本發(fā)明涉及巖石檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巖石地層壓力模擬檢測裝置及模擬檢測方法。

背景技術(shù)：

在油氣鉆井工程中，地層巖石的力學(xué)性質(zhì)是所必需的基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)，及時準(zhǔn)確地獲取鉆遇地層巖石的力學(xué)性質(zhì)是非常重要的工作。

傳統(tǒng)的獲取地層巖石力學(xué)參數(shù)的方法是取心實(shí)驗(yàn)法和測井資料預(yù)測法。取心實(shí)驗(yàn)法是將地層的實(shí)鉆巖心成塊取出，然后再加工成所需巖樣進(jìn)行力學(xué)測試，該方法的難度大、成本高、周期長，且不能及時獲取地層巖石的力學(xué)參數(shù)。測井資料預(yù)測法，是一種間接測試方法，其通過測井儀器測得地層巖石的聲波反射曲線，然后再推算出地層巖石的力學(xué)參數(shù)。測井資料預(yù)測法分完鉆測井和隨鉆測井。完鉆測井只能在鉆井完成之后進(jìn)行，不能及時獲取地層巖石力學(xué)性質(zhì)；且為間接測試，需進(jìn)行測井?dāng)?shù)據(jù)解釋，解釋后所獲得的力學(xué)參數(shù)準(zhǔn)確度不高。隨鉆測井是在鉆井過程中進(jìn)行同步測試，由于是間接測試，其也需要對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行換算解釋；且受鉆井過程鉆進(jìn)作業(yè)的影響，地層參數(shù)數(shù)據(jù)誤差大，準(zhǔn)確度低，成本高，且井底的測試工具有安全隱患，易帶來井下事故。

中國專利公開號cn103411870a公開了一種模擬地層巖石動態(tài)破壞試驗(yàn)裝置，它包括試驗(yàn)用巖樣、厚壁鋼筒、上活塞、下活塞、上蓋板和下蓋板；在試驗(yàn)用巖樣外面套設(shè)厚壁鋼筒，在試驗(yàn)用巖樣與厚壁鋼筒之間設(shè)置有密封膠囊，且厚壁鋼筒與密封膠囊之間存在環(huán)空；在密封膠囊的上下分別放置上、下蓋板，將若干調(diào)平螺栓穿設(shè)在上、下蓋板和厚壁鋼筒對應(yīng)設(shè)置的安裝孔中，并通過多個螺母將上、下蓋板和厚壁鋼筒固定成一體；在厚壁鋼筒上設(shè)置有連通厚壁鋼筒與密封膠囊之間環(huán)空的施加圍壓孔；在上活塞和試驗(yàn)用巖樣的中心位置軸向設(shè)置有用于放置動載荷施加工具的動載荷壓力孔；下蓋板處設(shè)置有用于測量試驗(yàn)用巖樣的中心內(nèi)壁孔動載荷值的動載荷測量壓力計(jì)。該發(fā)明可以作為動態(tài)破壞試驗(yàn)裝置廣泛用于模擬地層巖石動態(tài)破壞試驗(yàn)過程中，但該發(fā)明不能實(shí)現(xiàn)對地層環(huán)境的模擬。

