CN111550223A - 一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置 - Google Patents
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Abstract
一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，包括透明的柱体，其特征在于：柱体的顶面开设一个通透的第一孔，每个第三孔另一端内壁固定安装第二挡环，第二挡环位于第二弹簧伸缩杆靠近第二孔一侧，柱体顶部固定安装调节球阀，调节球阀出水端与第一孔互通，调节球阀的进水端固定连接进水装置，柱体的底部固定安装支撑腿。本装置用于水力压裂模拟实验，本装置能够模拟在不同注液方向与第一孔竖向中心线之间的角度对分裂缝产生的造成的影响和不同的注液方向对分裂缝的延伸进行产生的影响，本装置能够通过转动调节盘来模拟不同的岩层调节，本装置能够进行多次使用，使用寿命长，本装置所使用的零部件常见且价格低廉，成本低，便于生产制造。
Description
技术领域
本发明属于物料模拟实验装置领域，具体地说是一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置。
背景技术
现今水力压裂技术是油气田开发过程中广泛使用的油气井增产措施，尤其是在煤层气、低渗超低渗油藏的开发中，水力压裂是必不可少的方法，故研究地层压裂过程的规律尤为重要。我们通常在实验室中通过压裂装置来模拟地层在高压注入水条件下的压裂情况，进而得出不同地层条件下的压裂规律。在压裂过程中裂缝缝宽缝高缝长是决定压裂增产效果的重要评价参数，而其影响因素较多规律较为复杂，在压开主裂缝之后分裂缝的发育规律无从得知，各分裂缝之间的相互影响作用规律也没有准确的结论。现今实验室中广泛使用的压裂装置大多为过程不可视，公开号为CN107219127B的现有技术公开了实验室用可视化水力压裂物理模拟装置及方法，注水方向对分裂缝的延伸方向的影响，该装置无法进行探测，注水方向对分裂缝的产生有无影响，该装置同样无法探测。
发明内容
本发明提供一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，包括透明的柱体，其特征在于：柱体的顶面开设一个通透的第一孔，第一孔内壁底部固定安装出液阀门，柱体外周开设数个均匀分布的通透的方形的第二孔，第二孔均与第一孔互通，每个第二孔内设有一根第一弹簧伸缩杆，每根第一弹簧伸缩杆的固定端一端固定连接一个第一活塞一侧，每个第一活塞外周与对应的第二孔紧密接触配合，靠近第一孔的每个第二孔一端内壁固定安装第一挡环，每个第二孔内壁开设数个均匀分布的不通透的第三孔，每根第一弹簧伸缩杆的活动端外周开设外螺纹，柱体外周通过轴承安装数个调节盘，调节盘与第二孔数量相同，每个调节盘的一侧开设螺孔，螺孔分别与对应的第一弹簧伸缩杆的活动端上的外螺纹螺纹配合，每个第三孔内壁一端固定连接一根第二弹簧伸缩杆的固定端一端，每根第二弹簧伸缩杆的活动端一端固定连接第二活塞一侧，每个第二活塞外周与对应的第三孔内壁接触配合，每个第三孔另一端内壁固定安装第二挡环，第二挡环位于第二弹簧伸缩杆靠近第二孔一侧，柱体顶部固定安装调节球阀，调节球阀出水端与第一孔互通，调节球阀的进水端固定连接进水装置，柱体的底部固定安装支撑腿。
如上所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，所述的进水装置由液压泵、单向阀门、进水管道、水箱、出液管道组成，调节球阀的进水端固定连接液压泵的出水端，液压泵的进水端固定连接单向阀门的出水端，单向阀门的进水端通过进水管道连接水箱，水箱内装有压裂水，出液阀门通过出液管道与水箱一侧底部固定连接，出液管道与水箱内部互通。
如上所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，所述的压裂水的颜色优选为草绿色。
如上所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，所述的调节盘的外周开设防滑纹。
如上所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，所述的第一活塞另一侧和第二活塞的另一侧分别固定安装防水并带有电源的压力传感器，压力传感器电路连接电脑。
如上所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，所述的调节球阀与液压泵连接管道处固定安装液压表。
如上所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，所述的支撑腿分别固定安装吸盘。
