申請?zhí)枺?01710056506.8
　　申請人：中國地質(zhì)大學(xué)（北京）
　　發(fā)明人：王宏語 楊潤澤 范雪松

　　摘要： 一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，包括試驗臺、驅(qū)動電機和取芯電機，試驗臺上設(shè)置有試驗筒，試驗筒內(nèi)壁上固定設(shè)有巖石柱定位結(jié)構(gòu)和位于巖石柱周向定位結(jié)構(gòu)上方的巖石柱軸向定位結(jié)構(gòu)，試驗筒上端外側(cè)邊沿設(shè)置有安裝盤，安裝盤上表面設(shè)置有密封蓋，密封蓋上連接有注水管、放空管和計量管，試驗筒底部連接有排水管；驅(qū)動電機帶動取芯電機，取芯電機的主軸同軸向傳動連接有鉆筒。本發(fā)明還公開了一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置的模擬試驗方法，本發(fā)明通過模擬實現(xiàn)取芯過程，同時采集計量在取芯過程中破碎巖芯時巖芯所釋放的氣量，更加準確的解決頁巖氣層含氣性的問題，更加有利于頁巖氣層的評價。 　　主權(quán)利要求：1.一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，其特征在于：包括立柱，立柱上水平設(shè)置有試驗臺，試驗臺上固定設(shè)有呈圓筒形結(jié)構(gòu)的試驗筒，試驗筒的中心線沿垂直方向設(shè)置，試驗筒內(nèi)壁上固定設(shè)有巖石柱定位結(jié)構(gòu)和位于巖石柱周向定位結(jié)構(gòu)上方的巖石柱軸向定位結(jié)構(gòu)，試驗筒上端外側(cè)邊沿水平設(shè)置有安裝盤，安裝盤上表面通過緊固螺栓可拆卸連接有將試驗筒密封的密封蓋，密封蓋下表面與安裝盤上表面之間第一密封圈，密封蓋上設(shè)有下端均與試驗筒內(nèi)部連通的注水管、放空管和計量管；試驗臺下表面連接有與試驗筒內(nèi)部連通的排水管，排水管上設(shè)有排水閥；安裝盤下表面固定設(shè)有兩個關(guān)于試驗筒中心線對稱的升降電機，每個升降電機的主軸均垂直向上穿過安裝盤并同軸向傳動連接有一根絲杠，每根絲杠上均螺紋連接有一個套筒，兩個套筒之間通過一塊安裝板連接，安裝板的中部上表面固定設(shè)有一個取芯電機，取芯電機的主軸垂直向下穿過安裝板并同軸向傳動連接有鉆筒，鉆筒下端圓周邊沿設(shè)置有齒狀的金剛石鉆削刃，鉆筒自上而下穿過密封蓋伸入到試驗筒內(nèi)，密封蓋上設(shè)置有與鉆筒外壁密封配合的第二密封圈；安裝盤上表面沿垂直方向固定設(shè)有兩根關(guān)于試驗筒中心線對稱的導(dǎo)桿，安裝板上連接有分別對應(yīng)滑動套設(shè)在一根導(dǎo)桿上的導(dǎo)向板。
　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，其特征在于：安裝盤上表面垂直設(shè)有沿試驗筒中心線圓形陣列布置的至少四根支桿，所有支桿上端連接有一個整體呈圓環(huán)形的水箱，絲杠和導(dǎo)桿均位于水箱的內(nèi)側(cè)，注水管的進水口連接在水箱的底部，注水管上設(shè)置有注水閥；水箱上設(shè)置有真空泵、安裝盤上設(shè)有儲氣箱，儲氣箱上連接有壓力表，計量管的上端與儲氣箱連接，計量管上設(shè)置有計量球閥，放空管上設(shè)置有放空球閥；試驗臺上設(shè)置有用于控制升降電機、取芯電機以及真空泵啟閉及轉(zhuǎn)速的控制裝置。
　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，其特征在于：巖石柱定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有兩層，每層的巖石柱定位結(jié)構(gòu)均包括四根沿試驗筒徑向設(shè)置的定位桿，四根定位桿沿試驗筒的中心線方向圓周陣列布置，每根定位桿的外端均固定設(shè)在試驗筒內(nèi)壁上，每根定位桿內(nèi)端均固定設(shè)有一塊弧形板，四塊弧形板的中心線與試驗筒的中心線重合。
　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，其特征在于：巖石柱軸向定位結(jié)構(gòu)包括定位環(huán)板和三塊固定板，定位環(huán)板的圓周外壁固定設(shè)有三塊連接板，三塊沿試驗筒中心線圓形陣列布置的固定板，固定板固定設(shè)在試驗筒內(nèi)壁上，三塊連接板上分別對應(yīng)與一塊固定板通過定位螺栓連接。
　　5.使用如權(quán)利要求4所述的頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置的模擬試驗方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）先在實際工程地點制備巖石柱，巖石柱采用致密頁巖氣層最中心的部位，在氣體沒有逸出的情況下，對巖石柱進行密封處理，運送到實驗室內(nèi)；（2）將制備好的巖石柱放入試驗筒中，采集的巖石柱的外徑等于或稍小于弧形板的內(nèi)徑，上下兩層共8塊弧形板的內(nèi)弧面與巖石柱外弧面貼合對巖石柱進行徑向限位，然后將定位環(huán)板放置到巖石柱上端，使用定位螺栓連接固定板和連接板，定位環(huán)板與巖石柱壓接配合，對巖石柱起軸向限位；（3）打開放空球閥及注水閥，關(guān)閉排水閥和計量球閥，水箱中的水在高度差作用下經(jīng)注水管流入到試驗筒體中，隨著試驗筒內(nèi)水面的升高，空氣由放空管排出，第一密封圈和第二密封圈起到避免漏氣和漏水的作用，當(dāng)試驗筒體中排完空氣充滿水后，關(guān)閉放空球閥和注水閥；（4）保持計量球閥為關(guān)閉狀態(tài)，開啟真空泵，對儲氣箱進行抽真空處理，通過儲氣箱頂部連接的壓力表進行儲氣箱內(nèi)部壓力顯示，待儲氣箱抽真空完成后打開計量球閥；（5）啟動取芯電機及兩個升降電機，兩個升降電機的轉(zhuǎn)速相同，升降電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動，由于導(dǎo)向板套設(shè)在導(dǎo)桿上限定套筒隨絲杠轉(zhuǎn)動，隨著絲杠的轉(zhuǎn)動，套筒沿絲杠向下運動，兩個套筒之間的安裝板帶動取芯電機實現(xiàn)向下軸向進給運動，取芯電機帶動鉆筒旋轉(zhuǎn)，鉆筒下端的金剛石鉆削刃切割巖石柱進行取芯；（6）鉆筒在旋轉(zhuǎn)切割巖石柱的過程中，試驗筒內(nèi)的水對剛石鉆削刃起到潤滑降溫作用，同時巖石柱內(nèi)部破碎巖石會釋放氣體，所釋放氣體由于壓差作用進入儲氣箱內(nèi)并通過壓力表顯示儲氣箱內(nèi)氣體壓力變化，從而實現(xiàn)在取芯過程中對巖石柱所釋放的氣體進行收集及顯示；（7）通過儲氣箱固有體積及壓力表顯示的壓力換算得到采集氣體的體積；（8）打開排水閥，試驗筒內(nèi)的水通過排水管排出，然后將切割分離的巖芯取出。