CN114136863A

CN114136863A - 砂岩铀矿渗透率测试装置

Info

Publication number: CN114136863A
Application number: CN202111534959.XA
Authority: CN
Inventors: 牛庆合; 王伟; 苏学斌; 周根茂; 赵利信; 李召坤; 袁维; 闻磊; 常江芳; 王奇智; 郑永香; 尹超
Original assignee: China Nuclear Mining Technology Group Co ltd; Hebei University of Science and Technology; Shijiazhuang Tiedao University
Current assignee: China Nuclear Mining Technology Group Co ltd; Xinjiang Tianshan Uranium Industry Co ltd Cnnc; Hebei University of Science and Technology; Shijiazhuang Tiedao University
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-03-04

Abstract

本发明提供了一种砂岩铀矿渗透率测试装置，包括试样密封单元、液压控制单元、气压控制单元、温控单元和压力检测单元，试样密封单元用于容置并密封砂岩铀矿的试样；液压控制单元与所述试样密封单元连通，用于调控所述试样密封单元对所述试样施加的压力；气压控制单元包括储气组件和与所述储气组件连通的调节组件，所述调节组件的出气端与所述试样密封单元连通；温控单元包括多个温控组件，多个所述温控组件分别设于所述试样密封单元和所述调节组件；压力检测单元包括多个压力传感器，多个所述压力传感器分别设于所述试样密封单元和所述调节组件。本发明提供的砂岩铀矿渗透率测试装置，旨在实现对铀矿的渗透率进行精确有效的测试。

Description

砂岩铀矿渗透率测试装置

技术领域

本发明属于技术领域，更具体地说，是涉及一种砂岩铀矿渗透率测试装置。

背景技术

渗透率是表征土或岩石本身传导液体能力的参数，即在一定压差下，岩石允许流体通过的能力。

铀是重要的天然放射性元素，也是最重要的核燃料，铀矿作为重要的国家战略资源和能源矿产，在国防建设和经济发展中发挥重要的作用。我国的铀矿储量规模有限，难以满足核电的长远发展需求，特别是在浅层铀矿开采殆尽后，对深层铀矿的开采已成为未来发展趋势。深层铀矿的渗透率更低，对地浸开采铀矿工艺要求更为严格，因此在开采前对铀矿的渗透性进行检测，有助于深入认识地浸开采机理、优化地浸开采工艺。但现有的渗透率测试装置主要是针对石油或天然器开采，无法针对铀矿层进行精确有效的测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砂岩铀矿渗透率测试装置，旨在实现对铀矿的渗透率进行精确有效的测试。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种砂岩铀矿渗透率测试装置，包括：

试样密封单元，用于容置并密封砂岩铀矿的试样；

液压控制单元，与所述试样密封单元连通，用于调控所述试样密封单元对所述试样施加的压力；

气压控制单元，包括储气组件和与所述储气组件连通的调节组件，所述调节组件的出气端与所述试样密封单元连通；

温控单元，包括多个温控组件，多个所述温控组件分别设于所述试样密封单元和所述调节组件；以及

压力检测单元，包括多个压力传感器，多个所述压力传感器分别设于所述试样密封单元和所述调节组件。

在一种可能的实现方式中，所述储气组件包括储气罐、增压泵、真空泵和空压机，所述储气罐与所述真空泵连通，所述真空泵和所述增压泵分别与所述调节组件连通，所述空压机分别与所述真空泵和所述增压泵连通。

在一种可能的实现方式中，所述调节组件包括排气管、第一调节罐、第二调节罐和第三调节罐，所述第二调节罐和所述第三调节罐形成调节模组；

所述储气组件、所述第一调节罐、所述试样密封单元和所述排气管依次连通形成第一测试通路，其中，所述第一调节罐和所述排气管分别与所述试样密封单元的相对两端连接，所述排气管上设有调节阀；

所述储气组件、所述第一调节罐、所述调节模组和所述试样密封单元依次连通形成第二测试通路，其中，所述第二调节罐和所述第三调节罐的进气端并联于所述第一调节罐的输出管道，且所述二调节罐和所述第三调节罐的出气端分别与所述试样密封单元的相对两端连接。

在一种可能的实现方式中，所述排气管上设有气体质量流量计。

在一种可能的实现方式中，所述液压控制单元包括第一输送泵、第二输送泵和液压驱动器，所述第一输送泵的输入端和所述第二输送泵的输入端并联于所述液压驱动器，输出端分别与所述试样密封单元连通，所述第一输送泵用于控制所述试样密封单元的围压，所述第二输送泵用于控制所述试样密封单元的轴压。

