一種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器，夾持器端蓋與固定堵用螺栓連接，循環(huán)液壓油出口為固定堵內(nèi)部的開孔，固定堵與筒身連接，筒身與油缸連接，油缸下游注油孔、油缸上游注油孔和循環(huán)液壓油進(jìn)口為油缸內(nèi)部的開孔，油缸與油缸端蓋連接，并由密封圈密封，試樣上游注水孔為試樣上游墊塊內(nèi)部的開孔，試樣上游墊塊直接插入活塞，試樣下游注水孔為試樣下游墊塊內(nèi)部的開孔，試樣下游墊塊直接插入夾持器端蓋，巖心試樣置于試樣上游墊塊和試樣下游墊塊之間，位移傳感器支柱與活塞連接，位移傳感器支柱與壓桿式位移傳感器連接。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，進(jìn)行不同溫度、不同應(yīng)力條件、不同孔壓、不同巖心尺寸的多孔介質(zhì)滲流-力學(xué)的研究。
【專利說明】一種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巖石力學(xué)試驗(yàn)裝置中的夾持器，更具體涉及一種用于巖心尺度核磁共 振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器，適用于不同形狀尺寸的巖心，從而實(shí)現(xiàn)核磁共振巖心試驗(yàn)。

【背景技術(shù)】
[0002] 核磁共振是一種快速、無損、無毒無污染、不需要追蹤試劑的檢測技術(shù)，因而廣泛 應(yīng)用于室內(nèi)巖心試驗(yàn)。在室內(nèi)核磁共振巖心試驗(yàn)中，通常利用氫原子的核磁共振現(xiàn)象，分析 巖心的孔隙度、飽和度、滲透率等性質(zhì)，同時(shí)，利用相應(yīng)的核磁共振成像技術(shù)，可觀測流體的 運(yùn)移過程、巖心試樣的變形破壞過程，進(jìn)而研究多孔介質(zhì)，即巖心試樣的水力、力學(xué)性質(zhì)，因 此，適用于石油、天然氣開采和C0 2地質(zhì)封存等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究。因此，適用于核磁共振巖 心試驗(yàn)的夾持器是進(jìn)行該類試驗(yàn)的關(guān)鍵。
[0003] 目前針對(duì)核磁共振巖心試驗(yàn)的夾持器主要是集中應(yīng)用于滲流試驗(yàn)，即兩相驅(qū)替試 驗(yàn)和流通試驗(yàn)，部分夾持器能夠施加圍壓和加熱溫控，且只適用于單一的巖心尺寸，能夠施 加軸壓的夾持器甚少。尚未發(fā)現(xiàn)既能施加圍壓、加熱溫控、軸壓，且能測定試樣變形的核磁 共振巖心試驗(yàn)夾持器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服當(dāng)前技術(shù)設(shè)備的不足，是在于提供了一種巖心尺度核磁 共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，進(jìn)行不同溫度、不同應(yīng)力條件、不同孔 壓、不同巖心尺寸的多孔介質(zhì)滲流-力學(xué)相應(yīng)方面的基礎(chǔ)研究。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施：
[0006] 針對(duì)室內(nèi)巖心尺度的核磁共振巖心試驗(yàn)，設(shè)ii 種可對(duì)試樣施加圍壓、軸壓、孔 壓、加熱溫控的巖心夾持器，且可通過調(diào)整墊塊。一種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心 夾持器，包括：夾持器端蓋、固定堵、試樣下游注水孔、筒身、試樣上游注水孔、油缸下游注油 孔、油缸上游注油孔、油缸端蓋、位移傳感器支柱、壓桿式位移傳感器、密封圈、油缸、活塞、 循環(huán)液壓油進(jìn)口、試樣上游墊塊、巖心試樣、試樣下游墊塊、循環(huán)液壓油出口、螺栓。
