[發(fā)明專利]一種液氮控溫控壓凍融損傷頁巖實驗裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710008085.1
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106840911B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柳程希;程遠方;韓忠英;李學亮;江龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/60;G01N3/02
• 代理公司: 37107 東營雙橋?qū)＠碛邢挢熑喂?/td>
• 代理人: 羅文遠

1.一種液氮控溫控壓凍融損傷頁巖實驗裝置的實驗方法，其特征是具體步驟如下：

(a)、準備待實驗的巖心，利用箱式電爐將頁巖巖心（6）加熱到預(yù)設(shè)溫度，檢查確認液氮控溫控壓凍融損傷頁巖實驗裝置和管線上各閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；

(b)、打開自增壓液氮罐進液閥（12），向控溫控壓裝置（2）內(nèi)加注少量液氮對裝置進行預(yù)冷，打開控溫控壓裝置放空閥（28），等完全放出裝置內(nèi)氮氣后關(guān)閉放空閥；

(c)、頁巖凍融損傷實驗

① 打開自增壓液氮罐（1）上的進液閥（12），向控溫控壓裝置（2）內(nèi)加注液氮，關(guān)閉進液閥；打開高壓氮氣瓶（4）的減壓閥（42），根據(jù)壓力表將氮氣壓力調(diào)至預(yù)設(shè)凍融壓力；打開總進氣閥門（43）和第一閥門（271），向控溫控壓裝置（2）充入氮氣，當四通道溫度壓力數(shù)字顯示器（3）顯示控溫控壓裝置（2）內(nèi)氣壓達到凍融壓力后，此時，凍融壓力大于在該溫度下氮的飽和蒸氣壓，其目的在于確保液氮在加熱過程中不發(fā)生汽化；關(guān)閉第一閥門（271）；開啟加熱板（23），對液氮進行加熱，當液氮溫度接近預(yù)設(shè)凍融溫度時，關(guān)閉加熱板（23），利用加熱板余熱對液氮進行加熱；微量打開放空閥（28），緩慢調(diào)節(jié)控溫控壓裝置內(nèi)氣壓至凍融壓力，消除加熱過程中液氮體積膨脹造成的壓力上升；

② 將頁巖巖心（6）從箱式電爐中取出，貼上低溫應(yīng)變片（61）放置于凍融損傷裝置（5）內(nèi)；打開第二閥門（571），向凍融損傷裝置（5）內(nèi)充入氮氣，當凍融損傷裝置內(nèi)氣壓達到凍融壓力后，關(guān)閉總進氣閥門（43），打開第一閥門（271）；打開控溫控壓裝置排液閥（29），根據(jù)連通器原理，液氮從控溫控壓裝置（2）流入凍融損傷裝置（5）直至兩裝置液位相同；

(d)、頁巖凍融過程中，控制壓力閥（53）實時監(jiān)測凍融損傷裝置（5）內(nèi)氣體壓力，消除液氮汽化造成的壓力波動，確保凍融壓力為固定值；

(e)、頁巖凍融實驗完成后，打開控溫控壓裝置的放空閥（28）泄壓，取出頁巖巖心，實驗完畢；

所述的液氮控溫控壓凍融損傷頁巖實驗裝置，包括自增壓液氮罐（1）、控溫控壓裝置（2）、凍融損傷裝置（5）、高壓氮氣瓶（4）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述自增壓液氮罐（1）通過耐低溫金屬管線（7）與控溫控壓裝置（2）相連，耐低溫金屬管線（7）上安裝有進液閥（12）與超低溫流量計（11），自增壓液氮罐（1）內(nèi)部裝有超低溫液氮；所述高壓氮氣瓶（4）通過高壓氣體管線（27）分別與控溫控壓裝置（2）和凍融損傷裝置（5）上端連接，高壓氮氣瓶（4）內(nèi)裝有高壓氮氣；所述控溫控壓裝置（2）的頂部安裝有控溫控壓裝置上端蓋（24），控溫控壓裝置（2）的下部通過耐低溫金屬管線（7）與凍融損傷裝置（5）的下部連接，控溫控壓裝置（2）下部出口處設(shè)有排液閥（29）；

所述凍融損傷裝置（5）內(nèi)部設(shè)有一個或一個以上的頁巖巖心（6），頁巖巖心（6）上設(shè)有低溫應(yīng)變片（61），并通過低溫應(yīng)變片（61）與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)變測試儀（9）連接，在凍融損傷裝置（5）的頂部設(shè)有凍融損傷裝置上端蓋（54），底部設(shè)有與耐低溫金屬管線（7）連接的出口；

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括四通道溫度壓力數(shù)字顯示器（3）、聲發(fā)射檢測儀（8）、應(yīng)變測試儀（9）和計算機（10），其中，聲發(fā)射檢測儀（8）與應(yīng)變測試儀（9）監(jiān)測數(shù)據(jù)由計算機（10）負責記錄；

所述控溫控壓裝置（2）分為內(nèi)外兩層，其內(nèi)層為第一深冷鋼內(nèi)膽（22）、外層為第一聚氨酯絕熱層（21），且第一聚氨酯絕熱層（21）將控溫控壓裝置上端蓋（24）包裹在內(nèi)，控溫控壓裝置（2）的底部內(nèi)膽與外層之間設(shè)有加熱板（23），控溫控壓裝置（2）的頂部的控溫控壓裝置上端蓋（24）安裝有第一超低溫溫度傳感器（25）、第一超低溫壓力傳感器（26）和放空閥（28）；

所述高壓氮氣瓶（4）的上方設(shè)有壓力表（41）、減壓閥（42）和總進氣閥門（43），且與高壓氣體管線（27）連通，高壓氣體管線（27）上設(shè)有第一閥門（271）和第二閥門（571）；

所述凍融損傷裝置（5）分為內(nèi)外兩層，其內(nèi)層為第二深冷鋼內(nèi)膽（52），外層為第二聚氨酯絕熱層（51），且第二聚氨酯絕熱層（51）將凍融損傷裝置上端蓋（54）包裹在內(nèi)，頂部的凍融損傷裝置上端蓋（54）上安裝有第二超低溫溫度傳感器（55）、第二超低溫壓力傳感器（56）、聲發(fā)射傳感器（58）、控制壓力閥（53）和低溫應(yīng)變片導(dǎo)線（59）。