在一种可能的实现方式中，所述温控组件包括第一加热器和温度传感器。

在一种可能的实现方式中，所述试样密封单元包括安装筒和分别密封插设于所述安装筒两端的第一密封盖和第二密封盖，所述安装筒具有用于容置试样的容纳腔，所述容纳腔为贯通所述安装筒的腔室。

在一种可能的实现方式中，所述温控单元还包括水浴组件，所述试样密封单元和所述液压控制单元之间的管道，以及所述气压控制单元与所述试样密封单元之间的管道均设于所述水浴组件内。

在一种可能的实现方式中，所述水浴组件包括水箱和设于所述水箱内的第二加热器。

在一种可能的实现方式中，所述水箱外设有保温层。

本发明提供的砂岩铀矿渗透率测试装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明砂岩铀矿渗透率测试装置可以先通过气压控制组件检测装置的气密性，若装置的气密性合格，再通过温控单元和液压控制单元模拟深层砂岩铀矿的环境，使测试结果更加接近于实际情况。通过调整液压控制单元和气压控制单元的参数进行多次模拟试验，并通过压力传感器对试样密封单元和调节组件内的压力进行实时监测，检测出试样的渗透率。进行多次试验后对比多组试验数据可以得到试样的渗透率。本装置能够模拟铀矿层的环境条件，精确的测试出试样的渗透率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的砂岩铀矿渗透率测试装置的结构示意图；

图中：1、储气罐；2、增压泵；3、空压机；4、真空泵；5、第一调节罐；6、第二调节罐；7、第三调节罐；8、排气管；9、试样密封单元；901、第一密封盖；902、安装筒；903、第二密封盖；10、液压控制单元；1001、第一输送泵；1002、液压驱动器；1003、第二输送泵；11、压力传感器；12、温度传感器；13、气体质量流量计；14、试样。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的砂岩铀矿渗透率测试装置进行说明。砂岩铀矿渗透率测试装置，包括试样密封单元9、液压控制单元10、气压控制单元、温控单元和压力检测单元，试样密封单元9用于容置并密封砂岩铀矿的试样14；液压控制单元10与试样密封单元9连通，用于调控试样密封单元9对试样14施加的压力；气压控制单元包括储气组件和与储气组件连通的调节组件，调节组件的出气端与试样密封单元9连通；温控单元包括多个温控组件，多个温控组件分别设于试样密封单元9和调节组件；压力检测单元包括多个压力传感器11，多个压力传感器11分别设于试样密封单元9和调节组件。

本发明提供的砂岩铀矿渗透率测试装置，与现有技术相比，本发明砂岩铀矿渗透率测试装置可以先通过气压控制组件检测装置的气密性，若装置的气密性合格，再通过温控单元和液压控制单元10模拟深层砂岩铀矿的环境，使测试结果更加接近于实际情况。通过调整液压控制单元10和气压控制单元的参数进行多次模拟试验，并通过压力传感器11对试样密封单元9和调节组件内的压力进行实时监测，检测出试样14的渗透率。进行多次试验后对比多组试验数据可以得到试样14的渗透率。本装置能够模拟铀矿层的环境条件，精确的测试出试样14的渗透率。

测试方式：

1)将试样14切割至指定尺寸，并放入试样密封单元9内；

2)预先开启温控组件，使试样密封单元9和调节组件达到预设温度；

3)通过气压控制单元向试样密封单元9内通入气体，以检测整个装置气密性，确保测试结果的准确性，通过观察压力传感器11的读数确定气密性检测是否合格，若检测结果合格则将装置内的气体排空，使装置处于真空状态；若检测结果不合格则对装置进行维修，直至气密性检测合格；

4)液压控制单元10向试样密封单元9内注入液体，并通过液压控制单元10调控试样密封单元9内的压力到达第一预设值；

5)气压控制单元向试样密封单元9内通入气体，使试样密封单元9内的压力达到第二预设值；

6)通过气压控制单元控制试样密封单元9内具有一定的压力差，使液体向试样14内渗透，检测试样14的渗透率。

具体地，第二预设值大于第一预设值。

在一些实施例中，请参阅图1，储气组件包括储气罐1、增压泵2、真空泵4和空压机3，储气罐1与真空泵4连通，增压泵2和真空泵4分别与调节组件连通，空压机3分别与增压泵2和真空泵4连通。

本实施例中空压机3为增压泵2和真空泵4提供动力，需要增加试样密封单元9内的压力时，储气罐1内的气体通过增压泵2和空压机3进入试样密封单元9内；当需要排出装置内的气体时，真空泵4和空压机3工作将装置内的气体向外排出，保证装置内处于真空状态。本实施例结构简单，能够有效控制装置内的气压，空压机3能够对增压泵2和真空泵4提供动力，提高调控效率。