[0007] 其特征在于：夾持器端蓋與固定堵用螺栓連接，循環(huán)液壓油出口為固定堵內(nèi)部的 開孔，固定堵與筒身用螺紋連接。筒身與油缸用螺紋連接。油缸下游注油孔、油缸上游注油 孔和循環(huán)液壓油進(jìn)口為油缸內(nèi)部的開孔，油缸與油缸端蓋用螺紋連接，并由密封圈密封，試 樣上游注水孔為試樣上游墊塊內(nèi)部的開孔。試樣上游墊塊直接插入活塞進(jìn)行連接，試樣下 游注水孔為試樣下游墊塊內(nèi)部的開孔。試樣下游墊塊直接插入夾持器端蓋進(jìn)行連接，巖心 試樣置于試樣上游墊塊和試樣下游墊塊之間，使上游墊塊、巖心和下游墊塊中心線保持一 致，然后在外面套上熱縮管，并用熱風(fēng)槍使之熱縮緊固。位移傳感器支柱與活塞用螺紋連 接。位移傳感器支柱與壓桿式位移傳感器用夾緊連接。
[0008] 從左至右，夾持器端蓋與固定堵用螺栓連接，固定堵與筒身、筒身與油缸、油缸與 油缸端蓋皆用螺紋鏈接；夾持器端蓋、固定堵、筒身、油缸和活塞組成一個(gè)用于給巖心試樣 施加圍壓的空間；油缸端蓋、油缸和活塞組成一個(gè)用于給巖心試樣施加軸壓的空間；位移 傳感器支柱、與壓桿式位移傳感器與活塞，可測定試驗(yàn)過程中活塞的位移，進(jìn)而測定巖心試 樣的軸向變形；所有連接處均用高壓密封圈密封。
[0009] 其工作原理如下：
[0010] 循環(huán)液壓油進(jìn)口、循環(huán)液壓油出口與外接循環(huán)加壓溫控裝置相連形成一個(gè)閉合回 路，可以給巖心試樣施加圍壓，同時(shí)可以調(diào)節(jié)其溫度。
[0011] ①循環(huán)液壓油進(jìn)口、循環(huán)液壓油出口與外接循環(huán)加壓溫控裝置相連形成一個(gè)閉合 回路，可以給巖心試樣施加圍壓，同時(shí)可以調(diào)節(jié)其溫度。
[0012] ②油缸上游注油孔與外接油壓泵相連，往油缸注入液壓油，推動(dòng)活塞前進(jìn)，活塞前 進(jìn)時(shí)，通過試樣上游墊塊給巖心試樣施加軸向荷載；同時(shí)，壓桿式位移傳感器通過位移傳感 器支柱與活塞相連，活塞在前進(jìn)的過程中，帶動(dòng)位移傳感器支柱移動(dòng)，從而壓縮壓桿式位移 傳感器，進(jìn)而測得加載過程中活塞的位移，即可得出巖心試樣的軸向變形；油缸下游注油孔 既是軸向加載過程油缸中液壓油的出口，又是卸載過程中活塞回程的注油孔。
[0013] ③試樣上游注水孔、試樣下游注水孔與外接泵相連，可以給巖心試樣施加滲流邊 界條件或者注入流體。
[0014] ④試樣上游墊塊與試樣下游墊塊被加工成變截面形狀。尾部為圓柱形插銷，分別 插入活塞和夾持器端蓋凹形槽中，可自由安裝和拆卸；與巖心試樣接觸的部分可根據(jù)需要 加工成不同長度的圓柱體或者長方體，以適應(yīng)不同尺寸和形狀的巖心試樣；試樣上游墊塊、 巖心試樣和試樣下游墊塊表面套上熱縮套管，并熱縮緊固，可防止流體在巖心試樣表面竄 流，亦可使巖心試樣中的注入流體與筒身中的循環(huán)液壓油分離。
[0015] ⑤筒身、試樣上游墊塊與試樣下游墊塊皆由高強(qiáng)度、防腐蝕、無核磁信號(hào)的PEEK 材料加工而成，既能傳遞足夠的荷載，又不會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)過程中的核磁信號(hào)。
[0016] 根據(jù)以上5點(diǎn)所述，該可給不同形狀、不同尺寸的巖心試樣在核磁共振試驗(yàn)條件 下提供一種可同時(shí)施加圍壓、加熱溫控、軸壓的夾持裝置。
[0017] 本具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：
[0018] 本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在核磁共振儀中進(jìn)行巖心尺度的流-固耦合試驗(yàn)，研究巖心試樣在 不同應(yīng)力條件、不同溫度、不同孔壓條件下的滲流-力學(xué)相互作用的機(jī)理；亦可實(shí)現(xiàn)在核磁 共振儀中進(jìn)行單純的巖心流通或驅(qū)替試驗(yàn)，研究巖心試樣的孔隙度、飽和度、孔隙率等滲流 規(guī)律；亦可實(shí)現(xiàn)在核磁共振儀中進(jìn)行不同溫度、不同圍壓條件下的常規(guī)三軸力學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究 巖心試樣的力學(xué)參數(shù)。