本发明的优点是：本装置用于水力压裂模拟实验，使用者通过进水装置经过调节球阀向第一孔内加压裂液，使用者调节调节球阀从而改变本装置的注液方向与第一孔竖向中心线之间的角度，使用者调节球阀使得注液方向与第一孔竖向中心线之间的角度为０°，当压裂液填满第一孔后，使用者继续注入压裂液，压裂液的液压力会使得各个第一活塞沿对应的第二孔移动向外，各个第一活塞移动使得对应的第一弹簧伸缩杆压缩，当有压裂液快要进入任意一个第三孔时，使用者观察各个方向上的各个位置的第一活塞的移动情况，并进行拍照，使用者继续注液使得第一活塞继续移动并使得压裂液进入各个第三孔内，在压裂液的液压力作用下，每个第二活塞沿对应的第三孔移动，使用者在任意一个第二弹簧伸缩杆压缩至最短时，使用者使用手机或相机等进行拍照，使用者停止注液，并通过出液阀门将本装置内的压裂液排出，使用者调节球阀使得注液方向与第一孔竖向中心线之间的角度为３０°，使用者重复上述操作，经过多组实验后，使用者对每组实验的第一次拍照进行观察，并观察各个第一活塞移动的距离，第一活塞移动的距离越大，其位置所受到的液压力越大，从而模拟在不同注液方向，主裂缝加入注液后下各个位置所受到的液压力，在岩层质地均匀的情况下，受到的液压力越大越容易出现分裂缝，从而观察注液方向与第一孔竖向中心线之间的角度对分裂缝产生的造成的影响，使用者对每组的第二次拍照，使用者观察第二活塞所移动的距离进行观察，通过对一个第二孔内的第一活塞的移动距离和与该第二孔互通的不同方向的数个第三孔内的第二活塞的移动距离的观察，能够观察到第二孔在不同方向上所受到的液压力，模拟不同的注液方向与第一孔竖向中心线之间的角度对分裂缝的延伸进行产生的影响，分裂缝在延伸的过程中，在岩层质地均匀的情况下，分裂缝会向所受不同方向上的液压力的合力的方向上延伸，使用者调节调节盘，调节盘转动使得螺孔转动，螺孔转动第一弹簧伸缩杆的活动端移动，第一弹簧伸缩杆的活动端移动使得其活动端位于其固定端内的部分长度改变，使得第一弹簧伸缩杆内的弹簧形变量改变，使得与第一伸缩杆活动端连接的第一活塞在移动相同距离的情况所受到的液压力大小改变，从而能够模拟不同的岩层受到水力压裂时的情况，本装置设有多个调节盘，通过能够模拟在两者或多种不同岩层条件下，注液方向对主裂缝与分裂缝的影响，本装置使用透明的柱体，使用者能够观察到压裂液的流动情况，能够进行观看，本装置能够模拟在不同注液方向与第一孔竖向中心线之间的角度对分裂缝产生的造成的影响和不同的注液方向对分裂缝的延伸进行产生的影响，本装置能够通过转动调节盘来模拟不同的岩层调节，本装置能够进行多次使用，使用寿命长，本装置所使用的零部件常见且价格低廉，成本底，便于生产制造。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的电路模块框图；图3是图1的Ⅰ局部放大图；图4是图1的Ⅱ局部放大图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。
一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，如图所示，包括透明的柱体1，其特征在于：柱体1的顶面开设一个通透的第一孔2，第一孔2与柱体1中心线共线，第一孔2内壁底部固定安装出液阀门3，柱体1外周开设数个均匀分布的通透的方形的第二孔4，第二孔4均与第一孔2互通，每个第二孔4内设有一根第一弹簧伸缩杆5，每根第一弹簧伸缩杆5的固定端一端均靠近第一孔2，每根第一弹簧伸缩杆5的活动端一端均位于第二孔4外，每根第一弹簧伸缩杆5的固定端一端固定连接一个第一活塞6一侧，每个第一活塞6外周与对应的第二孔4紧密接触配合，靠近第一孔2的每个第二孔4一端内壁固定安装第一挡环7，每个靠近第一孔2的第二孔4内壁一端固定连接安装第一挡环7外壁，每个第二孔4内壁开设数个均匀分布的不通透的第三孔8，第一活塞6的宽度大于第三孔8的直径，防止第一活塞6移动的过程中，防止压裂水通过第三孔8绕过第一活塞6从第二孔4跑出，每根第一弹簧伸缩杆5的活动端外周开设外螺纹，柱体1外周通过轴承安装数个调节盘11，柱体1外周固定连接轴承的外圈一侧，调节盘11一侧固定连接轴承的内圈另一侧，调节盘11与第二孔4数量相同，每个调节盘11的一侧开设螺孔12，螺孔12分别与对应的第一弹簧伸缩杆5的活动端上的外螺纹螺纹配合，每个第三孔8内壁一端固定连接一根第二弹簧伸缩杆9的固定端一端，第三孔8内壁一端为远离第二孔4的一端内壁，每根第二弹簧伸缩杆9的活动端一端固定连接第二活塞10一侧，每个第二活塞10外周与对应的第三孔8内壁接触配合，每个第三孔8另一端内壁固定安装第二挡环22，每个第三孔8另一端内壁为靠近第二孔4的一端内壁，第二挡环22位于第二弹簧伸缩杆9靠近第二孔4一侧，柱体1顶部固定安装调节球阀13，调节球阀13出水端与第一孔2互通，调节球阀13的进水端固定连接进水装置，柱体1的底部固定安装支撑腿18。