[发明专利]多周期交变应力盖层模拟实验装置

说明书

技术领域

 本发明涉及一种应用于地球物理勘探领域中可完成多周期交变应力盖层模拟实验的装置。

背景技术

我国地下储气库建设技术的研究现状可概括为：国内枯竭气藏建库技术基本成熟；枯竭油藏建库技术尚在摸索之中；盐穴储气库技术取得了长足的进步；含水层构造储气库的研究才刚刚起步；地下储气库的天然气注采性能是衡量储气库效能的重要指标，也是影响储气库稳定性的重要因素，而进行多周期交变应力盖层模拟实验则可研究地层覆压与盖层岩样线性弹性变形的关系，从而研究盖层应力随地层覆压的变化特征，为储库研究提供有益资料。但现有技术中尚缺乏这一实验装置。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种多周期交变应力盖层模拟实验装置，该种装置一方面采用应变检测技术，可以研究地层覆压与盖层岩样线性弹性变形的关系，从而研究盖层应力随地层覆压的变化特征，另一方面采用先进的光纤传感器技术，来检测盖层突破压力，可实时实现精确记录盖层突破压力。

本发明的技术方案是：该种多周期交变应力盖层模拟实验装置，由气瓶、空气压缩机、气体增压泵、数据采集系统、液体注入泵、调压阀、气体贮罐、应变检测仪、岩心夹持器、恒温箱、环压跟踪泵、压力加载设备、气泡检测仪、锥形瓶、电子天平以及真空泵通过管路连接后组成；其中，数据采集系统为内置有计算机程序的计算机数据采集系统，数据采集系统用于对模拟实验装置中的压力、温度、应变量、突破时间及突破压力数据进行采集。

所述气瓶的气体出口与气体增压泵的气体入口之间通过管路连接；所述气体增压泵的控制气源入口与空气压缩机的出口之间通过软管连接，此外，所述气体增压泵出口与气体贮罐入口之间的连接管路上安装有上压力表；所述气体贮罐上安装有安全阀、压力传感器，气体贮罐出口的管路上安装有调压阀；液体注入泵的出口与气体贮罐出口的管路通过一个三通管并联在管路上，并联后的三通出口连接至岩心夹持器的入口管线上，此外，在岩心夹持器的入口管线上还安装有入口检测压力传感器以及安全阀；压力加载设备通过岩心夹持器上的轴向压力入口端给岩心夹持器施加轴压以模拟地层压力；岩心夹持器位于所述恒温箱内，以提供模拟的地层温度。

在岩心夹持器内岩心的四周固定应变片，所述应变片的信号输出端经由信号电缆穿出岩心夹持器的密封端以及恒温箱后连接至采用多通道形式的应变检测仪的检测信号输入端。

岩心夹持器由玻璃管小堵头、上堵头、具有玻璃管的对射式光纤传感器、上压帽、锥度套、透气板、胶皮套、筒体、下堵头、中间压帽、支撑环、支架、下压帽、活塞以及小压帽连接后构成。对射式光纤传感器的两端穿出上压帽，在玻璃管与玻璃管小堵头间固定有四氟垫，在玻璃管外套有玻璃管护套，玻璃管位于岩心夹持器内透气板的上方；气泡检测仪内有可与对射式光纤传感器相配合的光纤接收器，以接收对射式光纤传感器输出的信号。

胶皮套的外壁与筒体的内壁之间形成一个环形腔体，筒体上开有环压加载口，所述环形腔体与环压加载口相连通，环压跟踪泵的输出端连接至环压加载口，以实现对岩心夹持器内部的岩心施加环压，并实时压力跟踪。

岩心夹持器的出口端用管线连接到锥形瓶，锥形瓶用于盛放被驱替出的饱和介质；电子天平位于锥形瓶的下方用于计量所述饱和介质的重量；真空泵并联于岩心夹持器的出口端，用于给管路中抽真空，以及用于岩心夹持器内盖层模型的抽空饱和。

数据采集系统的若干个数据采集端分别连接至压力传感器的信号输出端、所述入口检测压力传感器的信号输出端、所述恒温箱的温度数据输出端、压力加载设备的压力数据输出端、应变检测仪的检测数据输出端、电子天平以及气泡检测仪的检测数据输出端，以实现对本模拟实验装置中的压力、温度、应变量、突破时间及突破压力数据的采集。

本发明具有如下有益效果：首先，本发明采用应变检测技术；可通过地层覆压压力施载力的不同使盖层发生线性弹性变形，研究地层覆压与盖层岩样线性弹性变形的关系，从而研究盖层应力随地层覆压的变化特征；其次，采用先进的光纤传感器技术，来检测盖层突破压力，并可实时实现精确地记录盖层突破压力，可在第一时间检测到气泡，并反馈到数据采集系统；再次，采用环压跟踪泵可随时跟踪环压压力，只需设定额定压力，该泵便可自动减增；此外，装置中的压力加载设备可以为采用大型压力机的压力加载泵，例如采用高压柱塞泵，亦可自动跟踪压力；而且，本装置配有真空泵以及液体注入泵，可直接在管路中将岩心样品饱和，使实验变得更快捷。具体实施时，可以采用三种不同的岩心夹持器，分别为φ25、φ100、φ200，用于从事不同盖层的实验。