[0019] (1)可實(shí)用于不同形狀和尺寸的巖心試樣。墊塊尾部為圓形插銷，可插入筒身端蓋 和活塞的凹形槽中，可自由安裝和拆卸，因此，只需加工不同形狀的墊塊，就可對(duì)不同尺寸 和形狀的巖心試樣進(jìn)行試驗(yàn)。
[0020] (2)可實(shí)現(xiàn)多種用途的巖心試驗(yàn)。與外接設(shè)備相連，可給試樣施加圍壓、循環(huán)加熱 溫控、施加軸壓、施加孔壓，因此，可研究多孔介質(zhì)的滲流-力學(xué)相互作用，可研究多孔介質(zhì) 的滲流機(jī)理，亦可研究巖心試樣的力學(xué)性質(zhì)。
[0021] 總之，本在核磁共振巖心試驗(yàn)方面可實(shí)現(xiàn)多種功能的夾持作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為一種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器結(jié)構(gòu)不意圖。
[0023] 圖2為一種整體結(jié)構(gòu)三維立體示意圖。
[0024] 圖3為一種整體結(jié)構(gòu)主視示意圖。
[0025] 圖4為一種整體結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。
[0026] 圖5為一種夾持器端蓋底部示意圖。
[0027] 圖6為一種試樣上游注水孔處橫截面圖。
[0028] 其中：
[0029] 1 一夾持器端蓋 2-固定堵 3-試樣下游注水孔
[0030] 4一筒身 5-試樣上游注水孔6-油缸下游注油孔
[0031] 7一油缸上游注油孔8-油缸端蓋 9一位移傳感器支柱
[0032] 10-WYDC-10L型壓桿式位移傳感器（量程10_，精度±0. 1 % F. S，尺寸中20 X 205ram)
[0033] 11 一密封圈12-油缸13-活塞14 一循環(huán)液壓油進(jìn)口 15 -試樣上游墊塊 16-巖心試樣17-試樣下游墊塊18-循環(huán)液壓油出口 19一螺栓20-預(yù)留孔。

【具體實(shí)施方式】
[0034] 實(shí)施例1 :
[0035] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施示例對(duì)本進(jìn)一步說明：
[0036] -種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器，包括：夾持器端蓋1、固定堵2、 試樣下游注水孔3、筒身4、試樣上游注水孔5、油缸下游注油孔6、油缸上游注油孔7、油缸 端蓋8、位移傳感器支柱9、壓桿式位移傳感器10、密封圈11、油缸12、活塞13、循環(huán)液壓油 進(jìn)口 14、試樣上游墊塊15、巖心試樣16、試樣下游墊塊17、循環(huán)液壓油出口 18、螺栓19。其 連接關(guān)系是：夾持器端蓋1與固定堵2用螺栓19連接。循環(huán)液壓油出口 18為固定堵2內(nèi) 部的開孔，固定堵2與筒身4用螺紋連接。筒身4與油缸12用螺紋連接。油缸下游注油孔 6、油缸上游注油孔7和循環(huán)液壓油進(jìn)口 14為油缸12內(nèi)部的開孔，油缸12與油缸端蓋8用 螺紋連接，并由密封圈11密封，試樣上游注水孔5為試樣上游墊塊15內(nèi)部的開孔。試樣上 游墊塊15直接插入活塞13進(jìn)行連接，試樣下游注水孔3為試樣下游墊塊17內(nèi)部的開孔。 試樣下游墊塊17直接插入夾持器端蓋1進(jìn)行連接。巖心試樣16置于試樣上游墊塊15和 試樣下游墊塊17之間，使上游墊塊15、巖心16和下游墊塊17中心線保持一致，然后在外面 套上熱縮管，并用熱風(fēng)槍使之熱縮緊固。位移傳感器支柱9與活塞13用螺紋連接。位移傳 感器支柱9與壓桿式位移傳感器10用夾緊連接。