本装置用于水力压裂模拟实验，使用者通过进水装置经过调节球阀13向第一孔2内加压裂液，使用者调节调节球阀13从而改变本装置的注液方向与第一孔2竖向中心线之间的角度，使用者调节球阀13使得注液方向与第一孔2竖向中心线之间的角度为０°，当压裂液填满第一孔2后，使用者继续注入压裂液，压裂液的液压力会使得各个第一活塞6沿对应的第二孔4移动向外，各个第一活塞6移动使得对应的第一弹簧伸缩杆5压缩，当有压裂液快要进入任意一个第三孔8时，使用者观察各个方向上的各个位置的第一活塞6的移动情况，并进行拍照，使用者继续注液使得第一活塞6继续移动并使得压裂液进入各个第三孔8内，在压裂液的液压力作用下，每个第二活塞10沿对应的第三孔8移动，使用者在任意一个第二弹簧伸缩杆9压缩至最短时，使用者使用手机或相机等进行拍照，使用者停止注液，并通过出液阀门3将本装置内的压裂液排出，使用者调节球阀13使得注液方向与第一孔2竖向中心线之间的角度为３０°，使用者重复上述操作，经过多组实验后，使用者对每组实验的第一次拍照进行观察，并观察各个第一活塞6移动的距离，第一活塞6移动的距离越大，其位置所受到的液压力越大，从而模拟在不同注液方向，主裂缝加入注液后下各个位置所受到的液压力，在岩层质地均匀的情况下，受到的液压力越大越容易出现分裂缝，从而观察注液方向与第一孔2竖向中心线之间的角度对分裂缝产生的造成的影响，使用者对每组的第二次拍照，使用者观察第二活塞6所移动的距离进行观察，通过对一个第二孔4内的第一活塞6的移动距离和与该第二孔4互通的不同方向的数个第三孔8内的第二活塞6的移动距离的观察，能够观察到第二孔4在不同方向上所受到的液压力，模拟不同的注液方向与第一孔2竖向中心线之间的角度对分裂缝的延伸进行产生的影响，分裂缝在延伸的过程中，在岩层质地均匀的情况下，分裂缝会向所受不同方向上的液压力的合力的方向上延伸，使用者调节调节盘11，调节盘11转动使得螺孔11转动，螺孔11转动第一弹簧伸缩杆5的活动端移动，第一弹簧伸缩杆5的活动端移动使得其活动端位于其固定端内的部分长度改变，使得第一弹簧伸缩杆5内的弹簧形变量改变，使得与第一伸缩杆5活动端连接的第一活塞6在移动相同距离的情况所受到的液压力大小改变，从而能够模拟不同的岩层受到水力压裂时的情况，本装置设有多个调节盘11，通过能够模拟在两者或多种不同岩层条件下，注液方向对主裂缝与分裂缝的影响，本装置使用透明的柱体1，使用者能够观察到压裂液的流动情况，能够进行观看，本装置能够模拟在不同注液方向与第一孔2竖向中心线之间的角度对分裂缝产生的造成的影响和不同的注液方向对分裂缝的延伸进行产生的影响，本装置能够通过转动调节盘11来模拟不同的岩层调节，本装置能够进行多次使用，使用寿命长，本装置所使用的零部件常见且价格低廉，成本底，便于生产制造。
具体而言，如图1所示，本实施例所述的进水装置由液压泵14、单向阀门15、进水管道16、水箱17、出液管道19组成，调节球阀13的进水端固定连接液压泵14的出水端，液压泵14的进水端固定连接单向阀门15的出水端，单向阀门15的进水端通过进水管道16连接水箱17，进水管道16一端固定连接进水泵16的进水端，水箱17的外壁顶面开设通孔，进水管道16的另一端穿过通孔，进水管道16另一端位于水箱17内底部，进水管道16的外周固定连接通孔内壁，水箱17内装有压裂水，出液阀门3通过出液管道19与水箱17一侧底部固定连接，出液管道19与水箱17内部互通。使用者打开液压泵14，液压泵14将水箱17内的压裂水吸入进水管道16内，压裂水经过进水管道16、单向阀门15和液压泵14进入调节球阀13内，单向阀门能够防止压裂水倒流，本装置使用完毕后，使用者打开出液阀门3，柱体1内的压裂水沿出液管道19回到水箱17内。
具体的，如图1所示，本实施例所述的压裂水的颜色优选为草绿色。便于使用者观察压裂水在本装置内的活动过程，同时草绿色能够起到保护视力效果。
进一步的，如图1所示，本实施例所述的调节盘11的外周开设防滑纹。防滑纹能够增大使用者手部与调节盘11外周之间的摩擦力，防止使用者手打滑。
更进一步的，如图1或2或4所示，本实施例所述的第一活塞6另一侧和第二活塞10的另一侧分别固定安装防水并带有电源的压力传感器20，压力传感器20电路连接电脑。使用者通过电脑对各个压力传感器所测得各个数据进行数据分析，提高使用者对水力压裂实验的理解。
更进一步的，如图1所示，本实施例所述的调节球阀13与液压泵14连接管道处固定安装液压表21。液压表21用于检测压裂液的液压大小，防止压裂液的液压过大导致本装置损坏。
更进一步的，如图1所示，本实施例所述的支撑腿18分别固定安装吸盘。吸盘能够增加本装置稳固性，避免因本装置内各个方向受力不同，致使本装置发生侧翻，防止本装置损坏。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (7)
