CN202330171U - 吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及的是吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置，这种吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置在透明密封装置内放置泥页岩岩体构成被测试件体，围压室环绕在被测试件体外；透明密封装置内的泥页岩岩体上面是筛网，筛网上面的空腔被滑动活塞分隔成上腔体和下腔体；围压室内安装有体视显微镜，围压室外安装有CCD摄像机，CCD摄像机连接计算机。本实用新型可实时观测被测试件体内微裂纹动态变化情况，并运用计算机图像分析软件分析被测试件裂纹在不同阶段的扩展情况和最后的破坏状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是石油与天然气工程、盐矿开采、软岩工程等检测技术领域使用的装置，具体涉及的是吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置。
背景技术
在油田天然气、页岩气以及煤层气开采等技术领域中，由于开采岩体的复杂特征，使得开采中还存在很多技术问题和安全问题。目前，对于岩石内气体流动研究，主要是针对其渗流特性进行研究，未考虑吸水岩石膨胀、蠕变与气体耦合的微裂纹变化规律。对吸液泥页岩的固-气耦合流动岩体细观力学特性实验装置的研制还属空白。该项装置的缺少，阻碍了泥页岩内气体的流动规律等相关问题的进一步研究，诸如：页岩气的有效开发、吸水软岩孔隙动态蠕变规律、泥页岩水力压力方案的制定等方面的研究。尽管数值模拟软件能够在一定程度上满足当前的需要，但无法给予直观的描述，从而影响了该项技术方面的充分描述。
发明内容
本实用新型的目的是提供吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置，该实验装置能对吸液泥页岩气体流动岩体-气体流动耦合微裂纹变化规律进行直接观测，用于解决目前缺少对泥页岩内气体的流动规律的进一步研究的装置和无法给予泥页岩内气体流动规律进行直观描述的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置在透明密封装置内放置泥页岩岩体构成被测试件体，围压室环绕在被测试件体外；透明密封装置内的泥页岩岩体上面是筛网，筛网上面的空腔被滑动活塞分隔成上腔体和下腔体；围压室内安装有体视显微镜，围压室外安装有CCD摄像机，CCD摄像机连接计算机。
上述方案中围压室与围压加载系统连接，围压加载系统由第一增压装置和第一中间容器组成，由围压加载系统通过向围压室中注入液体对被测试件体施加围压外载。
上述方案中的被测试件体与试件体充气系统连接，试件体充气系统由高压气瓶、减压控制阀、压力测定仪和气体控制阀组成，透明密封装置上设置有进气孔，充气系统与被测试件体通过进气孔相通，向被测试件体中充入天然气。
上述方案中的被测试件体与气体抽吸系统连接，气体抽吸系统由真空抽吸装置、真空测定仪和真空控制阀组成，气体抽吸系统与被测试件体通过进气孔相通，气体抽吸系统的抽吸管连接至试件体充气系统的气体控制阀后的进气管上，通过气体抽吸系统抽吸被测试件体中气体以模拟气体采出。
上述方案中的上腔体与上覆压载系统连接，上覆压载系统由第二增压装置和第二中间容器组成，上覆压载系统通过向上腔体泵入液体，驱动滑动活塞对被测试件体施加上覆压力。
上述方案中的下腔体与液体浸入系统连接，液体浸入系统由第三增压装置、第三中间容器、液体过滤装置组成，液体浸入系统向下腔体泵入液体，液体通过筛网浸入被测试件体中。
上述方案中围压室的底为密封操作台，围压室与密封操作台为一整体，可有效实现气体密封。
本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型可实时观测被测试件体内微裂纹动态变化情况，并运用计算机图像分析软件分析被测试件裂纹在不同阶段的扩展情况和最后的破坏状态。
2、本实用新型可实现动态、连续施加外载，本实用新型中液体浸入系统可实现连续浸入液体，围压加载系统与上覆压载系统可实现均匀恒定连续对被测试件施加外载。
3、本实用新型的试件体充气系统与气体抽吸系统可有效实现气体的充入与抽取，能够实现气体动态抽取过程被测试件体浸液、外载作用下变形特征。
4、本实用新型的装置系统控压范围大，可实现80MPa控压。
5、本实用新型观测精度高，体视显微镜放大倍数可达600倍。
6、本实用新型装置结构工艺简单、操作方便，适应能力强，可实现长时间持续观测。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
1.围压室 2.透明密封装置 3.泥页岩岩体 4.增压装置 5.中间容器 6. 密封操作台 7.压力测定仪 8.体视显微镜 9.CCD摄像机 10.显微观测架 11.计算机 13.增压装置 14.中间容器 15.抽吸管 16.压力测定仪 17.增压装置 18.中间容器 19.液体过滤装置 20.进气管 21.上腔体 22.滑动活塞 23.下腔体 24.高压气瓶 25.减压控制阀 26.压力测定仪 27.真空测定仪 28.气体控制阀 29.真空抽吸装置 30.真空控制阀 31.回收控制阀。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步描述：
如图1所示，这种吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置在透明密封装置2内放置泥页岩岩体3构成被测试件体，围压室1为一环形空腔，围压室1环绕在被测试件体外，围压室1的底为密封操作台6；透明密封装置2内的泥页岩岩体3上面是筛网，筛网上面的空腔被滑动活塞22分隔成上腔体21和下腔体23；围压室1内安装有体视显微镜8，围压室1外安装有CCD摄像机9，体视显微镜8及CCD摄像机9安装在显微观测架10上，CCD摄像机9连接计算机11，计算机11内安装有图像分析软件，体视显微镜8、CCD摄像机9、显微观测架10和计算机11组成细观力学特性观测系统，细观力学特性观测系统对一个平面场进行定量实时观测并拍摄图像。实验运行时，随着不断施加压力，体视显微镜8可实时观测被测试件体内微裂纹变化，并由CCD摄像机9完整记录被测试件体微裂纹在不同阶段的扩展情况和最后的破坏状态，传输至计算机图像分析软件。