[0037] 筒身4、試樣上游墊塊15和試樣下游墊塊17皆采用無核磁信號(hào)的高強(qiáng)PEEK材料 加工而成，既能傳遞足夠的荷載，又不會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)過程中的核磁信號(hào)，其它部件均為不銹鋼 材料加工而成。
[0038] 循環(huán)液壓油進(jìn)口 14和循環(huán)液壓油出口 18與外接加熱、加壓循環(huán)系統(tǒng)連接，可給試 樣16施加圍壓和控制溫度。油缸上游注油孔7與外接泵相連，往油缸12注入油體，推動(dòng) 活塞13前進(jìn)時(shí)，通過試樣上游墊塊15給巖心試樣16施加軸向荷載，同時(shí)位移傳感器支柱 9和壓桿式位移傳感器10跟隨活塞13移動(dòng)，測量巖心試樣16的軸向變形。油缸下游注油 孔6與外接泵相連，可用于推動(dòng)活塞13回程，另外，在活塞13前進(jìn)給巖心試樣16施加軸壓 時(shí)，油缸下游注油孔6也可用來排除油體。試樣下游注水孔3、試樣上游注水孔5與外接泵 相連，用于給巖心試樣16注入流體或者施加孔壓邊界條件，油缸12和試樣上游墊塊15里 面的試樣上游注水孔5用無核磁信號(hào)的PEEK管相連；在油缸（12)里面有預(yù)留孔20,其與 試樣上游注水孔5、循環(huán)液壓油進(jìn)口 14處于相同的截面處，且形狀與二者相同。
[0039] 試樣上游墊塊15與試樣下游墊塊17的尾部皆加工成圓形插銷形式，分別插入夾 持器端蓋1與活塞13的凹槽中，可自由拆卸和安裝；試樣上游墊塊15與試樣下游墊塊17 的主體部分可加工成圓形或者方形，長度可變動(dòng)，以用于不同形狀和尺寸的試樣，另外，主 體部分的橫截面要比尾部橫截面要大，用來承載活塞13施加的軸向荷載。
[0040] 各部件結(jié)構(gòu)：
[0041] 1、試樣上游墊塊15、試樣下游墊塊17 :
[0042] 如1所示，試樣上游/下游墊塊15/17由高強(qiáng)、防腐蝕、無核磁信號(hào)的PEEK材料加 工而成；尾部加工成圓柱形插銷，分別插入夾持器端蓋1和活塞13的凹形槽中，方便安裝和 拆卸；與巖心試樣16接觸部分的形狀根據(jù)需要加工成圓柱體或者長方體，從而適用于不同 形狀、不同尺寸的巖心試樣16 ;墊塊中間加工有細(xì)小圓孔，即試樣上游注水孔5和試樣下 游注水孔3,與外接泵相連，可給試樣注入流體或者施加滲流邊界條件。
[0043] 2、筒身 4 :
[0044] 如圖1所示，筒身4由高強(qiáng)、防腐蝕、無核磁信號(hào)的PEEK材料加工而成，兩端分別 與固定堵2、油缸12用螺紋的形式連接，給巖心試樣16提供一個(gè)密閉的圍壓環(huán)境。
[0045] 3、油缸 12、活塞 13:
[0046] 如圖1-圖4所示，油缸12與活塞13是用于給巖心試樣16提供軸向荷載，由不銹 鋼加工而成。油缸上游注油孔7和油缸下游注油孔6設(shè)在油缸12 -側(cè)，與外接泵油泵相連。 液壓油由油缸上游注油孔7注入油缸12,推動(dòng)活塞13前進(jìn)，從而給巖心試樣16施加軸向荷 載。當(dāng)活塞13前進(jìn)時(shí)，油缸里的液壓油從油缸下游注油孔6排出，同時(shí)，也可從此處往油缸 注入液壓油使活塞13回程。
[0047] 如圖1、圖6所示，油缸12同一截面處加工有試樣上游注水孔5、循環(huán)液壓油進(jìn)口 14和兩個(gè)預(yù)留孔20。油缸12與試樣上游墊塊15上的試樣上游注水孔5通過PEEK細(xì)管連 接，從而使外界泵的流體直達(dá)巖心試樣16。循環(huán)液壓油進(jìn)口 14、固定堵2上的循環(huán)液壓油 出口 18與外接循環(huán)液壓加熱溫控裝置相連，給巖心試樣16施加圍壓和加熱溫控。預(yù)留孔 20可作為備用注入孔。
[0048] 4、位移傳感器支柱9、壓桿式位移傳感器10 :
[0049] 如圖1-圖4所示，位移傳感器支柱9與壓桿式位移傳感器10用來測定加載過程 中巖心試樣（16)的軸向位移。