可选的，储气罐1内的气体可以为氦气等稀有气体，也可以为氮气，具有稳定性高的特点。

具体地，真空泵4还与送气管连通，用于将装置内的气体排空。

在一些实施例中，请参阅图1，调节组件包括排气管8、第一调节罐5、第二调节罐6和第三调节罐7，第二调节罐6和第三调节罐7形成调节模组；

储气组件、第一调节罐5、试样密封单元9和排气管8依次连通形成第一测试通路，其中，第一调节罐5和排气管8分别与试样密封单元9的相对两端连接，排气管8上设有调节阀；

储气组件、第一调节罐5、调节模组和试样密封单元9依次连通形成第二测试通路，其中，第二调节罐6和第三调节罐7的进气端并联于第一调节罐5的输出管道，且第二调节罐6和第三调节罐7的出气端分别与试样密封单元9的相对两端连接。

若试样14的渗透率低于0.1mD，开启第二测试通路进行测试；若试样14的渗透率高于0.1mD，开启第一测试通路进行测试。在地浸开采的化学反应中会导致试样14的渗透率变化，对于不同渗透率范围内的试样14采用不同的方式进行测试，能够提高测试精度和测试效率。采用本实施例中的结构能够更加贴合于真实工况，真实有效的测出试样14的渗透率。

在检测装置的气密性时，储气组件内的气体沿第二测试通路依次流动，先将第二调节罐6和第三调节罐7的出气端密封，将储气组件内的气体通入第一调节罐5内，然后气体分别流入第二调节罐6和第三调节罐7内，再将第二调节罐6和第三调节罐7的进气端密封，出气端打开，第二调节罐6和第三调节罐7内的气体分别进入试样密封单元9内。观测第二调节罐6、第三调节罐7和试样密封单元9内的压力传感器11读数，若读数稳定则证明装置气密性良好，若读数下降则证明装置漏气。

第一测试模组的测试步骤：

1)将试样14切割至指定尺寸，并放入试样密封单元9内；

2)将装置内的气体排空，确保装置处于真空状态；

3)启动液压控制组件向试样密封单元9内增加压力，使试样密封单元9内的压力达到第一预设值；

4)储气组件内的高压气体通入第一调节罐5内，在第一调节罐5内进行调压；

5)第一调节罐5内的气体通入试样密封单元9内，经过试样14后由排气管8排出；

6)采用检测装置对试样14的渗透性进行检测。

可选的，使用第一测试模组测试渗透性时，还可以通过下列公式计算：

其中，α为第二调节罐6和第一调节罐5的压力差值与时间在半对数坐标下的斜率值，ka为试样14的渗透率，μ为气体的粘度，cg为气体的压缩系数，L和A分别为试样14的长度和横截面积，Vu和Vd分别为第三调节罐7和第二调节罐6的体积。

第二测试模组的测试步骤：

1)将试样14切割至指定尺寸，并放入试样密封单元9内；

2)将装置内的气体排空，确保装置处于真空状态；

4)封闭第二调节罐6和第三调节罐7的出气端；

5)储气组件内的高压气体通入第一调节罐5内，再分别进入第二调节罐6和第三调节罐7内；

6)封闭第二调节罐6和第三调节罐7的进气端，开启第二调节罐6和第三调节罐7的出气端，第二调节罐6和第三调节罐7内的气体分别从试样密封单元9的相对两端进入试样密封单元9内；

7)观察分别观察多个压力传感器11，直至多个压力传感器11的读数稳定于同一数值；

8)关闭第三调节罐7的出气端，开启第三调节罐7的进气端，使第一调节罐5内的气体进入第三调节罐7内；

9)当第三调节罐7内的压力达到第二预设值时，关闭第三调节罐7的进气端，开启第三调节罐7的出气端，气体进入试样密封单元9内；

10)采用检测装置对试样14的渗透性进行检测。

需要说明的是，无论采用第一测试通路还是第二测试通路，在进行测试前均需要对装置的气密性进行检测，在气密性检测合格后进行测试。同一试样14可以通过更换不同的第一预设值和第二预设值进行多组试验，确保测试结果的准确性。

需要说明的是，各个部件之间均通过连接管连接，连接管上设置有开关阀、调压阀和压力传感器11进行检测。

具体地，在开始测试前，先将试样14切割打磨至预定尺寸，然后在使用外包裹密封胶套，然后放入试样密封单元9内。

具体地，第一调节罐5、第二调节罐6、第三调节罐7和试样密封单元9均设有压力传感器11。

在一些实施例中，请参阅图1，排气管8上设有气体质量流量计13。

气体质量流量计13可以对排气管8上流出的气体流量进行监测，通过下列公式自行计算试验的渗透率，无需使用检测设备，节约了成本。

其中Q为气体质量流量计13的读数，μ为气体的粘度，p_a为大气压力，L和A分别为试样14的长度和横截面积，p_in和p_out分别为第一调节罐5进气端和出气端的气压，在本试验中p_out等于大气压力。

