[发明专利]一种页岩岩样取芯模拟试验装置及其模拟试验方法

权利要求书

1.一种页岩岩样取芯模拟试验装置，其特征在于：包括立柱，立柱上水平设置有试验台，试验台上固定设有呈圆筒形结构的试验筒，试验筒的中心线沿垂直方向设置，试验筒内壁上固定设有岩石柱周向定位结构和位于岩石柱周向定位结构上方的岩石柱轴向定位结构，试验筒上端外侧边沿水平设置有安装盘，安装盘上表面通过紧固螺栓可拆卸连接有将试验筒密封的密封盖，密封盖下表面与安装盘上表面之间设有第一密封圈，密封盖上设有下端均与试验筒内部连通的注水管、放空管和计量管；试验台下表面连接有与试验筒内部连通的排水管，排水管上设有排水阀；

安装盘下表面固定设有两个关于试验筒中心线对称的升降电机，每个升降电机的主轴均垂直向上穿过安装盘并同轴向传动连接有一根丝杠，每根丝杠上均螺纹连接有一个套筒，两个套筒之间通过一块安装板连接，安装板的中部上表面固定设有一个取芯电机，取芯电机的主轴垂直向下穿过安装板并同轴向传动连接有钻筒，钻筒下端圆周边沿设置有齿状的金刚石钻削刃，钻筒自上而下穿过密封盖伸入到试验筒内，密封盖上设置有与钻筒外壁密封配合的第二密封圈；安装盘上表面沿垂直方向固定设有两根关于试验筒中心线对称的导杆，安装板上连接有分别对应滑动套设在一根导杆上的导向板；

安装盘上表面垂直设有沿试验筒中心线圆形阵列布置的至少四根支杆，所有支杆上端连接有一个整体呈圆环形的水箱，丝杠和导杆均位于水箱的内侧，注水管的进水口连接在水箱的底部，注水管上设置有注水阀；

水箱上设置有真空泵、安装盘上设有储气箱，储气箱上连接有压力表，计量管的上端与储气箱连接，计量管上设置有计量球阀，放空管上设置有放空球阀；

试验台上设置有用于控制升降电机、取芯电机以及真空泵启闭及转速的控制装置。

2.根据权利要求1所述的一种页岩岩样取芯模拟试验装置，其特征在于：岩石柱周向定位结构设置有两层，每层的岩石柱周向定位结构均包括四根沿试验筒径向设置的定位杆，四根定位杆沿试验筒的中心线方向圆周阵列布置，每根定位杆的外端均固定设在试验筒内壁上，每根定位杆内端均固定设有一块弧形板，四块弧形板的中心线与试验筒的中心线重合。

3.根据权利要求2所述的一种页岩岩样取芯模拟试验装置，其特征在于：岩石柱轴向定位结构包括定位环板和三块固定板，定位环板的圆周外壁固定设有三块连接板，三块沿试验筒中心线圆形阵列布置的固定板，固定板固定设在试验筒内壁上，三块连接板上分别对应与一块固定板通过定位螺栓连接。

4.使用如权利要求3所述的页岩岩样取芯模拟试验装置的模拟试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）先在实际工程地点制备岩石柱，岩石柱采用致密页岩气层最中心的部位，在气体没有逸出的情况下，对岩石柱进行密封处理，运送到实验室内；

（2）将制备好的岩石柱放入试验筒中，采集的岩石柱的外径等于或稍小于弧形板的内径，上下两层共8块弧形板的内弧面与岩石柱外弧面贴合对岩石柱进行径向限位，然后将定位环板放置到岩石柱上端，使用定位螺栓连接固定板和连接板，定位环板与岩石柱压接配合，对岩石柱起轴向限位；

（3）打开放空球阀及注水阀，关闭排水阀和计量球阀，水箱中的水在高度差作用下经注水管流入到试验筒体中，随着试验筒内水面的升高，空气由放空管排出，第一密封圈和第二密封圈起到避免漏气和漏水的作用，当试验筒体中排完空气充满水后，关闭放空球阀和注水阀；

（4）保持计量球阀为关闭状态，开启真空泵，对储气箱进行抽真空处理，通过储气箱顶部连接的压力表进行储气箱内部压力显示，待储气箱抽真空完成后打开计量球阀；

（5）启动取芯电机及两个升降电机，两个升降电机的转速相同，升降电机带动丝杠转动，由于导向板套设在导杆上限定套筒随丝杠转动，随着丝杠的转动，套筒沿丝杠向下运动，两个套筒之间的安装板带动取芯电机实现向下轴向进给运动，取芯电机带动钻筒旋转，钻筒下端的金刚石钻削刃切割岩石柱进行取芯；

（6）钻筒在旋转切割岩石柱的过程中，试验筒内的水对刚石钻削刃起到润滑降温作用，同时岩石柱内部破碎岩石会释放气体，所释放气体由于压差作用进入储气箱内并通过压力表显示储气箱内气体压力变化，从而实现在取芯过程中对岩石柱所释放的气体进行收集及显示；

（7）通过储气箱固有体积及压力表显示的压力换算得到采集气体的体积；

（8）打开排水阀，试验筒内的水通过排水管排出，然后将切割分离的岩芯取出。