高温高压条件下岩石导热系数的测量装置专利检索-软件套件软件计算机系统电脑零配件专利检索查询-专利查询网

高温高压条件下岩石导热系数的测量装置

阅读：1024发布：2020-05-27

专利汇可以提供高温高压条件下岩石导热系数的测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且高温高压条件下岩石导热系数的测量装置；实验仓上部设有法向压力施加装置及法向力荷重传感器；侧面设有围压施加装置和围压传感器；顶部设置有圆柱状吸热装置，其外面设有水循环散热装置两侧设有进出水口；中部的传力柱兼作导热柱；测试试样上下断面用密封圈密封并设有热电偶；油腔一侧设有输油管道、温度控制器、加热器；圆柱状吸热装置的外面设有水循环散热装置；与待测样品之间设有缓冲板；试样上下断面用密封圈密封，试样外面设有样品钢套和橡胶套围成油腔；本测量装置中还设有计算机控制的数据采集装置。本发明可对岩样各向导热系数进行测试，用以研究天然赋存条件下岩石导热系数及其各向异性，且结构科学合理，制造方便，易于操作。，下面是高温高压条件下岩石导热系数的测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，由底座和顶座固定连接，构成支撑框架，实验仓设置在该支撑框架内，实验仓外部设有实验仓保温框；实验仓上部设有法向压力施加装置及法向力荷重传感器；实验仓侧面设有围压施加装置和围压传感器，其特征在于，该测量装置的顶部设置有圆柱状吸热装置，该圆柱状吸热装置的外面设有水循环散热装置，两侧设有进出水口；该圆柱状吸热装置中部的传力柱兼作导热柱，具传力和吸热功能；测试试样空间位于传力柱底部与热流调节器顶部之间，由绝热层、钢套、橡胶套组成，试样上下断面用密封圈密封，并设有热电偶；该钢套和橡胶套、钢体圆腔壁围成油腔，油腔一侧设有输油管道、温度控制器、加热器；岩石试样顶部和底部设置有热电偶，通过数据线与外界的数据控制及采集系统连接；所述热流调节器下部为刚性板，热源设置在该刚性板下部；圆柱状吸热装置的外面设有水循环散热装置；在圆柱状吸热装置与待测样品之间设有缓冲板；试样上下断面用密封圈密封，试样外面设有样品钢套和橡胶套；钢套和橡胶套绕于试样的外侧，用以固定试样；该钢套和钢体圆腔围成油腔，在该油腔的一侧设有输油管道，该输油管道内设有温度控制器、加热器；该测量装置中还设有计算机控制的数据采集装置，该数据采集装置由测量控制器和计算机组成；所述法向力荷重传感器、温度控制器、围压传感器、热流调节器、热电偶传输系统，经转接口传输给所述的计算机；所述法向力施加装置和围压施加装置的驱动及温度控制由该计算机数据采集控制软件控制。
2.根据权利要求1所述的高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，其特征在于，所述法向压力施加装置与圆柱体吸热装置的导热柱之间设有刚性传压板。
3.根据权利要求1所述的高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，其特征在于，所述圆柱状吸热装置，包括绝热套、吸热装置、进出水口，所述导热柱兼具传力，其底部与试样之间设有密封圈；所述油腔侧面上设有输油管道；所述温度传感器设置在输油管道内。
4.根据权利要求3所述的高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，其特征在于，所述测样试样空间钢体上设有输油管道，所述温度传感器设置在输油管道内；所述实验仓与围压施加装置固定在支撑框架上，通过输油管道连接，该温度控制器中的加热系统和温度感应器设置在输油通道内，使实验仓内试样温度达到实验要求。
5.根据权利要求1所述的高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，其特征在于，所述热电偶用来测量岩石试样顶部与底部之间的温度差和热源水平。
6.根据权利要求1所述的高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，其特征在于，所述热源是钢体圆腔底部及直流电源加热器组成，提供稳定的热流量。
7.根据权利要求1所述的高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，其特征在于，所述的钢体圆腔和绝热套采用一体化的设计，使整体密封性更好。
8.根据权利要求1所述的高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，其特征在于，所述的法向施加装置由伺服电机、减速器、升降机组成机械执行机构和法向力控制单元组成，采用机械结构替代液压执行装置；同时设有法向力控制单元，该法向力控制单元由荷重传感器、测量控制电路组成，通过计算机软件实现法向力的闭环控制。
9.根据权利要求1所述的高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，其特征在于，所述法向力施加装置中，设置有不同量程的多个荷重传感器，适应不同试验对法向力要求，以提高法向力的测量精度；所述围压及温度施加装置中，设置有不同量程的多个荷重传感器、温度传感器，适应不同试验对围压、温度的要求，提高测量导热系数的精度及范围；所述围压施加装置由液压伺服机、升降机和温度控制单元组成；围压控制单元由荷重传感器、测量控制电路组成，通过计算机软件实现围压及温度的闭环控制。
10.根据权利要求1-9之一所述的高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，其特征在于，所述计算机控制的数据采集装置的计算机数据采集软件完成的内容为传感器的标定，对各控制对象发出指令，采集数据并记录，实时绘制法向力与围压、温度曲线，并将记录的数据以Eecel的文件格式输出。

