管612连接起来，通过压力供给系统6向分体式舱体结构内注入高压液体。
本实施方式中压力供给系统6包括液体箱61和变频超高压柱塞泵64，液体箱61的出口通过第一管路与变频超高压柱塞泵64的入口相连，变频超高压柱塞泵64的出口通过第二管路610与高压管612的一端相连，高压管612的另一端与中间连接件13上的通孔14螺纹连接。
变频超高压柱塞泵64的进、出口分别安装有第一阀门62、第二阀门66。变频超高压柱塞泵64的进口安装有液体过滤器63，第二管路610上也安装有液体过滤器63，用于过滤液体中的杂质，避免杂质进入舱体内。第二管路610上分出两条排放管，两条排放管分别通过三通与第二管路610侧连接，其中一条排放管上安装有第三阀门68，另一条排放管上安装有第四阀门69。第三阀门68与第四阀门69为常闭阀门。
当然的，变频超高压柱塞泵64配有回油管路，回油管路上安装有第六阀门65。第一阀门62为手动球阀，第二阀门66、第三阀门68和第六阀门65均为气动截止阀，第四阀门69为手动阀门。
第二管路610上安装有安全阀611，当压力过大时，安全阀611自动打开进行泄压，利于保证实验安全。变频超高压柱塞泵64的出口以及压力供给系统6的出口处均安装有压力传感器613，用于测量系统中的压力。
液体箱61的中油或水经变频超高压柱塞泵64泵至高压管612，经通孔14进入分体式舱体结构内，保压指定时间后，系统进行安全泄压，保压指定时间根据实验需要进行设置。这个过程中可监测第一试验件11和第二试验件12的变形情况，对保压实验舱筒壁强度设计进行验证，并对保压舱压力失效原因进行检测及分析，为保压舱耐压能力提升提供实验支撑。
本发明采用变频超高压柱塞泵64可对保压实验舱进行0-140MPa的连续压力测试。
保压实验舱的结构有多种，但都包括舱体外筒。本实施方式中第一试验件11为保压实验舱的外筒上端，第二试验件12为保压实验舱的外筒下端。
如图2-5所示，本实施方式中保压实验舱包括外筒1、中心杆2、岩心筒3和用于实现保压实验舱下端密封关闭的翻板阀5。
外筒1为由多个螺纹套筒组装形成，用于模拟原位保真取芯装置的钻机外筒。翻板阀5包括阀座51、阀瓣52和弹性件53，阀瓣52一端与阀座51上端外侧壁活动连接，阀座51顶部有与阀瓣52匹配的阀口密封面。弹性件53为弹片或者扭力弹簧。
中心杆2下端伸进岩心筒3内，中心杆2下端有外台阶23，岩心筒3上端有与外台阶23适配的内台阶32，当向上提升中心杆2至外台阶23与内台阶32相抵时，中心杆2可带动岩心筒3同步向上移动。同时由于外台阶23与内台阶32的相抵持，可实现中心杆2外壁与岩心筒3内壁间在该抵持部位形成密封。
如图2、3所示，初始状态下，岩心筒3位于外筒1下端并位于阀座51中。当岩心筒3位于阀座51中时，阀瓣52开启90°且位于岩心筒3与外筒1之间；当通过中心杆2将岩心筒3向上提升至一定高度时，阀瓣52在弹性件53及重力作用下回到阀座51顶面与阀口密封面密封接触，实现阀门的关闭。
如图4、5所示，当中心杆2继续向上提升至行程终点时，岩心筒3上端外壁与外筒1内壁间密封配合。岩心筒3上端外壁安装两道密封圈22实现与外筒1筒壁的密封。此时，又由于中心杆2外壁与岩心筒3内壁间在外台阶23与内台阶32的抵持部位形成密封，从而完成外筒1上端的密封。外筒1下端又由翻板阀5封闭，从而在外筒1内形成一个用于存放岩心的密封空间。
外筒1内壁有用于轴向限制岩心筒3的第一限位台阶16，当岩心筒上端面21抵在第一限位台阶16上时，中心杆2提升至行程终点。
