CN206891874U - 一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，包括施力装置、温控装置，所述施力装置包括六个压力施力片、六个施力杆，所述六个压力施力片相互围成一个用来容纳岩样的立方体结构，每一个压力施力片外表面对应一个施力杆，所述温控装置连接压力施力片。所述施力杆为施力螺杆，施力螺杆中间丝扣式穿过承力框架的螺孔，施力螺杆前端顶在压力施力片上，施力螺杆后端设置有旋转手柄。所述施力装置还包括压力计，所述施力螺杆和压力施力片之间设置压力传感器，压力传感器通过压力数据线连接压力计。所述温控装置包括温控仪、电磁加热片、测温二极管。本实用新型使用方便，为模拟各向异性地应力和差异油藏温度提供了良好的物理模拟装置。

Description

一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置

技术领域

本实用新型涉及模拟地层应力技术开发领域，具体地说是一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置。

背景技术

目前模拟地层应力时，仅是模拟两个方向的水平地应力，另一个方向敞口用于观察，没有构成一个封闭的系统。过去的应力模拟系统，难以模拟地下的真实三维应力空间。

由于地下地层压力极大，普通有机玻璃或玻璃材料无法施加极大的垂直地应力，一端敞口的话仅能模拟两个方向的水平地应力，即目前还没有足够坚硬的透明材料能够承受如此之大的模拟地应力,因此，假设开展全方位的密闭温压实验，必须放弃对岩石压裂、热裂的实时肉眼观察,但目前很难找到较好的对密闭实验空间的观察方式。

温控仪是调控一体化智能温度控制仪表，它采用了全数字化集成设计，具有温度曲线可编程或定点恒温控制、多重PID调节、输出功率限幅曲线编程、手动/自动切换、软启动、报警开关量输出、实时数据查询、与计算机通讯等功能，将数显温度仪表和ZK晶闸管电压调整器合二为一，集温度测量、调节、驱动于一体，仪表直接输出晶闸管触发信号，可驱动各类晶闸管负载。通过温度传感器对环境温度自动进行采样、即时监控，当环境温度高于控制设定值时控制电路启动，可以设置控制回差。如温度还在升，当升到设定的超限报警温度点时，启动超限报警功能。当被控制的温度不能得到有效的控制时，为了防止设备的毁坏还可以通过跳闸的功能来停止设备继续运行。比如NHR-5300系列人工智能PID温控仪，采用微分先行的控制算法,带有外给定和阀位控制功能。可与各类传感器、变送器配合使用,实现对温度、压力、液位、容量、速度等物理量的测量显示,并配合各种执行器对电加热设备和电磁、电动阀进行PID调节和控制、报警控制、数据采集等功能，广泛的适应对象：工业炉，电炉，烘箱，试验设备，制鞋机械，注塑机械，包装机械，食品机械，印刷机械等行业。

压力计按工作原理不同可分为液柱式、弹性式和传感器式3种形式，带压力传感器的压力计的原理是将压力信号转变为某种电信号，常见的有：应变式、压阻式、压电式、电容式。

a.应变式：应变元件工作原理基于导体和半导体的“应变效应”，即当导体和半导体材料发生机械形变时，其阻值将发生变化。

b.压阻式：压阻式压力传感器又称扩散硅压力传感器，是基于半导体的压阻效应。它不同于应变式传感器所用的体型应变元件，而是用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻。硅平膜片在微波形变时有良好的弹性特性。膜片的变形使扩散电阻的阻值发生变化。

c.压电式：是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号，它是动态压力检测中常用的传感器，不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时会产生电荷，当外力去除后电荷消失，在弹性范围内，压电元件产生的电荷量与作用力之间呈线性关系。

d.电容式：是将弹性元件的位移转换为电容量的变化，以测压膜片作为电容器的可动板，它与固定板组成可变电容器。当被测压力变化时，测压膜片产生位移而改变两极板间的距离，测量相应的电容量变化，可知被测压力值。

通过检索岩样及压力、温度等字眼，申请号：200910213205.7，公开日2011-07-20公开了一种三轴压力下岩样加热装置及方法，装置由三轴压力室炉体，轴压头、围压头、上下压头，传压、发热、绝缘隔热材料，热电偶、推移小车底座、三轴压力机、温控柜构成；推移小车底座上设置三轴压力室炉体，轴压头、围压头、上下压头和岩样体与三轴压力室炉体内壁所围成的空间内装有固体颗粒传压、热电偶以及发热、绝缘隔热材料，三轴压力室炉体外周布有水冷却铜管；利用三轴压力机对轴压头和围压套加压，调节温控柜输出电流大小，实现改变电热合金片发热量的大小，热量穿过云母纸传递到岩样中，热电偶实时测量电热合金片周围温度，通过温控柜显示并记录，对比显示温度与实验拟定温度，调节电流大小，实现岩样温度可控。