说明书全文

高温高压条件下岩石导热系数的测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，适用于测量不同温度、不同压力下岩石各向导热系数，特别适合于非均质性的材料。

背景技术

[0002] 导热特性是岩石的基本性质之一，是岩石导热规律及热环境变化规律的重要研究内容,它在各种与岩石相关的工程热分析中具有重要的作用，如：石油热采过程中数值模拟计算及工程设计中注汽量、注汽速度和最终采收率的影响分析、油井地热注水开采的回灌模拟及可行性分析、评价；高温岩体地热开发中的热破裂分析、水热产出能力分析；对高地温地区围岩温度场及围岩热应力分布预测；冻土工程的冻、融循环分析；岩石导热特性对分析地壳及上地幔的热结构、分析深部岩石的变质作用和热演化历史等地质基础研究具有重要意义等等。因此，研究岩石导热特性具有重要的实践和理论意义。

[0003] 由于受到仪器设备的限制，关于岩石导热系数及各向异性的研究成果较少，而且往往是在常温、常压力下的。可进行岩石导热系数测量的目前代表的有：中国科学院武汉岩土力学研究所研制的测试岩石导热系数的常规三轴试验装置（专利号CN201520500808.6）、室内岩样导热系数测试装置（专利号CN201410181674.6）测量岩样在三轴实验过程中不同状态下轴向和径向导热系数，并且可以测出岩样温度分布情况，从而提高了试验和测量精度。另外有：华东石油学院北京研究生部等研制的测量小试件岩石导热系数的测定仪（CN87213495）扩大了防护热板法的测试范围，可以测量岩石高导热率材质的导热系数。

[0004] 但上述导热系数仪器或多或少不能满足存在以下问题：常温条件下，不符合实际条件的要求；无法测量岩石各向导热系数，不能准确描述岩石导热系数各向异性，导致对岩石整体导热性描述不准确；三轴围压施加复杂不易控制；液压控制操作复杂问题；对各种尺寸岩石材料试验的适应性不强；设备的自动化水平不够等。

[0005] 参考文献：

[0006] 1.苗社强,李和平,陈刚.高温高压下矿物岩石热导率的实验研究进展.地球物理学进展,2013,28(5):2453-2466.

[0007] 2.德默塞,戈里古勒,德鲁勒克.岩石导热性与单轴和3 轴应力变化的关系.矿业工程,2006, 4(2): 15–17.

[0008] 3.贺玉龙,赵文,张光明.温度对花岗岩和砂岩导热系数影响的试验研究.中国测试,2013,39(1):114-116.

[0009] 4.李继山.油藏岩石热物理性质测试.大庆石油学院学报,2009,33(5):23-26.[0010] 5.许模,王迪,蒋良文,漆继红.岩土体导热系数研究进展.地球科学与环境学报,2011,33(4):421-427.

[0011] 6.赵永信,杨淑贞,张文仁.岩石热导率的温压实验及分析.地球物理学进展, 1995, 10(1): 104–113.

