[發明專利]一種模擬激光鉆井破巖的實驗方法及實驗裝置

有效

• 申請號: 201410853686.9
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104712249A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 文國軍;楊玲芝;王玉丹;吳川;張奧東;謝輝;黃雷;白江浩;路桂英;付先成
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B47/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 劉榮;周宗貴

1.一種模擬激光鉆井破巖的實驗方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)將巖樣放入透明的帶進氣口和出氣口的密封盒中，限制巖樣在X軸方向和Y軸方向的位移，使用高度傳感器測量并且標定巖樣的表面高度；

(2)確定巖樣的破碎點，破碎點之間間隔為30～50毫米，調整并標定各個破碎點的位置，避免破碎點在巖樣裂縫上；

(3)沿X軸方向和Y軸方向向巖樣施加壓力使巖樣受壓產生雙軸應力以模擬地層巖石的應力，然后將密封盒密封；

(4)從密封盒的進氣口向密封盒中通入循環氣體，同時從密封盒的出氣口向外抽氣，循環氣體充滿密封盒以模擬激光鉆井中的氣體循環氛圍，激光切割頭依次照射巖樣的各破碎點對巖樣進行破碎，收集巖樣破碎過程中抽出的氣體作為實驗氣體；所述循環氣體為氮氣、氦氣或空氣。

2.根據權利要求1所述的模擬激光鉆井破巖的實驗方法，其特征在于：步驟4中激光切割頭在各個破碎點破巖的時間為1～20秒，各個破碎點破碎的時間間隔為1～20秒。

3.根據權利要求1所述的模擬激光鉆井破巖的實驗方法，其特征在于：步驟4中激光切割頭選用正離焦方式對巖樣破碎點進行破碎。

4.一種用于權利要求1所述模擬激光鉆井破巖實驗方法的裝置，其特征在于：包括控制臺、操作臺、方向調整組件、固定在方向調整組件上的激光切割頭、液壓系統、密封單元和與密封盒連通的氣體收集單元，激光切割頭、方向調整組件、液壓系統、密封單元和氣體收集單元均安裝在操作臺上并且均由控制臺控制運行，液壓系統和氣體收集單元均位于激光切割頭的下方；方向調整組件包括實驗臺主架，X軸方向調整組件，Y軸方向調整組件和Z軸方向調整組件，所述實驗臺主架包括水平安裝的實驗臺橫梁，以及豎直固定在實驗臺橫梁兩端的實驗臺支柱A和實驗臺支柱B，激光切割頭固定在Z軸方向調整組件上，Z軸方向調整組件固定在X軸方向調整組件上，X軸方向調整組件安裝于實驗臺主架上，實驗臺主架安裝在Y軸方向調整組件上；

所述X軸方向調整組件包括齒輪齒條機構A、步進電機A、X軸方向導軌副A和X軸方向安裝底座，齒條A與X軸方向導軌副A固定于實驗臺橫梁的同一豎直側面上，X軸方向安裝底座呈板狀，固定于X軸方向導軌副A的滑塊上并且緊靠于滑塊的側面，步進電機A固定在X軸方向安裝底座上，其輸出軸與齒輪A連接；所述Y軸方向調整組件包括Y軸方向導軌副A、Y軸方向導軌副B、齒輪齒條機構B、步進電機B，步進電機B固定于Y軸方向導軌副A的滑塊上，通過齒輪齒條機構B驅動Y軸方向導軌副A和Y軸方向導軌副B，實驗臺支柱A和實驗臺支柱B分別安裝在Y軸方向導軌副A和Y軸方向導軌副B上；所述Z軸方向調整組件包括滾珠絲杠副和驅動滾珠絲杠副轉動的步進電機C，滾珠絲杠副固定于X軸方向安裝底座上，激光切割頭固定在滾珠絲杠副的螺母上；

所述液壓系統包括液壓油箱、液壓泵、電磁閥、液壓缸A、由液壓缸A活塞桿推動的推板A、液壓缸B和由液壓缸B活塞桿推動的推板B，液壓油箱、液壓泵和電磁閥通過油管依次順序連通，電磁閥的出油口分別與液壓缸A和液壓缸B的進油口連通，推板A和推板B所在平面分別與液壓缸A和液壓缸B的活塞桿垂直，推板A和推板B所在平面成90°夾角，分別沿X軸方向和Y軸方向對巖樣施加壓力；

所述密封單元包括固定在操作臺上的密封盒、位于密封盒頂部的透明上罩以及巖樣底座，巖樣通過巖樣底座固定在密封盒中，上罩位于密封盒與激光切割頭之間，推板A和推板B均位于密封盒內；

所述氣體收集單元包括安裝在操作臺上的氣體收集實驗箱，安裝在氣體收集實驗箱中的真空泵、兩位三通電磁換向閥、氣體單向閥和集氣瓶，以及安裝在氣體收集實驗箱外的氣罐；兩位三通電磁換向閥的入口連通氣罐，出口A連通密封盒的進氣口，出口B接氣體單向閥后連通密封盒的出氣口，密封盒的出氣口同時與真空泵的進氣口連通，真空泵的出氣口氣管連通集氣瓶。