围压加载系统通过高压管线与被测试件体外部围压室1连接，围压加载系统由第一增压装置4、第一中间容器5和压力测定仪7组成，由围压加载系统通过向围压室1中注入液体对被测试件体施加围压外载。实验运行时由围压加载系统通过向围压室1中注入液体对被测试件体施加横向外载，确保横向外载均匀，使被测试件体始终处于均匀受载状态，围压加载系统可连续恒定施加，亦可持续动态施加。
试件体充气系统与被测试件体连接，试件体充气系统由高压气瓶24、减压控制阀25、压力测定仪26和气体控制阀28组成，透明密封装置2上设置有进气孔，充气系统与被测试件体通过进气孔相通，充气系统向被测试件体中充入天然气，气体充入被测试件体空隙空间中，模拟地下天然气存储状态。
气体抽吸系统与被测试件体连接，气体抽吸系统由真空抽吸装置29、真空测定仪27和真空控制阀30组成，气体抽吸系统与被测试件体通过进气孔相通，气体抽吸系统的抽吸管15连接至试件体充气系统的气体控制阀28后的进气管20上，通过气体抽吸系统抽吸被测试件体中气体以模拟气体采出。
上覆加载系统通过高压管线与上腔体21连接，上覆压载系统由第二增压装置13、第二中间容器14和压力测定仪16组成，上覆压载系统通过向上腔体21泵入液体，驱动滑动活塞22对被测试件体施加上覆压力。实验运行时由上覆加载系统通过高压管线向上腔体21中注入液体驱动滑动活塞22下行对被测试件体施加上覆压力。
液体浸入系统与下腔体23连接，液体浸入系统由第三增压装置17、第三中间容器18、液体过滤装置19组成，液体浸入系统通过筛网向被测试件体泵入液体，实时控制并记录液体浸入量。
上述液体浸入系统与上覆压载系统进行实验时交替运行。当上覆加载系统驱动滑动活塞22下行滑动时，上腔体21泵入液体，上腔体空间增加，下腔体23空间减小，同时下腔体23的液体通过回流至第三中间容器18，第三中间容器18存储下腔体23回流的液体，准备循环再次利用。当液体浸入系统驱动滑动活塞22上行滑动时，下腔体23泵入过滤后清洁液体，下腔体23空间增加，上腔体21空间减小，同时上腔体21的液体回流至第二中间容器14，第二中间容器14存储上腔体21回流的液体，准备循环再次利用。
本实用新型实验过程为围压加载系统平衡被测试件体横向外载，上覆加载系统对被测试件体施加上覆外载，浸入系统对被测试件体实施浸水，高压气瓶24对被测试件体实施充气。被测试件体在围压加载系统、上覆加载系统、液体浸入系统及高压气瓶24的联合控制下，形成对被测试件体的横向加载、上覆加载与浸水、充气联合动作。同时，体视显微镜8实时观测被测试件体内微裂纹的变化情况，并由CCD摄像机9记录被测试件体微裂纹在不同阶段的扩展情况，并传输至计算机11中安装的图像分析软件。与此同时，通过控制滑动活塞22的上行与下行滑动，实现上腔体21、下腔体23及第二中间容器14、第三中间容器18进液与回液的系统稳定与平衡。由于各系统的持续作用，在测定过程中使得被测试件始终置于实验装置的联合作用下，同时被测试件始终处于系统的稳定平衡外载状态作用。
上述实验过程中，充入天然气前首先要经真空抽吸装置29将被测试件体空隙内空气抽去，实验结束后，应通过回收控制阀31将实验用天然气排空。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置，其特征在于：这种吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置在透明密封装置（2）内放置泥页岩岩体（3）构成被测试件体，围压室（1）环绕在被测试件体外；透明密封装置（2）内的泥页岩岩体（3）上面是筛网，筛网上面的空腔被滑动活塞（22）分隔成上腔体（21）和下腔体（23）；围压室（1）内安装有体视显微镜（8），围压室（1）外安装有CCD摄像机（9），CCD摄像机（9）连接计算机（11）。
2.根据权利要求1所述的吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置，其特征在于：所述的围压室（1）与围压加载系统连接，围压加载系统由第一增压装置（4）和第一中间容器（5）组成。
3.根据权利要求1所述的吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置，其特征在于：所述的被测试件体与试件体充气系统连接，试件体充气系统由高压气瓶（24）、减压控制阀（25）、压力测定仪（26）和气体控制阀（28）组成，透明密封装置（2）上设置有进气孔，试件体充气系统与被测试件体通过进气孔相通。
4.根据权利要求1所述的吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置，其特征在于：所述的被测试件体与气体抽吸系统连接，气体抽吸系统由真空抽吸装置（29）、真空测定仪（27）和真空控制阀（30）组成，气体抽吸系统与被测试件体相通。
5.根据权利要求1所述的吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置，其特征在于：所述的上腔体（21）与上覆压载系统连接，上覆压载系统由第二增压装置（13）和第二中间容器（14）组成，上覆压载系统通过向上腔体（21）泵入液体，驱动滑动活塞（22）对被测试件体施加上覆压力。
6.根据权利要求1所述的吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置，其特征在于：所述的下腔体（23）与液体浸入系统连接，液体浸入系统由第三增压装置（17）、第三中间容器（18）、液体过滤装置（19）组成。
7.根据权利要求1所述的吸液泥页岩固-气耦合岩体细观力学特性实验装置，其特征在于：所述的围压室（1）的底为密封操作台（6），围压室（1）与密封操作台（6）为一整体。
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