发明内容

[0012] 为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，该设备是一台高性能岩石导热系数仪，不但能进不同温度、压力情况下试验，具有三围加压与岩样变温试验能力，而且还具有测量岩石各向导热系数试验的功能。此试验机与普通试验机的显著特点为：结构简单、使用方便、实用性强：采用集成化的加压装置，能够适应多种尺寸试样的导热系数测量的要求；岩样环境调温系统解决了不同温度条件下导热系数测量的要求；采用稳态法更准确、有效的测量岩石各向导热系数；采用自动数据采集仪器设计，提高设备的自动化水平等。

[0013] 完成上述发明任务的方案是：一种高温高压条件下岩石导热系数的测量装置，由底座和顶座固定连接，构成支撑框架（也称为框架组件），实验仓设置在该支撑框架内，实验仓外部设有实验仓保温框；实验仓上部设有法向压力施加装置及法向力荷重传感器；实验仓侧面设有围压施加装置和围压传感器，其特征在于，本测量装置的顶部设置有圆柱状吸热装置，该圆柱状吸热装置的外面设有水循环散热装置，两侧设有进出水口；该圆柱状吸热装置中部的传力柱兼作导热柱，具传力和吸热功能；测试试样空间位于传力柱底部与热流调节器顶部之间，由绝热层、钢套、橡胶套组成，试样上下断面用密封圈密封，并设有热电偶；该钢套和橡胶套、钢体圆腔壁围成油腔，油腔一侧设有输油管道、温度控制器、加热器；岩石试样顶部和底部设置有热电偶，通过数据线与外界的数据控制及采集系统连接；所述热流调节器下部为刚性板，热源设置在该刚性板下部（钢体圆腔底部）；圆柱状吸热装置的外面设有水循环散热装置；在圆柱状吸热装置与待测样品之间设有缓冲板；试样上下断面用密封圈密封，试样外面设有样品钢套和橡胶套；钢套和橡胶套绕于试样的外侧，用以固定试样；该钢套和钢体圆腔围成油腔，在该油腔的一侧设有输油管道，该输油管道内（也称为油路口）设有温度控制器（也称为油温控制器）、加热器；本测量装置中还设有计算机控制数据采集装置，该装置由测量控制器和计算机组成；所述法向力荷重传感器、温度控制器、围压传感器、热流调节器、热电偶传输系统，经转接口传输给所述的计算机；所述法向力施加装置和围压施加装置的驱动及温度控制由该计算机数据采集控制软件控制。

[0014] 上述方案中：

[0015] 所述法向力施加装置与吸热装置中部传力柱之间设有刚性传压板和弹性缓冲板。

[0016] 所述吸热装置，它包括绝热套、导热柱（也称传力柱）、进出水口，所述吸热装置兼具传力，其底部与试样之间设有密封圈。所述测样试样空间钢体上设有输油管道，所述温度传感器设置在输油管道内。所述实验仓与围压施加装置固定在支撑框架上，通过输油管道连接，该温度控制器中的加热系统和温度感应器设置在输油通道内，使实验仓内试样温度达到实验要求。测试试样空间的设计便于岩样制备，测量样品尺寸多样。

[0017] 所述热电偶用来测量岩石试样顶部与底部之间的温度差和热源水平。

[0018] 所述法向压力装置与圆柱体中部轴之间设有刚性传压板和弹性缓冲板。

[0019] 所述热源，它是钢体圆腔底部及直流电源加热器组成，提供稳定的热流量。

[0020] 所述的计算机中设有数据采集控制软件。

[0021] 本发明有以下优化方案：

[0022] (1) 所述的钢体圆腔和绝热套用来提供实验仓内底部到顶部的线性和稳定的热流量，一体化的设计使整体密封性更好。

[0023] (2)在所述的围压施加装置中设有温度控制器，在提供围压的同时可以控制测试试样周围温度，到达使试样处于不同温度条件下的实验要求，控制简单，方便快捷。

[0024] (3) 所述的法向施加装置，设置机械结构替代液压执行装置，控制简单、精度高；

[0025] 所述的控制方式采用虚拟仪器设计模式，控制功能转换灵活。

[0026] (4) 在测试试样空间上下断面设置了热电偶，并且下部设置了热流调节器，可进行稳态导热系数测试，大大提高了测量精度，并且克服了非稳态导热系数测试法无法测量岩石各向导热系数缺点。

[0027] (5) 所述法向力施加装置中，设置有不同量程的多个荷重传感器，适应不同试验对法向力要求，以提高法向力的测量精度。法向力施加装置由三菱伺服电机、减速器、升降机组成机械执行机构和法向力控制单元组成，法向力控制单元由荷重传感器、测量控制电路等组成，通过计算机软件实现法向力的闭环控制。

