CN114137013A - 一种原位实验磁信号感知装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开原位实验磁信号感知装置及方法，所述原位实验磁信号感知装置，包括加载机构、渗流机构、数据采集机构；本发明加载机构的五个加载活塞加载三向应力，通过渗流机构的渗流孔注入流体，利用数据采集机构中的感知体固定感知线圈，实时采集多相多场条件下的实验数据，以达到实时监测原位环境下，流体的微观运移与分布状态的目的，得到气、液、固介质微观运移规律与分布特征。

Description

一种原位实验磁信号感知装置及方法

技术领域

本发明涉及领域，具体的是一种原位实验磁信号感知装置及方法。

背景技术

核磁共振技术被广泛应用于煤炭开采，油气勘探开发等领域，其能有效的表征煤岩体内部的微观孔裂隙结构与流体分布，常用于研究煤岩体内部孔裂隙结构演化特征以及复杂地质条件下，孔隙流体在多孔介质中的运移规律。目前，核磁共振所用夹持器能实现的加载方式仅仅只能对实验样品施加围压以及驱替压力，并不能完全模拟地层岩石在地下的真实受力情况，而导致测试结果不完全符合真实情况。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种原位实验磁信号感知装置及方法，本发明通过加载机构、渗流机构、数据采集机构相互配合，还原煤岩体原位赋存环境，实现物理场-化学场-生物场作用下煤岩体力学与物性演化动态监测，显示气、液、固介质微观运移规律与分布特征。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种原位实验磁信号感知装置，包括加载机构、渗流机构与数据采集机构，所述加载机构设置有轴向加载活塞、Ⅰ侧向加载活塞、Ⅱ侧向加载活塞、Ⅲ侧向加载活塞、IV侧向加载活塞、轴向加载轴、Ⅰ侧向加载轴、Ⅱ侧向加载轴、Ⅲ侧向加载轴、Ⅳ侧向加载轴、轴向传导孔、Ⅰ侧向传导孔、Ⅱ侧向传导孔、Ⅲ侧向传导孔、IV侧向传导孔、注液孔、夹持器主体、温控圈；

所述渗流机构设置有超临界室、围压腔、围压孔、渗流孔、试件腔、试件、橡胶套；

所述数据采集机构设置有线槽、感知体、感知线圈、串联体；

所述轴向加载轴位于夹持器主体的内腔中心处，Ⅰ侧向加载轴、Ⅱ侧向加载轴、Ⅲ侧向加载轴、Ⅳ侧向加载轴分别位于轴向加载轴的四周，轴向加载活塞的底部与轴向加载轴连接，Ⅰ侧向加载活塞的底部与Ⅰ侧向加载轴相连接，Ⅱ侧向加载活塞的底部与Ⅱ侧向加载轴相连接，Ⅲ侧向加载活塞的底部与Ⅲ侧向加载轴相连接，Ⅳ侧向加载活塞的底部与Ⅳ侧向加载轴相连接，注液孔分别置于轴向加载活塞、Ⅰ侧向加载活塞、Ⅱ侧向加载活塞、Ⅲ侧向加载活塞、Ⅳ侧向加载活塞的表面，夹持器主体设有用于放置感知体的容纳室，轴向传导孔位于感知体的表面，Ⅰ侧向传导孔、Ⅱ侧向传导孔、Ⅲ侧向传导孔以及Ⅳ侧向传导孔分别位于感知体的四周表面，感知线圈套于感知体的表面，轴向加载轴穿过感知线圈并贯穿轴向传导孔与轴向加载活塞的底部连接，Ⅰ侧向加载轴穿过感知线圈并贯穿Ⅰ侧向传导孔与Ⅰ侧向加载活塞的底部连接，Ⅱ侧向加载轴穿过感知线圈并贯穿Ⅱ侧向传导孔与Ⅱ侧向加载活塞的底部连接，Ⅲ侧向加载轴穿过感知线圈并贯穿Ⅲ侧向传导孔与Ⅲ侧向加载活塞的底部连接，Ⅳ侧向加载轴穿过感知线圈并贯穿Ⅳ侧向传导孔与Ⅳ侧向加载活塞的底部连接，温控圈置于夹持器主体内部，试件位于感知体的内腔，橡胶套置于试件外部，超临界室分别置于轴向加载活塞、Ⅰ侧向加载活塞、Ⅱ侧向加载活塞、Ⅲ侧向加载活塞、Ⅳ侧向加载活塞的内部，渗流孔贯穿超临界室、轴向加载活塞、轴向加载轴。

