一种用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置，包括：样品成型装置，包括高压腔室、位于高压腔室内的第一平面位移台滑机构和垂直于第一平面位移台滑机构的第二方向位移台滑机构、样品测试包以及设在高压腔室侧壁上的进样螺母，所述第一平面位移台滑机构和第二方向位移台滑机构适于沿笛卡尔坐标方向对样品测试包施加摩擦力，所述进样螺母适于向样品测试包内加注样品；调压系统，与样品成型装置相连通，用于为样品成型装置提供稳定压力以及温度调节；样品采集系统，用于记录样品测试包的颗粒作用过程。本实用新型专利技术可以实现对水合物地层颗粒间几种不同形式的摩擦力开展测量，为研究水合物地层出砂和孔隙发展演变机制提供基础物性参数。提供基础物性参数。提供基础物性参数。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置


[0001]本技术涉及非常规油气勘探与开发基础物性测量
，尤其涉及一种用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置。

技术介绍

[0002]随着世界煤、石油和天然气等常规能源的可开采量和采收成本的激增，越来越多的国家开始逐步重视对非常规能源的勘探与开发工作，其中天然气水合物能源储量极大，广泛分布于大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。
[0003]然而，制约天然气水合物商业化开采的因素有很多，其中由于水合物分解导致地层有效应力的变化，在水气运移的驱动下，地层砂颗粒产出，由此可能会产生地层坍塌、井眼破坏、钻具磨损等重大安全隐患。
[0004]目前，针对水合物颗粒之间作用力在出砂方面的研究重要性已经取得较为广泛的认识，但对砂颗粒运移的驱动机制以及储层颗粒间相互作用对出砂的影响刻画尚需完善，例如基于离散元的出砂仿真模型，虽已被用于水合物储层的出砂机制研究，但其细观建模参数如摩擦系数、内聚力等多通过经验或试算取值，对模拟结果影响较大。对水合物地层颗粒间几种不同形式的摩擦力测量，亟待设计一种水合物颗粒间的摩擦力测量装置，以用于研究水合物地层出砂和后续孔隙发展演变机制。