为增加翻板阀5的密封比压，保压实验舱还包括触发机构4，触发机构4包括触发内筒41、触发块42和触发弹簧43，触发内筒41侧壁上设有通孔，触发块42放置于通孔中，岩芯筒3底部外侧壁有与触发块42适配的凸起部31；外筒1内壁有与触发块42适配的避让口15，触发块42位于阀瓣52上方，避让口15位于触发块42上方。 避让口15底部有一引导斜面，该引导斜面便于触发块42从下往上滑入避让口15内，同时也便于触发块42从上往下滑出避让口15。
触发弹簧43套在触发内筒41外，触发内筒41外壁设有台肩44，触发弹簧43压缩在台肩44与外筒1内壁台阶面之间，触发弹簧43位于触发块42上方；
当岩芯筒3位于阀座51中时，触发内筒41位于岩芯筒3与外筒1之间，触发内筒41下端与阀座51止口配合，触发块42外凸于触发内筒41的内侧壁；
当将岩芯筒3向上提升至第一高度时，岩芯筒3的凸起部31抵持住触发块42，从而可带动触发内筒41同步向上移动；
当将岩芯筒3继续向上提升至第二高度时，触发块42被凸起部31推至避让口15中，从而使触发块42避开凸起部31；
当将岩芯筒3继续向上提升至岩芯筒3底部越过避让口15时，触发块42失去岩芯筒3的作用力，触发内筒41在重力和触发弹簧43作用下带动触发块42回落压在关闭的阀瓣52上。
如图6、7、8、9所示，本实施方式从外筒1的螺纹连接处将保压实验舱外筒1拆分为第一试验件11和第二试验件12。第一限位台阶16位于第一试验件11上，翻板阀5和触发机构4位于第二试验件12上。
中间连接件13的一端为内螺纹，另一端为外螺纹，以实现与第一试验件11和第二试验件12螺纹连接。中间连接件13与第一试验件11和第二试验件12间安装有密封圈22，螺纹密封加上密封圈密封可提高密封性能。如图9所示，当中心杆2提升至行程终点时，加压液体经通孔14进入外筒1与岩心筒3之间的环空，从而逐步填满整个密闭环境内。
本发明利用中间连接件来衔接两个试验件，可避免在试验件上钻孔，防止对试验件造成损害，因而可还原试验件的压力环境，使得测试结果更加可靠。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种分体式保真取芯器压力加载实验方法，其特征在于：将保压实验舱的舱体拆分为上下两个试验件，然后用筒状的中间连接件将所述的上下两个试验件衔接起来形成一个分体式舱体结构，在中间连接件侧壁加工有通孔用于外接液压源；
将所述中间连接件上的通孔与压力供给系统的液体出口用高压管连接起来，通过压力供给系统向所述分体式舱体结构内注入高压液体，监测第一试验件和第二试验件的变形情况，对保压实验舱筒壁强度设计进行验证，并对保压舱压力失效原因进行检测及分析；
所述压力供给系统包括液体箱和变频超高压柱塞泵，液体箱的出口通过管路与变频超高压柱塞泵的入口相连，所述变频超高压柱塞泵的出口通过管路与高压管的一端相连，高压管的另一端与所述中间连接件上的通孔连接。
2.根据权利要求1所述的分体式保真取芯器压力加载实验方法，其特征在于：在压力供给系统的出口设有压力传感器。
3.根据权利要求1所述的分体式保真取芯器压力加载实验方法，其特征在于：变频超高压柱塞泵的进口安装有液体过滤器。
4.根据权利要求1或3所述的分体式保真取芯器压力加载实验方法，其特征在于：高压管的进口安装有液体过滤器。
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