进一步地，所述围压腔位于夹持器主体内，围压孔置于夹持器主体的侧面，感知体位于围压腔内，线槽置于感知体的外侧，感知线圈置于线槽内，感知线圈与串联体相连。

进一步地，所述感知体置于夹持器主体的内部，且感知体的内部嵌有试件，试件由非金属材料构成。

进一步地，所述感知线圈的中间间隔设置有I侧向传导孔、II侧向传导孔、III侧向传导孔以及IV侧向传导孔。

一种原位实验磁信号感知方法，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的原位实验磁信号感知装置执行，其特征在于：包括如下步骤：

S1、根据实际地层条件确定所需加载的三向应力、孔隙压力、实验温度以及注入流体；

S2、检查装置的连接情况，将制备好的试样置于橡胶套内并放置在试件腔中，通过轴向加载活塞、Ⅰ侧向加载活塞、Ⅱ侧向加载活塞、Ⅲ侧向所述加载活塞、Ⅳ侧向加载活塞对试样进行三向应力加载；

S3、根据所需的孔隙压力，通过围压孔向围压腔内注入围压液，使围压大于孔隙压力，压实橡胶套，并按照地层温度，通过温控圈对围压腔进行加温；

S4、从渗流孔向试件腔内注入流体；

S5、通过线槽上的感知线圈采集回波信号，反演所得核磁信号，得到试件结构与流体运移特征。

本发明的有益效果：

本发明述及的原位实验磁信号感知装置，具有加载机构、渗流机构和数据采集机构，其中通过加载机构的五个加载活塞加载三向应力，通过渗流机构的渗流孔注入流体，利用数据采集机构中的感知体固定感知线圈，实时采集多相多场条件下的实验数据，以达到实时监测原位环境下，流体的微观运移与分布状态的目的，得到气、液、固介质微观运移规律与分布特征。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的整体状态图；

图2为本发明的感知体整体状态图；

图3为本发明的剖面图。

图中：1-Ⅰ侧向加载活塞；2-Ⅱ侧向加载活塞；3-Ⅲ侧向加载活塞；4-Ⅳ侧向加载活塞；5-轴向加载活塞；6-I侧向加载轴；7-Ⅱ侧向加载轴；8-Ⅲ侧向加载轴；9-Ⅳ侧向加载轴；10-轴向加载轴；11-夹持器主体；12-围压腔；13-渗流孔；14-注液孔；15-线槽；16-感知线圈；17-串联体；18-感知体；19-轴向传导孔；20-I侧向传导孔；21-II侧向传导孔；22-III侧向传导孔；23-IV侧向传导孔；24-试件腔；25-温控圈；26-围压孔；27-超临界室；28-试件；29-橡胶套。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

结合图1、图2、图3所示，一种原位实验磁信号感知装置，包括加载机构、渗流机构与数据采集机构，通过加载机构加载三向应力，渗流机构注入流体，采用数据采集机构采集流体核磁信号，从而研究在原位环境下，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。

加载机构中，所述Ⅰ侧向加载活塞1底部与所述I侧向加载轴6相连接，所述Ⅱ侧向加载活塞2底部与所述Ⅱ侧向加载轴7相连接，所述Ⅲ侧向加载活塞3底部与所述Ⅲ侧向加载轴8相连接，所述Ⅳ侧向加载活塞4底部与所述Ⅳ侧向加载轴9相连接，所述轴向加载活塞5底部与所述轴向加载轴10相连接，所述注液孔14分别置于所述Ⅰ侧向加载活塞1、Ⅱ侧向加载活塞2、Ⅲ侧向加载活塞3、Ⅳ侧向加载活塞4、轴向加载活塞5端部，所述夹持器主体11具有用于放置所述感知体18的容纳室，所述轴向传导孔19置于所述感知体18端部，所述Ⅰ侧向传导孔20置于所述感知体18侧面，所述Ⅱ侧向传导孔21置于所述感知体18侧面，所述Ⅲ侧向传导孔22置于所述感知体18侧面，所述Ⅳ侧向传导孔23置于所述感知体18侧面，所述轴向加载轴10贯穿所述轴向传导孔19与所述轴向加载活塞5底部连接，所述Ⅰ侧向加载轴6穿过所述感知线圈16并贯穿所述Ⅰ侧向传导孔20与所述Ⅰ侧向加载活塞1底部连接，所述Ⅱ侧向加载轴7穿过所述感知线圈16并贯穿所述Ⅱ侧向传导孔21与所述Ⅱ侧向加载活塞2底部连接，所述Ⅲ侧向加载轴8穿过所述感知线圈16并贯穿所述Ⅲ侧向传导孔22与所述Ⅲ侧向加载活塞3底部连接，所述Ⅳ侧向加载轴9穿过所述感知线圈16并贯穿所述Ⅳ侧向传导孔23与所述Ⅳ侧向加载活塞4底部连接，所述温控圈25位于所述夹持器主体11内部。