技术实现思路

[0005]本技术提供一种用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置，以用来克服现有技术中水合物地层参数缺失，数值模拟建模参数选取不同导致模拟结果偏差较大的技术问题。
[0006]为解决上述问题，本技术提供一种用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置，包括：
[0007]样品成型装置，包括高压腔室、位于所述高压腔室内的第一平面位移台滑机构和垂直于所述第一平面位移台滑机构的第二方向位移台滑机构、样品测试包以及设在所述高压腔室侧壁上的进样螺母，所述第一平面位移台滑机构和所述第二方向位移台滑机构适于沿笛卡尔坐标方向对所述样品测试包施加摩擦力，所述进样螺母适于向所述样品测试包内加注样品；
[0008]调压系统，与所述样品成型装置相连通，用于为所述样品成型装置提供稳定压力以及温度调节；
[0009]样品采集系统，用于记录所述样品测试包的颗粒作用过程；
[0010]控制器，所述控制器分别与所述第一平面位移台滑机构、所述第二方向位移台滑机构、所述调压系统和所述样品采集系统电性连接。
[0011]进一步的，所述第一平面位移台滑机构包括适于沿YZ平面移动的第一台滑板和与所述第一台滑板连接的第一微步电机，所述第一微步电机与所述控制器电性连接，所述第
一微步电机为所述第一台滑板提供动力。
[0012]进一步的，所述第二方向位移台滑机构包括适于沿X轴方向移动的第二台滑板和与所述第二台滑板连接的第二微步电机，所述第二微步电机与所述控制器电性连接，所述第二微步电机为所述第二台滑板提供动力。
[0013]进一步的，所述样品测试包包括第一待测样品、第二待测样品、竖向力传感器、水平力传感器、斜面、光滑玻璃板第一平板和第二平板，所述竖向力传感器与所述水平力传感器均与所述控制器电性连接。
[0014]进一步的，所述竖向力传感器、所述第一待测样品、所述第二待测样品和所述水平力传感器组合形成固定滑动摩擦工况测试系统，所述第一待测样品和所述斜面组合形成自由滚动摩擦工况测试系统。
[0015]进一步的，所述第一待测样品、所述第二待测样品、所述水平力传感器、所述光滑玻璃和所述第一平板组合形成颗粒间自由滑动摩擦工况测试系统，所述竖向力传感器、所述第一待测样品、所述水平力传感器和所述第二平板组合形成颗粒平板滑动摩擦工况测试系统。
[0016]进一步的，所述调压系统包括分别与所述高压腔室连通的供气系统和抽真空系统，所述供气系统包括通过管道依次连接的气源、伺服增压装置温度调节装置和设置在所述高压腔室上的第一针阀，所述伺服增压装置、所述温度调节装置和所述第一针阀均与所述控制器电性连接。
[0017]进一步的，所述抽真空系统包括通过管道依次连接的真空泵和第二针阀，所述第二针阀的另一端通过调压阀与所述高压腔室内连通，所述真空泵和所述第二针阀与所述控制器电性连接。
[0018]进一步的，所述温度调节装置包括相互连接的冷却缓冲装置和循环浴装置，所述冷却缓冲装置的进气口通过第三针阀与所述伺服增压装置相连通，所述冷却缓冲装置的出气口通过调压阀与所述高压腔室的内部相连通。
[0019]进一步的，所述样品采集系统包括高频摄像机、第二温度传感器和计算机，所述高频摄像机、所述第二温度传感器和所述计算机均与所述控制器电性连接，所述高频摄像机适于通过所述高压腔室上的高压可视窗口对所述样品测试包进行拍照，并上传至所述计算机。
[0020]本技术与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
[0021]1、通过样品成型装置，可用于制作不同摩擦工况下的摩擦力水合物，并可以实现常见水合物的合成、稳定保存及测试；调压装置用于为样品成型装置制作成型样品提供稳定压力以及温度调节；样品采集系统用于记录样品测试包的颗粒作用过程。
[0022]2、通过用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置，可以提供XYZ三个维度的动作，较为容易的实现模拟不同摩擦工况情况下摩擦力的测量，并且不同摩擦工况的各操作部件被分别打包，实现了各操作互不干扰测量，为后期实验系统功能拓展和优化提供了便利的操作。
附图说明
[0023]图1是本技术实施例中用于水合物颗粒间的摩擦力测量的结构示意图；
[0024]图2是本技术实施例中用于四种摩擦测试工况的样品测试包的结构示意图；
[0025]图3是本技术实施例中自由滚动摩擦工况下水合物颗粒间的摩擦力受力分析示意图；
[0026]图4是本技术实施例中颗粒间自由滑动摩擦工况下第一待测样品和第二待测样品的受力分析示意图。
[0027]附图标记：
[0028]11
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高压腔室，111
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高压可视窗口，12
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第一平面位移台滑机构，121
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第一台滑板，122
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第一微步电机，13
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第二方向位移台滑机构，131
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第二台滑板，132
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第二微步电机，14
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样品测试包，141
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第一待测样品，142
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第二待测样品，143
‑
竖向力传感器，144
‑
水平力传感器，145
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斜面，146
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光滑玻璃板，147
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第一平板，148
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第二平板，15
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进样螺母；
[0029]21
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供气系统，211
‑
气源，212
‑
伺服增压装置，213
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置，其特征在于，包括：样品成型装置，包括高压腔室(11)、位于所述高压腔室(11)内的第一平面位移台滑机构(12)和垂直于所述第一平面位移台滑机构(12)的第二方向位移台滑机构(13)、样品测试包(14)以及设在所述高压腔室(11)侧壁上的进样螺母(15)，所述第一平面位移台滑机构(12)和所述第二方向位移台滑机构(13)适于沿笛卡尔坐标方向对所述样品测试包(14)施加摩擦力，所述进样螺母(15)适于向所述样品测试包(14)内加注样品；调压系统，与所述样品成型装置相连通，用于为所述样品成型装置提供稳定压力以及温度调节；样品采集系统，用于记录所述样品测试包(14)的颗粒作用过程；控制器，所述控制器分别与所述第一平面位移台滑机构(12)、所述第二方向位移台滑机构(13)、所述调压系统和所述样品采集系统电性连接。2.根据权利要求1所述的用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置，其特征在于，所述第一平面位移台滑机构(12)包括适于沿YZ平面移动的第一台滑板(121)和与所述第一台滑板(121)连接的第一微步电机(122)，所述第一微步电机(122)与所述控制器电性连接，所述第一微步电机(122)为所述第一台滑板(121)提供动力。3.根据权利要求1所述的用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置，其特征在于，所述第二方向位移台滑机构(13)包括适于沿X轴方向移动的第二台滑板(131)和与所述第二台滑板(131)连接的第二微步电机(132)，所述第二微步电机(132)与所述控制器电性连接，所述第二微步电机(132)为所述第二台滑板(131)提供动力。4.根据权利要求1所述的用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置，其特征在于，所述样品测试包(14)包括第一待测样品(141)、第二待测样品(142)、竖向力传感器(143)、水平力传感器(144)、斜面(145)、光滑玻璃板(146)第一平板(147)和第二平板(148)，所述竖向力传感器(143)与所述水平力传感器(144)均与所述控制器电性连接。5.根据权利要求4所述的用于水合物颗粒间的摩擦力测量装置，其特征在于，所述竖向力传感器(143)、所述第一待测样品(141)、所述第二待测样品(142)和所述水平力传感器(144)组合形成固定滑动摩擦工况测试系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志辉，罗强，宁伏龙，刘世龙，刘隆婧，张凌，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：