在一些实施例中，请参阅图1，液压控制单元10包括第一输送泵1001、第二输送泵1003和液压驱动器1002，第一输送泵1001的输入端和第二输送泵1003的输入端并联于液压驱动器1002，输出端分别与试样密封单元9连通，第一输送泵1001用于控制试样密封单元9的围压，第二输送泵1003用于控制试样密封单元9的轴压。

液压驱动器1002分别通过第一输送泵1001和第二输送泵1003向试样密封单元9内通入液体，从而控制试样密封单元9内的围压和轴压分别达到预设值，方便进行测试。当其中某一个部件损坏后，可以进行单独更换，方便快捷。

具体地，液压驱动器1002为液压缸或油缸。

在一些实施例中，请参阅图1，温控组件包括第一加热器和温度传感器12。

第一加热器可以对试样密封单元9和调节组件进行加热，温度传感器12可以监测加热后的温度，方便调控密封单元和调节组件内的温度。

在一些实施例中，请参阅图1，试样密封单元9包括安装筒902和分别密封插设于安装筒902两端的第一密封盖901和第二密封盖903，安装筒902具有用于容置试样14的容纳腔，容纳腔为贯通安装筒902的腔室。

将试样14从容纳腔的开口插入容纳腔内，然后将第一密封盖901和第二密封盖903密封插入在容纳腔的两端，使试样14处于密封环境。因试样14的尺寸完全适配于容纳腔，以保证试样14在测试时的密封性，在容纳腔设置为贯通的腔室，方便在测试完成后从容纳腔的一端推动试样14将其取出。

在一些实施例中，图中未示出，温控单元还包括水浴组件，试样密封单元9和液压控制单元10之间的管道，以及气压控制单元与试样密封单元9之间的管道均设于水浴组件内。

水浴组件对管道进行加热，保证气体或液体在传输的过程中具有稳定的温度，以真实有效的模拟深层铀矿的环境，提高测试精度。水浴组件能够确保管道内的物质温度恒定，温度拨动较小。

具体地，试样密封单元9、液压控制单元10和气压控制单元内部也通过管道连接，该管道同样置于水浴组件内。

在一些实施例中，图中未示出，水浴组件包括水箱和设于水箱内的第二加热器。

将管道置于水箱内，水箱内注入水，第二加热器对水进行加热，通过热水确保管道的气体或液体温度恒定。此种方式避免直接对管道加热容易造成温度拨动，提高了稳定性。

在一些实施例中，图中未示出，水箱外设有保温层。

保温层能够避免水箱内的水与外部产生热交换，提高保温性能，减少能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，包括：

试样密封单元，用于容置并密封砂岩铀矿的试样；

2.如权利要求1所述的砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，所述储气组件包括储气罐、增压泵、真空泵和空压机，所述储气罐与所述真空泵连通，所述真空泵和所述增压泵分别与所述调节组件连通，所述空压机分别与所述真空泵和所述增压泵连通。

3.如权利要求1所述的砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，所述调节组件包括排气管、第一调节罐、第二调节罐和第三调节罐，所述第二调节罐和所述第三调节罐形成调节模组；

4.如权利要求3所述的砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，所述排气管上设有气体质量流量计。

5.如权利要求1所述的砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，所述液压控制单元包括第一输送泵、第二输送泵和液压驱动器，所述第一输送泵的输入端和所述第二输送泵的输入端并联于所述液压驱动器，输出端分别与所述试样密封单元连通，所述第一输送泵用于控制所述试样密封单元的围压，所述第二输送泵用于控制所述试样密封单元的轴压。

6.如权利要求1所述的砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，所述温控组件包括第一加热器和温度传感器。

7.如权利要求1所述的砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，所述试样密封单元包括安装筒和分别密封插设于所述安装筒两端的第一密封盖和第二密封盖，所述安装筒具有用于容置试样的容纳腔，所述容纳腔为贯通所述安装筒的腔室。

8.如权利要求1所述的砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，所述温控单元还包括水浴组件，所述试样密封单元和所述液压控制单元之间的管道，以及所述气压控制单元与所述试样密封单元之间的管道均设于所述水浴组件内。

9.如权利要求8所述的砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，所述水浴组件包括水箱和设于所述水箱内的第二加热器。

10.如权利要求9所述的砂岩铀矿渗透率测试装置，其特征在于，所述水箱外设有保温层。