CN113777123B - 一种核磁共振真三轴夹持器及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核磁共振真三轴夹持器及应用方法。所述核磁共振真三轴夹持器,包括轴压机构、流体注入机构、信号采集机构。本发明通过三大机构配合,还原煤岩体原位地层环境,实现多相多场耦合作用下煤岩体的力学与物性演化动态监测,揭示多相流体的微观运移机理与分布特征。
Description
技术领域
本发明涉及一种核磁共振真三轴夹持器及应用方法。
背景技术
在煤层气、油气开采等领域,研究地层岩石的孔裂隙结构、多相流体运移规律对能源开采是十分重要的。基于此,许多研究技术被开发出来去表征真实地层条件下的岩石孔裂隙结构以及流体分布,其中核磁共振技术被认为是一种具有巨大潜力的无损监测技术,它可以有效的表征煤岩体内部的微观孔裂隙结构与流体分布。目前,核磁共振在能源开采领域的应用已经取得了巨大的成功,但不足的是,现有的核磁共振技术并不能实现原位赋存环境下,地层岩石内部孔裂隙结构的实时监测,其应力加载方式仅仅只能对实验样品施加围压以及驱替压力,这导致测试结果与真实情况有较大偏差。真三轴加载方式是目前公认的可以最准确的模拟地层岩体真实的三向受力状态的加载方式,然而现阶段基于真三轴实验情况下,核磁监测技术的数据信息采集仍为空白。基于上述情况,迫切需要一种核磁共振真三轴夹持器,实现在真三轴条件下,核磁共振的实时扫描,从而探究原位赋存环境下,煤岩体内部微观孔裂隙结构、多相流体微观运移规律与分布特征。
发明内容
本发明实施例的目的在于提出一种核磁共振真三轴夹持器,通过轴压机构、流体注入机构、信号采集机构相互配合,还原煤岩体原位赋存环境,实现多相多场耦合作用下煤岩体力学与物性演化动态监测,显示多相流体的微观运移规律与分布特征。为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种核磁共振真三轴夹持器,包括:
轴压机构设置有轴压加载器I、轴压加载器II、轴压加载器III、轴压加载器IV、轴压加载器V、反力架、轴压加载杆I、轴压加载杆II、轴压加载杆Ⅲ、轴压加载杆Ⅳ、轴压加载杆V、顶杆、I侧通孔、Ⅱ侧通孔、Ⅲ侧通孔、IV侧通孔、V侧通孔、VI侧通孔、Ⅱ侧弓形传导杆、Ⅲ侧弓形传导杆、IV侧弓形传导杆、V侧弓形传导杆、轴压注液通孔、控温环;流体注入机构设置有Ⅰ侧渗流孔、Ⅳ侧渗流孔、试件室、试件、橡胶套、增压室、增压孔、环压壁;信号采集机构设置有线槽、信号捕集体、信号线圈,所述轴压加载器I底端与所述轴压加载杆I连接,所述轴压加载器II底端与所述轴压加载杆II相连接,所述轴压加载器III底端与所述轴压加载杆Ⅲ相连接,所述轴压加载器IV底端与所述轴压加载杆IV相连接,所述轴压加载器V底端与所述轴压加载杆V相连接,所述反力架与所述顶杆相连接,所述轴压注液通孔分别置于所述轴压加载器I、轴压加载器II、轴压加载器III、轴压加载器Ⅳ,轴压加载器V端部,所述控温环置于所述增压室内,所述环压壁内具有用于放置所述信号捕集体的容纳腔体,所述I侧通孔置于所述信号捕集体端部,所述Ⅱ侧通孔置于所述信号捕集体侧壁上下端,所述Ⅲ侧通孔置于所述信号捕集体侧壁上下端,所述IV侧通孔置于所述信号捕集体侧壁上下端,所述V侧通孔置于所述信号捕集体侧壁上下端,所述VI侧通孔置于所述信号捕集体端部,所述轴压加载杆I贯穿所述I侧通孔与所述轴压加载器I、试件连接,所述II侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述II侧通孔与所述轴压加载杆II、试件连接,所述III侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述III侧通孔与所述轴压加载杆III、试件连接,所述IV侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述IV侧通孔与所述轴压加载杆IV、试件连接,所述V侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