為解決現(xiàn)有技術(shù)中地層巖石的力學(xué)性質(zhì)的檢測精度不夠的問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用便捷的巖石地層壓力模擬檢測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對地層環(huán)境的模擬，為獲取地層巖石的力學(xué)參數(shù)提供更快捷、精確的檢測設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種巖石地層壓力模擬檢測裝置及模擬檢測方法，結(jié)構(gòu)簡單，使用便捷，實(shí)現(xiàn)對地層環(huán)境的模擬，提供巖石在壓力和扭力加持下的各種力學(xué)性質(zhì)，為獲取地層巖石的力學(xué)參數(shù)提供更快捷、精確的檢測設(shè)備。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種巖石地層壓力模擬檢測裝置，包括基臺、支撐件和檢測機(jī)構(gòu)，所述檢測機(jī)構(gòu)包括扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)、連接件、環(huán)形固定件、以及至少兩個弧形夾持件，所述連接件的兩端分別連接扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)和環(huán)形固定件，所述弧形夾持件均勻設(shè)置在環(huán)形固定件的內(nèi)壁上，且弧形夾持件上還均勻設(shè)置有多個電磁力加載機(jī)構(gòu)，所述支撐件包括支撐部、和設(shè)置支撐部上方的連接部，所述支撐部設(shè)置在基臺上，所述扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在連接部的底部；所述基臺上還設(shè)有定位機(jī)構(gòu)，所述定位機(jī)構(gòu)用于將待測物穩(wěn)定固定在基臺上；所述定位機(jī)構(gòu)、環(huán)形固定件、扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)同軸設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述環(huán)形固定件包括相互垂直設(shè)置的橫向固定環(huán)和縱向固定環(huán)，所述橫向固定環(huán)、縱向固定環(huán)的內(nèi)壁上分別均勻設(shè)置了至少兩個弧形夾持件。

進(jìn)一步地，所述環(huán)形固定件上還設(shè)有氣缸，氣缸的傳動軸與弧形夾持件連接，在氣缸的作用下，使弧形夾持件之間相互配合固定待測物。

進(jìn)一步地，所述基臺上還設(shè)有電源，所述電源分別與扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)、電磁力加載機(jī)構(gòu)連接。

進(jìn)一步地，所述電磁力加載機(jī)構(gòu)上還分別設(shè)有與電源連接的傳感器，所述傳感器為壓力傳感器或溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述基臺上還均勻設(shè)有顯示屏、以及多個控制按鍵，所述顯示屏、控制按鍵分別與電源連接。

進(jìn)一步地，其還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括控制模塊、傳輸模塊和儲存模塊，所述控制模塊分別與電源、控制按鍵、顯示屏、傳感器、傳輸模塊和儲存模塊連接。

進(jìn)一步地，所述連接件的側(cè)壁上還設(shè)有圖像采集裝置，所述圖像采集裝置與控制模塊連接，所述控制系統(tǒng)還包括與控制模塊連接的建模模塊。

進(jìn)一步地，所述傳輸模塊為無線傳輸模塊或有線傳輸模塊，用于控制模塊與服務(wù)器之間的信息傳遞。

進(jìn)一步地，所述定位機(jī)構(gòu)為帶驅(qū)動裝置的定位機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述定位機(jī)構(gòu)包括左定位件和右定位件，在左定位件和右定位件配合作用下，實(shí)現(xiàn)待測物穩(wěn)定固定在基臺上。

進(jìn)一步地，所述電磁力加載機(jī)構(gòu)包括磁力加載管、電磁鐵和磁力加載桿，所述電磁鐵設(shè)置在靠近弧形夾持件的磁力加載管的管體內(nèi)，所述磁力加載桿的一端設(shè)置在磁力加載管的管體內(nèi)，磁力加載管的內(nèi)壁上設(shè)有滑動槽，設(shè)置在磁力加載管內(nèi)的磁力加載桿桿體上還設(shè)有限位塊，通過限位塊與滑動槽的配合，磁力加載桿在磁力加載管內(nèi)自由滑動；所述磁力加載桿的另一端上還設(shè)有吸盤，所述傳感器設(shè)置在吸盤的底部。

進(jìn)一步地，所述電磁鐵與控制模塊連接。

進(jìn)一步地，所述吸盤的表面還均勻設(shè)有螺紋。

進(jìn)一步地，所述裝置還包括恒溫密閉箱，所述恒溫密閉箱設(shè)置在基臺上，所述檢測機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)均設(shè)置在恒溫密閉箱內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述恒溫密閉箱為帶有溫度調(diào)節(jié)裝置的恒溫密閉箱，所述溫度調(diào)節(jié)裝置與控制模塊連接。

