[發明專利]率定平臺溫壓交替控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202110052244.4
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112901573B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 謝和平;張茹;高明忠;陳領;張志龍;張澤天;李怡航;楊陽;李佳南;黃偉;任利
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: F15B11/16
• 分類號: F15B11/16;F15B13/02;F15B21/02;F15B19/00;F15B1/02
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李夢蝶

本發明公開了一種率定平臺溫壓交替控制系統及其控制方法，應用于深部原位保真取芯“五保”能力率定平臺，其中率定平臺溫壓交替控制系統通過在模擬艙體與管道內的諸多個監測點上安裝溫壓傳感器，通過數據自動采集系統與計算機技術，在保證高溫高壓管道安全的同時，為深部原位高溫高壓環境模擬艙提供了可靠的溫壓控制系統，能夠為深地原位巖體力學及深地科學前沿探索提供基礎預研條件；率定平臺溫壓交替控制方法在艙體進行加溫加壓工作時，充分考慮壓力?溫度?孔壓耦合關系，提出了“五保”能力率定環境預設實施方案構想，可平穩實現率定環境預設與控制。

技術領域

本發明屬于原位環境實驗技術領域，具體涉及一種率定平臺溫壓交替控制系統及其控制方法的設計。

背景技術

向地球深部進軍是近期和未來我國科技創新的重要方向。目前，地球淺部礦產資源已逐漸枯竭，資源開發不斷走向地球深部，煤炭開采深度已達1500m，地熱開采深度超過3000m，金屬礦開采深度超過4350m，油氣資源開采深度達7500m，深部資源開采已成為常態。

探明深部巖石特性，為深部進軍提供強有力的支持，就必須在實際工程的深部原位保真取芯工作前，先在實驗室中還原深部環境，并測試取芯系統的可靠性。而目前針對還原原位環境實驗的溫壓控制裝置，基本停留在淺部巖石力學實驗階段，甚至是常溫常壓階段；同時，很少考慮應力-溫度-滲透壓三場耦合的情況，可能在試樣內部各點未達到均勻時就開始了鉆芯或力學實驗，這樣做會導致較大的偏差，無法正確還原巖石的原位環境，得出的實驗結論或者取出的巖芯與實際情況有所誤差。

在深地環境中，與淺部最明顯的區別就是其高溫高壓的環境，其溫壓環境可以達到100℃與100MPa以上，為了研究深部原位取芯，必須了解深部原位溫壓情況下的各種性質。在一些模擬取芯或者原位實驗中，溫壓的加載路徑十分重要，特別是在深地中100+℃與100+MPa級別的溫壓環境，若溫壓加載路徑不一致，會導致水體氣化，對整個實驗系統造成巨大擾動。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有針對還原原位環境實驗的溫壓控制裝置基本停留在淺部巖石力學實驗階段，無法正確還原巖石的原位環境，得出的實驗結論或者取出的巖芯與實際情況有所誤差的問題，提出了一種率定平臺溫壓交替控制系統及其控制方法，在保證流體在施加溫壓環境過程中不至發生相變的同時，能夠保持溫壓施加過程平穩，防止因溫壓耦合效應致使溫壓環境超出單項控制極限。

本發明的技術方案為：率定平臺溫壓交替控制系統，包括分別與模擬艙連接的壓力控制子系統和溫度控制子系統，壓力控制子系統和溫度控制子系統共用主控計算機；壓力控制子系統包括位于模擬艙體底部的底部油缸以及分別與主控計算機通信連接的滲透壓控制模塊、孔隙壓力控制模塊和圍壓控制模塊，圍壓控制模塊設置于模擬艙體底部，滲透壓控制模塊和孔隙壓力控制模塊均設置于模擬艙體上，底部油缸內設置有第一超高壓伺服推力油源，用于為圍壓控制模塊提供推力；溫度控制子系統包括分別與主控計算機通信連接的模擬艙內溫度控制模塊和模擬艙外壁溫度控制模塊，模擬艙內溫度控制模塊與模擬艙體連接，模擬艙外壁溫度控制模塊設置于模擬艙體外壁。

進一步地，滲透壓控制模塊包括第一流量控制器、第一隔離器和第一PLC控制器；第一流量控制器通過第一PLC控制器與主控計算機連接，第一隔離器與第一流量控制器連接；第一流量控制器和第一隔離器的進出口均設置有第一液控單向閥和第一壓力監測單元；第一隔離器的出口處設置有第一泥沙過濾單元和冷卻控制單元；冷卻控制單元處設置有溫度采集模塊，溫度采集模塊設置于模擬艙體上，主控計算機、第一流量控制器、第一隔離器、第一PLC控制器、第一液控單向閥和第一壓力監測單元為閉環控制；第一流量控制器包括第二超高壓伺服推力油源和第三超高壓伺服推力油源，第一液控單向閥和第一壓力監測單元均分別位于第二超高壓伺服推力油源和第三超高壓伺服推力油源的進出口處，且第二超高壓伺服推力油源和第三超高壓伺服推力油源均與第一隔離器連接。