[0050] 5、夾持器端蓋1、固定堵2 :
[0051] 如圖1和圖5所示，夾持器端蓋1與固定堵2用螺栓19連接。
[0052] 二、安裝方法
[0053] ①讓巖心試樣16、試樣上游墊塊15和試樣下游墊塊17緊挨對(duì)接，并使三者中心線 保持一致，然后在外面套上熱縮管，并用熱風(fēng)槍使之熱縮緊固。
[0054] ②把活塞13推至油缸12底部，并把油缸12直立，使活塞13的凹形槽朝上。
[0055] ③把第①步組裝好的巖心試樣和墊塊直立，并把試樣上游墊塊15的插銷插入活 塞13凹形槽中。
[0056] ④安裝筒身4,擰緊筒身4與油缸12之間的螺紋連接。
[0057] ⑤安裝固定堵2,擰緊固定堵2與筒身4之間的螺紋連接。
[0058] ⑥安裝夾持器端蓋1，擰緊固定堵2與夾持器端蓋1之間的螺栓連接。
[0059] ⑦從油缸上游注油孔7注入液壓油，推動(dòng)活塞13前進(jìn)，給巖心試樣16施加一個(gè)較 小的軸壓，以確保巖心試樣16安裝緊固。
[0060] 三、巖心試樣軸向應(yīng)力的計(jì)算
[0061] 巖心試樣軸向應(yīng)力由以下公式計(jì)算：

【權(quán)利要求】
1. 一種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器，包括夾持器端蓋（1)、固定堵 (2) 、筒身（4)、位移傳感器支柱（9)、壓桿式位移傳感器（10)、密封圈（11)、油缸（12)、活塞 (13)、試樣上游墊塊（15)、巖心試樣（16)、試樣下游墊塊（17)，其特征在于：夾持器端蓋（1) 與固定堵（2)用螺栓（19)連接，循環(huán)液壓油出口（18)為固定堵（2)內(nèi)部的開孔，固定堵（2) 與筒身（4)連接，筒身（4)與油缸（12)連接，油缸下游注油孔（6)、油缸上游注油孔（7)和 循環(huán)液壓油進(jìn)口（14)為油缸（12)內(nèi)部的開孔，油缸（12)與油缸端蓋（8)連接，并由密封圈 (11)密封，試樣上游注水孔（5)為試樣上游墊塊（15)內(nèi)部的開孔，試樣上游墊塊（15)直接 插入活塞（13)，試樣下游注水孔（3)為試樣下游墊塊（17)內(nèi)部的開孔，試樣下游墊塊（17) 直接插入夾持器端蓋（1)，巖心試樣（16)置于試樣上游墊塊（15)和試樣下游墊塊（17)之 間，通過覆蓋在三個(gè)部件表面的熱縮管連接，位移傳感器支柱（9)與活塞（13)連接，位移傳 感器支柱（9)與壓桿式位移傳感器（10)連接。
2. 按權(quán)利要求1所述的一種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器，其特征在 于：所述的筒身（4)、試樣上游墊塊（15)和試樣下游墊塊（17)皆采用無核磁信號(hào)的高強(qiáng) PEEK材料加工而成。
3. 按權(quán)利要求1所述的一種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器，其特征在 于：所述的循環(huán)液壓油進(jìn)口（ 14)和循環(huán)液壓油出口（ 18)與外接加熱、加壓循環(huán)系統(tǒng)連接， 油缸上游注油孔（7)與外接泵相連，油缸下游注油孔（6)與外接泵相連，試樣下游注水孔 (3) 、試樣上游注水孔（5)與外接泵相連，油缸（12)和試樣上游墊塊（15)里面的試樣上游注 水孔（5)用無核磁信號(hào)的PEEK管相連。
4. 按權(quán)利要求1所述的一種巖心尺度核磁共振試驗(yàn)的多功能巖心夾持器，其特征在 于：所述的試樣上游墊塊（15)與試樣下游墊塊（17)的尾部加工成圓形插銷，分別插入夾持 器端蓋（1)與活塞（13)的凹槽中，試樣上游墊塊（15)與試樣下游墊塊（17)加工成圓形或 者方形。
【文檔編號(hào)】G01N24/08GK104048982SQ201410310741
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】袁維, 李小春, 方志明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所