述V侧通孔与所述轴压加载杆V、试件连接,所述顶杆贯穿所述VI侧通孔与所述反力架、试件相连接,所述橡胶套置于所述试件外部,所述试件室位于所述信号捕集体内,所述I侧渗流孔贯穿所述轴压加载器I、轴压加载杆I,所述VI侧渗流孔贯穿所述顶杆、反力架,所述增压室位于所述环压壁内,所述增压孔置于所述增压室内,所述信号捕集体位于所述增压室内,所述线槽环绕与所述信号捕集体外壁并置于所述I侧通孔、II侧通孔、III侧通孔、IV侧通孔中间,所述信号线圈置于所述线槽内。
优选地,所述所述线圈置于所述I侧通孔、II侧通孔、III侧通孔、IV侧通孔中间
优选地,所述Ⅱ侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述Ⅱ侧通孔,一端连接所述轴压加载杆Ⅱ,一端接触所述试件;所述Ⅲ侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述Ⅲ侧通孔,一端连接所述轴压加载杆Ⅲ,一端接触所述试件;所述Ⅳ侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述Ⅳ侧通孔,一端连接所述轴压加载杆Ⅳ,一端接触所述试件;所述Ⅴ侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述Ⅴ侧通孔,一端连接所述轴压加载杆Ⅴ,一端接触所述试件。
本发明还提出了一种核磁共振真三轴夹持器的应用方法,应用上述装置,其包括如下工作步骤:
a、根据原位赋存环境确定所需加载的三轴应力大小、孔隙水压、地层温度以及注入流体种类;
b、连接装置,将标准试样放置在所述试件室中并用所述橡胶套包裹,通过所述轴压加载器I、轴压加载器II、轴压加载器III、轴压加载器IV、轴压加载器V、反力架对试样进行三轴应力加载;
c、根据设置的孔隙水压,通过所述增压孔向所述增压室内注入氟化液,使围压比孔隙压力大,使所述橡胶套紧贴试样,并根据地层温度,通过所述控温环对所述增压室控温;
d、按照设置的注入流速,从所述I侧渗流孔向所述试件室内注入流体;
e、采用所述线槽内的所述信号线圈采集核磁信号,并反演所述试件微观结构,表征流体运移特征。
本发明具有如下优点:
本发明述及的核磁共振真三轴夹持器,具有轴压机构、流体注入机构和信号采集机构,其中通过轴压机构的五个加载器与反力架提供三向应力,弓形传导杆绕过信号线圈接触试件,传导三向应力;通过流体注入机构的渗流孔注入流体,通过信号采集机构的信号捕集体固定信号线圈,实时采集多相多场核磁实验数据,以达到实时监测真三轴加载条件下,流体的微观运移与分布状态的目的,最终探索研究真三轴应力加载条件下,煤岩体内部孔裂隙结构的演化特征以及流体的微观运移规律,为实际工程开发实践提供理论支撑。
附图说明
图1为本发明的整体状态图
图2为本发明的剖面图1
图3为本发明的剖面图2
图4为本发明的俯视图
图中:1-轴压加载器I;2-轴压加载器II;3-轴压加载器III;4-轴压加载器Ⅳ;5-轴压加载器V;6-反力架;7-轴压注液通孔;8-I侧渗流孔;9-轴压加载杆I;10-轴压加载杆II;11-轴压加载杆III;12-轴压加载杆IV;13-轴压加载杆V;14-顶杆;15-II侧弓形传导杆;16-III侧弓形传导杆;17-IV侧弓形传导杆;18-V侧弓形传导杆;19-信号捕集体;20-线槽;21-信号线圈;22-试件;23-橡胶套;24-试件室;25-I侧通孔;26-II侧通孔;27-III侧通孔;28-IV侧通孔;29-V侧通孔;30-VI侧通孔;31-增压孔;32-增压室;33-VI侧渗流孔;34-环压壁;35-控温环。
具体实施方式
结合图1、图2、图3所示,一种核磁共振真三轴夹持器,包括轴压机构、流体注入机构与信号采集机构,通过轴压机构加载三向应力,流体注入机构用于注入流体,信号采集机构用于采集流体信号,研究真三轴应力加载下,煤岩体内部孔裂隙结构的演化特征以及流体的微观运移规律。