渗流机构中，所述超临界室27分别置于所述轴向加载活塞5、Ⅰ侧向加载活塞1、Ⅱ侧向加载活塞2、Ⅲ侧向加载活塞3、Ⅳ侧向加载活塞4内部，所述橡胶套29置于所述试件28外部，所述渗流孔13贯穿所述超临界室27、轴向加载活塞5、轴向加载轴10，所述围压腔12位于所述夹持器主体11内，所述围压孔26置于所述夹持器主体11侧面。

数据采集机构中，所述感知体18位于所述围压腔12内，所述线槽15置于所述感知体18外侧且所述线槽15中间间隔置有所述I侧传导孔20、所述II侧传导孔21、所述III侧传导孔22、所述IV侧传导孔24，所述感知线圈16置于所述线槽15内，所述串联体17连接所述感知线圈16。

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Ⅰ侧向加载活塞1、Ⅱ侧向加载活塞2、Ⅲ侧向加载活塞3、Ⅳ侧向加载活塞4、轴向加载活塞5进行三向应力加载，利用所述渗流孔13注入流体，利用所述感知线圈16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、根据实际地层条件确定所需加载的三向应力、孔隙压力、实验温度以及注入流体；

b、检查装置的连接情况，将制备好的所述试件28置于所述橡胶套29内并放置在所述试件腔24中，通过所述轴向加载活塞5、Ⅰ侧向加载活塞1、Ⅱ侧向加载活塞2、Ⅲ侧向加载活塞3、Ⅳ侧向加载活塞4对所述试件28进行三向应力加载；

c、根据所需的孔隙压力，通过所述围压孔26向所述围压腔12内注入围压液，使围压大于孔隙压力，压实所述橡胶套29，并按照地层温度，通过所述温控圈25对所述围压腔26进行加温；

d、从所述渗流孔13向所述试件腔24内注入流体；

e、通过所述线槽15上的所述感知线圈16采集回波信号，反演所得核磁信号，得到所述试件28结构与流体运移特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种原位实验磁信号感知装置，包括加载机构、渗流机构与数据采集机构，其特征在于：所述加载机构设置有轴向加载活塞(5)、Ⅰ侧向加载活塞(1)、Ⅱ侧向加载活塞(2)、Ⅲ侧向加载活塞(3)、IV侧向加载活塞(4)、轴向加载轴(10)、Ⅰ侧向加载轴(6)、Ⅱ侧向加载轴(7)、Ⅲ侧向加载轴(8)、Ⅳ侧向加载轴(9)、轴向传导孔(19)、Ⅰ侧向传导孔(20)、Ⅱ侧向传导孔(21)、Ⅲ侧向传导孔(22)、IV侧向传导孔(23)、注液孔(14)、夹持器主体(11)、温控圈(25)；