1.一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，包括透明的柱体（1），其特征在于：柱体（1）的顶面开设一个通透的第一孔（2），第一孔（2）内壁底部固定安装出液阀门（3），柱体（1）外周开设数个均匀分布的通透的方形的第二孔（4），第二孔（4）均与第一孔（2）互通，每个第二孔（4）内设有一根第一弹簧伸缩杆（5），每根第一弹簧伸缩杆（5）的固定端一端固定连接一个第一活塞（6）一侧，每个第一活塞（6）外周与对应的第二孔（4）紧密接触配合，靠近第一孔（2）的每个第二孔（4）一端内壁固定安装第一挡环（7），每个第二孔（4）内壁开设数个均匀分布的不通透的第三孔（8），每根第一弹簧伸缩杆（5）的活动端外周开设外螺纹，柱体（1）外周通过轴承安装数个调节盘（11），调节盘（11）与第二孔（4）数量相同，每个调节盘（11）的一侧开设螺孔（12），螺孔（12）分别与对应的第一弹簧伸缩杆（5）的活动端上的外螺纹螺纹配合，每个第三孔（8）内壁一端固定连接一根第二弹簧伸缩杆（9）的固定端一端，每根第二弹簧伸缩杆（9）的活动端一端固定连接第二活塞（10）一侧，每个第二活塞（10）外周与对应的第三孔（8）内壁接触配合，每个第三孔（8）另一端内壁固定安装第二挡环（22），第二挡环（22）位于第二弹簧伸缩杆（9）靠近第二孔（4）一侧，柱体（1）顶部固定安装调节球阀（13），调节球阀（13）出水端与第一孔（2）互通，调节球阀（13）的进水端固定连接进水装置，柱体（1）的底部固定安装支撑腿（18）。
2.根据权利要求1所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，其特征在于：所述的进水装置由液压泵（14）、单向阀门（15）、进水管道（16）、水箱（17）、出液管道（19）组成，调节球阀（13）的进水端固定连接液压泵（14）的出水端，液压泵（14）的进水端固定连接单向阀门（15）的出水端，单向阀门（15）的进水端通过进水管道（16）连接水箱（17），水箱（17）内装有压裂水，出液阀门（3）通过出液管道（19）与水箱（17）一侧底部固定连接，出液管道（19）与水箱（17）内部互通。
3.根据权利要求2所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，其特征在于：所述的压裂水的颜色优选为草绿色。
4.根据权利要求1所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，其特征在于：所述的调节盘（11）的外周开设防滑纹。
5.根据权利要求1所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，其特征在于：所述的第一活塞（6）另一侧和第二活塞（10）的另一侧分别固定安装防水并带有电源的压力传感器（20），压力传感器（20）电路连接电脑。
6.根据权利要求2所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，其特征在于：所述的调节球阀（13）与液压泵（14）连接管道处固定安装液压表（21）。
7.根据权利要求1所述的一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置，其特征在于：所述的支撑腿（18）分别固定安装吸盘。
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| CN202010322151.4A CN111550223A (zh) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | 一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111550223A true CN111550223A (zh) | 2020-08-18 |
Family
ID=72004225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010322151.4A Withdrawn CN111550223A (zh) | 2020-04-22 | 2020-04-22 | 一种大学物理实验室用可视化物理模拟装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111550223A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114215504A (zh) * | 2022-01-08 | 2022-03-22 | 西安石油大学 | 一种大规模压裂压后液体滞留的可视化模拟装置及方法 |
-
2020
- 2020-04-22 CN CN202010322151.4A patent/CN111550223A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114215504A (zh) * | 2022-01-08 | 2022-03-22 | 西安石油大学 | 一种大规模压裂压后液体滞留的可视化模拟装置及方法 |
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