本实用新型与以上公开装置的总体结构、所有零部件、被挤压物均不相同。老装置的周边一圈是固定的不能活动的，仅留一个推杆挤压岩石颗粒，然而这样造成的结果是，岩屑各个方向压力完全相同，没法对刚性岩石模拟不同方向的差异地应力，即老装置只存在一个均一温度、容器内只有单一的压力。另外，以上公开装置操作对象只能是有一定流动性的岩石颗粒或岩屑，不是针对一个完整的岩石。新装置可以对有差异的地应力、不同方向有差异的地温进行模拟。本申请不仅可以针对岩屑，而且可以针对一个完整的刚性岩石。这些都是相对而言，本申请的优势显著。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，本实用新型原理清晰，使用方便，为模拟各向异性地应力和差异油藏温度提供了良好的物理模拟装置。

为了达成上述目的，本实用新型采用了如下技术方案，一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，包括施力装置、温控装置，所述施力装置包括六个压力施力片、六个施力杆，所述六个压力施力片相互围成一个用来容纳岩样的立方体结构，每一个压力施力片外表面对应一个施力杆，所述温控装置连接压力施力片。

所述施力杆为施力螺杆，施力螺杆中间丝扣式穿过承力框架的螺孔，施力螺杆前端顶在压力施力片上，施力螺杆后端设置有旋转手柄。

所述承力框架为铁质承力框架，铁质承力框架为六个面板围成的立方体结构。

所述施力装置还包括压力计，所述施力螺杆和压力施力片之间设置压力传感器，压力传感器通过压力数据线连接压力计。

所述温控装置包括温控仪、电磁加热片、测温二极管，所述温控仪通过导线连接设置在压力施力片外壁的电磁加热片，温控仪还通过温度数据线连接设置在加热片上的测温二极管。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

将岩样切割成立方体，放入压力施力片构成的封闭空间内。通过逐渐调节旋转手柄，增加压力，通过温控仪升温，模拟相应的地下温度和压力；不断记录温度、压力数据，时刻观察压力突变和破裂声音，并以实时CT扫描图像为主，观察记录岩样的破裂情况。本实用新型原理清晰，使用方便，为模拟各向异性地应力和差异油藏温度提供了良好的物理模拟装置。本实用新型原理易懂，使用方便，适合各学科和领域的实验，预计有很好的推广前景。

附图说明

图1为一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置的结构示意图；

图2为本实用新型的剖面示意图。

图3为本实用新型所处的CT扫描观察环境。

图中：1-压力计、2-温控仪、3-旋转手柄、4-铁质承力框架、5-施力螺杆、6-压力施力片、7-岩样、8-电磁加热片、9-测温二极管、10-模拟温压装置、11-CT扫描仪。

具体实施方式

有关本实用新型的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅为参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

实施例1：

如附图1至图3所示，一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，包括施力装置、温控装置，所述施力装置包括六个压力施力片6、六个施力杆，所述六个压力施力片相互围成一个用来容纳岩样7的立方体结构，每一个压力施力片外表面对应一个施力杆，所述温控装置连接压力施力片。所述施力杆为施力螺杆5，施力螺杆中间丝扣式穿过承力框架的螺孔，施力螺杆前端顶在压力施力片上，施力螺杆后端设置有旋转手柄3。所述承力框架为铁质承力框架4，铁质承力框架为六个面板围成的立方体结构。

所述施力装置还包括压力计1，所述施力螺杆和压力施力片之间设置压力传感器，压力传感器通过压力数据线连接压力计。

所述温控装置包括温控仪2、电磁加热片8、测温二极管9，所述温控仪通过导线连接设置在压力施力片外壁的电磁加热片，温控仪还通过温度数据线连接设置在加热片上的测温二极管。

旋转手柄3靠铁质承力框架4的支撑，并通过施力螺杆5对岩样7逐渐增加三个不同方向的模拟地应力；压力施力片6与压力数据采集仪1连接，对三个方向的压力数据进行直接测量；温控系统包括温控仪2、电磁加热片8、测温二极管9；温控仪连接电磁加热片，通过测温二极管的信息反馈，加热至预定温度。