所述渗流机构设置有超临界室(27)、围压腔(12)、围压孔(26)、渗流孔(13)、试件腔(24)、试件(28)、橡胶套(29)；

所述数据采集机构设置有线槽(15)、感知体(18)、感知线圈(16)、串联体(17)；

所述轴向加载轴(10)位于夹持器主体(11)的内腔中心处，Ⅰ侧向加载轴(6)、Ⅱ侧向加载轴(7)、Ⅲ侧向加载轴(8)、Ⅳ侧向加载轴(9)分别位于轴向加载轴(10)的四周，轴向加载活塞(5)的底部与轴向加载轴(10)连接，Ⅰ侧向加载活塞(1)的底部与Ⅰ侧向加载轴(6)相连接，Ⅱ侧向加载活塞(2)的底部与Ⅱ侧向加载轴(7)相连接，Ⅲ侧向加载活塞(3)的底部与Ⅲ侧向加载轴(8)相连接，Ⅳ侧向加载活塞(4)的底部与Ⅳ侧向加载轴(9)相连接，注液孔(14)分别置于轴向加载活塞(5)、Ⅰ侧向加载活塞(1)、Ⅱ侧向加载活塞(2)、Ⅲ侧向加载活塞(3)、Ⅳ侧向加载活塞(4)的表面，夹持器主体(11)设有用于放置感知体(18)的容纳室，轴向传导孔(19)位于感知体(18)的表面，Ⅰ侧向传导孔(20)、Ⅱ侧向传导孔(21)、Ⅲ侧向传导孔(22)以及Ⅳ侧向传导孔(23)分别位于感知体(18)的四周表面，感知线圈(16)套于感知体(18)的表面，轴向加载轴(10)穿过感知线圈(16)并贯穿轴向传导孔(19)与轴向加载活塞(5)的底部连接，Ⅰ侧向加载轴(6)穿过感知线圈(16)并贯穿Ⅰ侧向传导孔(20)与Ⅰ侧向加载活塞(1)的底部连接，Ⅱ侧向加载轴(7)穿过感知线圈(16)并贯穿Ⅱ侧向传导孔(21)与Ⅱ侧向加载活塞(2)的底部连接，Ⅲ侧向加载轴(8)穿过感知线圈(16)并贯穿Ⅲ侧向传导孔(22)与Ⅲ侧向加载活塞(3)的底部连接，Ⅳ侧向加载轴(9)穿过感知线圈(16)并贯穿Ⅳ侧向传导孔(23)与Ⅳ侧向加载活塞(4)的底部连接，温控圈(25)置于夹持器主体(11)内部，试件(28)位于感知体(18)的内腔，橡胶套(29)置于试件(28)外部，超临界室(27)分别置于轴向加载活塞(5)、Ⅰ侧向加载活塞(1)、Ⅱ侧向加载活塞(2)、Ⅲ侧向加载活塞(3)、Ⅳ侧向加载活塞(4)的内部，渗流孔(13)贯穿超临界室(27)、轴向加载活塞(5)、轴向加载轴(10)。

2.根据权利要求1所述的原位实验磁信号感知装置，其特征在于：所述围压腔(12)位于夹持器主体(11)内，围压孔(26)置于夹持器主体(11)的侧面，感知体(18)位于围压腔(12)内，线槽(15)置于感知体(18)的外侧，感知线圈(16)置于线槽(15)内，感知线圈(16)与串联体(17)相连。

3.根据权利要求2所述的原位实验磁信号感知装置，其特征在于：所述感知体(18)置于夹持器主体(11)的内部，且感知体(18)的内部开设有试件腔(24)，试件腔(24)内嵌有试件(28)，试件(28)由非金属材料构成。

4.根据权利要求1所述的原位实验磁信号感知装置，其特征在于：所述感知线圈(16)的中间间隔设置有I侧向传导孔(20)、II侧向传导孔(21)、III侧向传导孔(22)以及IV侧向传导孔(23)。

5.一种原位实验磁信号感知方法，由权利要求1-4任一项所述的原位实验磁信号感知装置执行，其特征在于：包括如下步骤：

S1、根据实际地层条件确定所需加载的三向应力、孔隙压力、实验温度以及注入流体；

S2、检查装置的连接情况，将制备好的试样置于橡胶套(29)内并放置在试件腔(24)中，通过轴向加载活塞(5)、Ⅰ侧向加载活塞(6)、Ⅱ侧向加载活塞(7)、Ⅲ侧向所述加载活塞(8)、Ⅳ侧向加载活塞(9)对试样进行三向应力加载；

S3、根据所需的孔隙压力，通过围压孔(26)向围压腔(12)内注入围压液，使围压大于孔隙压力，压实橡胶套(29)，并按照地层温度，通过温控圈(25)对围压腔(12)进行加温；

S4、从渗流孔(13)向试件腔(24)内注入流体；

S5、通过线槽(15)上的感知线圈(16)采集回波信号，反演所得核磁信号，得到试件(29)结构与流体运移特征。

Images