[0028] (6) 所述围压及温度施加装置中，设置有不同量程的多个荷重传感器、温度传感器，适应不同试验对围压、温度的要求，提高测量导热系数的精度及范围。围压施加装置由液压伺服机、升降机和温度控制单元。围压控制单元由荷重传感器、测量控制电路组成的，通过计算机软件实现围压及温度的闭环控制。

[0029] (7) 控制单元完成荷重传感器、侧压力传感器、温度传感器等传感器的测量；完成法向力、围压及温度的控制；完成与计算机软件的数据交换、接受计算机软件的指令，并按指令的要求进行控制。计算机数据采集软件完成的内容为传感器的标定，对各控制对象发出指令，采集数据并记录，实时绘制法向力与围压、温度曲线等，并将记录的数据以Eecel的文件格式输出。

[0030] 本发明解决了岩石导热系数在不同温度与压力下进行同时测试的难题，实现了对天然赋存条件下导热系数的测量，并且提高了对岩石各向导热系数测量精度，为研究岩石导热性的各向异性提供了数据依据，且结构科学合理，制造方便，易于操作，测量精确可靠，设备自动化程度高，可进行数据采集、图表实时显示、数据处理和计算等工作。附图说明

[0031] 图1为本发明实施例1的主机部件的主视图。

[0032] 图2为本发明实施例1的法向施压的主视图。

[0033] 图3为实施例1的围压及温度控制装置示意图。

[0034] 图4为实施例1的围压施加装置控制原理图。

[0035] 图5为实施例1的温度控制原理图。

[0036] 图6为实施例1的实验仓装置示意图。

[0037] 图7为实施例1的测量岩石各向导热系数取样示意图。

具体实施方式

[0038] 实施例1，复杂条件下岩石导热系数测量仪。

[0039] 请参见图1所示，其主要包括框架组件1、法向力施加装置2、实验仓保温框3、围压施加装置4、实验仓5和围压传感器6。

[0040] 请参见图2所示，法向力施加装置其主要包括伺服电机7，升降机8，荷重传感器和位移传感器9等。

[0041] 框架组件由钢板焊接而成，用于安装法向力施加装置2、围压施加装置5、围压传感器6和电器部件5等，可承受较大的法向力和径向压力，保证了足够的框架刚度，这样就可以满足该机多种压力条件下材料的试验要求，不但能做岩石材料在不同压力下导热系数的试验，还能进行测量岩石压裂或者开裂过程中导热系数的试验。

[0042] 图3为围压施加和温度控制装置。，温度加热系统和压力传感器10，围压施加装置液压伺服机12、输油管道11等组成。

[0043] 图4为围压施加装置控制原理图，通过计算机控制实现围压闭环控制，达到等径向力控制的要求。

[0044] 图5为温度控制原理图，通过计算机控制实现温度控制，达到温度自由调控的要求。

[0045] 图6为实验仓装置。实验仓装置主要由外部钢体，传力柱16，吸热装置13，绝热套14、输油管17，样品钢套和橡胶套15，热量调节器18，缓冲板19，加热器20，热电偶21等组成。

[0046] 缓冲板作用为使样品均匀承受压力，样品钢套作用为方便测试不同样品的直径，并可以提高围压施加速度，橡胶套作用为固定样品，并防止样品被液体浸泡。

[0047] 通过图4和图5的控制原理图，可以看出通过计算机软件的控制，实现等自动施加围压和调节样品温度，极大的方便了用户使用。

[0048] 图7为测量各向导热系数对岩石取样示意图。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种光电断路器装置系统	2020-05-08	664
一种声信号多通道同步采集及集中存储系统及方法	2020-05-08	433
用于中线式尾矿筑坝的管理方法、装置、设备及介质	2020-05-08	72
用于使飞机飞行控制系统和驾驶舱中的飞行控制操纵器互换的系统和方法	2020-05-08	317
一种应急救援的智能头盔	2020-05-08	653
一种电加热辅助铣削装置和方法	2020-05-08	273
一种基于指纹识别的鼠标及其使用方法	2020-05-08	655
智能后勤平台管理系统	2020-05-08	368
一种基于深度学习的变压设备故障预测方法	2020-05-08	2
一种螺栓拧紧的浮动装置	2020-05-11	4

高温高压条件下岩石导热系数的测量装置

高温高压条件下岩石导热系数的测量装置

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：