旋转手柄3靠铁质承力框架4的支撑，并通过施力螺杆5对岩样7逐渐增加三个不同方向的模拟地应力；压力施力片6与压力数据采集仪1连接，对三个方向的压力数据进行直接测量；温控系统包括温控仪2、电磁加热片8、测温二极管9；温控仪连接电磁加热片，通过测温二极管的信息反馈，加热至预定温度。

所述6个压力施力片从上下、左右、前后6个方向构成封闭空间，对岩样施力。

所述温控仪在三个不同方向升温和检测温度。

所述封闭装置的各部件，均为具导热性的钢铁材料。

所述装置一直处于CT扫描仪的包围监控环境中。

具体实施方式步骤为，将岩样7切割成立方体，放入压力施力片6构成的封闭空间内。通过逐渐调节旋转手柄3，增加压力，通过温控仪1升温，模拟相应的地下温度和压力；不断记录温度、压力数据，时刻观察压力突变和破裂声音，并以实时CT扫描图像为主，观察记录岩样的破裂情况。

实施例2：

如附图1至图3所示，一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，包括施力装置、温控装置，所述施力装置包括六个压力施力片6、六个施力杆，所述六个压力施力片相互围成一个用来容纳岩样7的立方体结构，每一个压力施力片外表面对应一个施力杆，所述温控装置连接压力施力片。所述施力杆为施力螺杆5，施力螺杆中间丝扣式穿过承力框架的螺孔，施力螺杆前端顶在压力施力片上，施力螺杆后端设置有旋转手柄3。所述承力框架为铁质承力框架4，铁质承力框架为六个面板围成的立方体结构。

所述施力装置还包括压力计1，所述施力螺杆和压力施力片之间设置压力传感器，压力传感器通过压力数据线连接压力计。

实施例3：

如附图1至图3所示，一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，包括施力装置、温控装置，所述施力装置包括六个压力施力片6、六个施力杆，所述六个压力施力片相互围成一个用来容纳岩样7的立方体结构，每一个压力施力片外表面对应一个施力杆，所述温控装置连接压力施力片。所述施力杆为施力螺杆5，施力螺杆中间丝扣式穿过承力框架的螺孔，施力螺杆前端顶在压力施力片上，施力螺杆后端设置有旋转手柄3。所述承力框架为铁质承力框架4，铁质承力框架为六个面板围成的立方体结构。

所述温控装置包括温控仪2、电磁加热片8、测温二极管9，所述温控仪通过导线连接设置在压力施力片外壁的电磁加热片，温控仪还通过温度数据线连接设置在加热片上的测温二极管。

实施例4：

如附图1至图3所示，一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，包括施力装置、温控装置，所述施力装置包括六个压力施力片6、六个施力杆，所述六个压力施力片相互围成一个用来容纳岩样7的立方体结构，每一个压力施力片外表面对应一个施力杆，所述温控装置连接压力施力片。所述施力杆为施力螺杆5，施力螺杆中间丝扣式穿过承力框架的螺孔，施力螺杆前端顶在压力施力片上，施力螺杆后端设置有旋转手柄3。所述承力框架为铁质承力框架4，铁质承力框架为六个面板围成的立方体结构。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，非用以限定本实用新型的专利范围，其他运用本实用新型专利精神的等效变化，均应俱属本实用新型的专利范围。

Claims (5)

1.一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，其特征在于，包括施力装置、温控装置，所述施力装置包括六个压力施力片、六个施力杆，所述六个压力施力片相互围成一个用来容纳岩样的立方体结构，每一个压力施力片外表面对应一个施力杆，所述温控装置连接压力施力片。

2.根据权利要求1所述的一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，其特征在于，所述施力杆为施力螺杆，施力螺杆中间丝扣式穿过承力框架的螺孔，施力螺杆前端顶在压力施力片上，施力螺杆后端设置有旋转手柄。

3.根据权利要求2所述的一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，其特征在于，所述承力框架为铁质承力框架，铁质承力框架为六个面板围成的立方体结构。

4.根据权利要求3所述的一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，其特征在于，所述施力装置还包括压力计，所述施力螺杆和压力施力片之间设置压力传感器，压力传感器通过压力数据线连接压力计。

5.根据权利要求3所述的一种模拟地下应力和温度的全方位封闭装置，其特征在于，所述温控装置包括温控仪、电磁加热片、测温二极管，所述温控仪通过导线连接设置在压力施力片外壁的电磁加热片，温控仪还通过温度数据线连接设置在加热片上的测温二极管。