所述轴压加载器I1底端与所述轴压加载杆I9连接,所述轴压加载器II2底端与所述轴压加载杆II10相连接,所述轴压加载器III3底端与所述轴压加载杆Ⅲ11相连接,所述轴压加载器IV4底端与所述轴压加载杆V12相连接,所述轴压加载器V5底端与所述轴压加载杆V13相连接,所述反力架6与所述顶杆14相连接,所述轴压注液通孔7分别置于所述轴压加载器I1、轴压加载器II2、轴压加载器III3、轴压加载器Ⅳ4,轴压加载器V5端部,所述环压壁34具有放置所述信号捕集体19的容纳室,所述I侧通孔25置于所述信号捕集体19端部,所述Ⅱ侧通孔26置于所述信号捕集体19侧壁上下端,所述Ⅲ侧通孔27置于所述信号捕集体19侧壁上下端,所述IV侧通孔28置于所述信号捕集体19侧壁上下端,所述V侧通孔29置于所述信号捕集体19侧壁上下端,所述VI侧通孔30置于所述信号捕集体19端部,所述轴压加载杆I9贯穿所述I侧通孔25与所述轴压加载器I1、试件22连接,所述II侧弓形传导杆15绕过所述信号线圈21贯穿所述II侧通孔26与所述轴压加载杆II10、试件22连接,所述III侧弓形传导杆16绕过所述信号线圈21贯穿所述III侧通孔27与所述轴压加载杆III11、试件22连接,所述IV侧弓形传导杆17绕过所述信号线圈21贯穿所述IV侧通孔28与所述轴压加载杆IV12、试件22连接,所述V侧弓形传导杆18绕过所述信号线圈21贯穿所述V侧通孔29与所述轴压加载杆V13、试件22连接,所述顶杆14贯穿所述VI侧通孔30与所述反力架6、试件22相连接,所述控温环35置于所述增压室32内。
流体注入机构中,所述橡胶套23置于所述试件22外部,所述试件室24位于所述信号捕集体19内,所述I侧渗流孔8贯穿所述轴压加载器I1、轴压加载杆I6,所述VI侧渗流孔33贯穿所述顶杆14、反力架6,所述增压室32位于所述环压壁34内,所述增压孔31置于所述增压室32内。
信号采集机构中,所述信号捕集体19位于所述增压室32内,所述线槽环绕与所述信号捕集体19外壁并置于所述I侧通孔25、II侧通孔26、III侧通孔27、IV侧通孔28中间,所述信号线圈21置于所述线槽20内。
结合图1、图2、图3所示,根据要求首先要确定现场的地层条件,利用轴压加载器I1、轴压加载器II2、轴压加载器III3、轴压加载器Ⅳ4、轴压加载器V5、反力架6进行三向应力加载,利用I侧渗流孔8注入流体,利用信号线圈21采集信号,从而最终实现真三轴条件下,核磁共振的实时监测。
其具体步骤大致如下:
a、根据原位赋存环境确定所需加载的三轴应力大小、孔隙水压、地层温度以及注入流体种类;
b、连接装置,将标准试样放置在所述试件室24中并用所述橡胶套23包裹,通过所述轴压加载器I1、轴压加载器II2、轴压加载器III3、轴压加载器IV4、轴压加载器V5、反力架6对试样进行三轴应力加载;
c、根据设置的孔隙水压,通过所述增压孔31向所述增压室32内注入氟化液,使围压比孔隙压力大,使所述橡胶套23紧贴试样,并根据地层温度,通过所述控温环35对所述增压室32控温;
d、按照设置的注入流速,从所述I侧渗流孔8向所述试件室24内注入流体;
e、采用所述线槽20内的所述信号线圈21采集核磁信号,并反演所述试件微观结构,表征流体运移特征。
以上的各实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种核磁共振真三轴夹持器,其特征在于:所述核磁共振真三轴夹持器包括:
轴压机构设置有轴压加载器I、轴压加载器II、轴压加载器III、轴压加载器IV、轴压加载器V、反力架、轴压加载杆I、轴压加载杆II、轴压加载杆Ⅲ、轴压加载杆Ⅳ、轴压加载杆V、顶杆、I侧通孔、Ⅱ侧通孔、Ⅲ侧通孔、IV侧通孔、V侧通孔、VI侧通孔、Ⅱ侧弓形传导杆、Ⅲ侧弓形传导杆、IV侧弓形传导杆、V侧弓形传导杆、轴压注液通孔、控温环;流体注入机构设置有Ⅰ侧渗流孔、Ⅳ侧渗流孔、试件室、试件、橡胶套、增压室、增压孔、环压壁;信号采集机构设置有线槽、信号捕集体、信号线圈,所述轴压加载器I底端与所述轴压加载杆I连接,所述轴压加载器II底端与所述轴压加载杆II相连接,所述轴压加载器III底端与所述轴压加载杆Ⅲ相连接,所述轴压加载器IV底端与所述轴压加载杆IV相连接,所述轴压加载器V底端与所述轴压加载杆V相连接,所述反力架与所述顶杆相连接,所述轴压注液通孔分别置于所述轴压加载器I、轴压加载器II、轴压加载器III、轴压加载器Ⅳ,轴压加载器V端部,所述控温环置于所述增压室内,所述环压壁内具有用于放置所述信号捕集体的容纳腔体,所述I侧通孔置于所述信号捕集体端部,所述Ⅱ侧通孔置于所述信号捕集体侧壁上下端,所述Ⅲ侧通孔置于所述信号捕集体侧壁上下端,所述IV侧通孔置于所述信号捕集体侧壁上下端,所述V侧通孔置于所述信号捕集体侧壁上下端,所述VI侧通孔置于所述信号捕集体端部,所述轴压加载杆I贯穿所述I侧通孔与所述轴压加载器I、试件连接,所述II侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述II侧通孔与所述轴压加载杆II、试件连接,所述III侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述III侧通孔与所述轴压加载杆III、试件连接,所述IV侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述IV侧通孔与所述轴压加载杆IV、试件连接,所述V侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述V侧通孔与所述轴压加载杆V、试件连接,所述顶杆贯穿所述VI侧通孔与所述反力架、试件相连接,所述橡胶套置于所述试件外部,所述试件室位于所述信号捕集体内,所述I侧渗流孔贯穿所述轴压加载器I、轴压加载杆I,所述VI侧渗流孔贯穿所述顶杆、反力架,所述增压室位于所述环压壁内,所述增压孔置于所述增压室内,所述信号捕集体位于所述增压室内,所述线槽环绕与所述信号捕集体外壁并置于所述I侧通孔、II侧通孔、III侧通孔、IV侧通孔中间,所述信号线圈置于所述线槽内。
2.根据权利要求1所述的核磁共振真三轴夹持器,其特征在于:所述线圈置于所述I侧通孔、II侧通孔、III侧通孔、IV侧通孔中间。
3.根据权利要求1所述的核磁共振真三轴夹持器,其特征在于:所述Ⅱ侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述Ⅱ侧通孔,一端连接所述轴压加载杆Ⅱ,一端接触所述试件;所述Ⅲ侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述Ⅲ侧通孔,一端连接所述轴压加载杆Ⅲ,一端接触所述试件;所述Ⅳ侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述Ⅳ侧通孔,一端连接所述轴压加载杆Ⅳ,一端接触所述试件;所述Ⅴ侧弓形传导杆绕过所述信号线圈贯穿所述Ⅴ侧通孔,一端连接所述轴压加载杆Ⅴ,一端接触所述试件。
4.一种核磁共振真三轴夹持器应用方法,其特征在于,采用如权利要求1至3任一项所述的核磁共振真三轴夹持器,包括如下步骤:
a、根据原位赋存环境确定所需加载的三轴应力大小、孔隙水压、地层温度以及注入流体种类;
b、连接装置,将标准试样放置在所述试件室中并用所述橡胶套包裹,通过所述轴压加载器I、轴压加载器II、轴压加载器III、轴压加载器IV、轴压加载器V、反力架对试样进行三轴应力加载;
c、根据设置的孔隙水压,通过所述增压孔向所述增压室内注入氟化液,使围压比孔隙压力大,使所述橡胶套紧贴试样,并根据地层温度,通过所述控温环对所述增压室控温;
d、按照设置的注入流速,从所述I侧渗流孔向所述试件室内注入流体;
e、采用所述线槽内的所述信号线圈采集核磁信号,并反演所述试件微观结构,表征流体运移特征。
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