一種巖石地層壓力模擬檢測方法，包括以下步驟：

s1.將待測物固定在巖石地層壓力模擬檢測裝置上，通過圖像采集裝置、傳感器分別采集待測物和裝置的狀態(tài)參數(shù)和指令信息；

s2.然后將采集到的狀態(tài)參數(shù)和指令信息通過控制模塊處理，再經(jīng)過建模模塊建立待測物模擬地層壓力的模型，計(jì)算出實(shí)現(xiàn)地層壓力模擬動畫的作業(yè)數(shù)據(jù)，并傳送至顯示屏顯示；

s3.通過直接改變作業(yè)數(shù)據(jù)或控制按鍵生成操作指令，操作指令通過控制模塊處理后驅(qū)動電磁力加載機(jī)構(gòu)或恒溫密閉箱，實(shí)現(xiàn)模擬的巖石地層壓力發(fā)生相應(yīng)改變。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的巖石地層壓力模擬檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用便捷，通過定位機(jī)構(gòu)將待測物固定在基臺上，在扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用下能夠?qū)Υ郎y物施加扭力，通過電磁力加載機(jī)構(gòu)通過向待測物施加動態(tài)壓力，模擬巖石在復(fù)雜的地層壓力下的力學(xué)環(huán)境，從而檢測更精確力學(xué)性質(zhì)，為研究獲取地層巖石的力學(xué)參數(shù)提供更快捷、精確的檢測設(shè)備。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明環(huán)形固定件的主視圖；

圖3為本發(fā)明環(huán)形固定件的左視圖；

圖4為本發(fā)明電磁力加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5位本發(fā)明裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-基臺，2-支撐件，3-扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)，4-連接件，5-環(huán)形固定件，6-弧形夾持件，7-電磁力加載機(jī)構(gòu)，8-控制按鍵，9-顯示屏，10-電源，11-左定位件，12-右定位件，13-支撐部，14-連接部，15-橫向固定環(huán)，16-縱向固定環(huán)，17-磁力加載管，18-電磁鐵，19-磁力加載桿，20-吸盤，21-滑動槽，22-限位塊，23-傳感器，24-恒溫密閉箱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1、圖2和圖3所示，一種巖石地層壓力模擬檢測裝置，包括基臺1、支撐件2和檢測機(jī)構(gòu)，所述檢測機(jī)構(gòu)包括扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、連接件4、環(huán)形固定件5、以及至少兩個弧形夾持件6，所述連接件4的兩端分別連接扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)3和環(huán)形固定件5，所述弧形夾持件6均勻設(shè)置在環(huán)形固定件5的內(nèi)壁上，且弧形夾持件6上還均勻設(shè)置有多個電磁力加載機(jī)構(gòu)7，所述支撐件2包括支撐部13、和設(shè)置支撐部13上方的連接部14，所述支撐部13設(shè)置在基臺1上，所述扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)3設(shè)置在連接部14的底部；所述基臺1上還設(shè)有定位機(jī)構(gòu)，所述定位機(jī)構(gòu)用于將待測物穩(wěn)定固定在基臺1上；所述定位機(jī)構(gòu)、環(huán)形固定件5、扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)3同軸設(shè)置。

具體地，所述環(huán)形固定件5包括相互垂直設(shè)置的橫向固定環(huán)15和縱向固定環(huán)16，所述橫向固定環(huán)15、縱向固定環(huán)16的內(nèi)壁上分別均勻設(shè)置了至少兩個弧形夾持件6，弧形夾持件6上還均勻設(shè)置有多個電磁力加載機(jī)構(gòu)7，在橫向固定環(huán)15、縱向固定環(huán)16協(xié)同作用下，能夠向待測物施加多個維度的壓力，模擬巖石在地層中受力狀況；同時電磁力加載機(jī)構(gòu)7通過控制電壓來施加壓力，能夠做到隨時間變化向待測物施加動態(tài)的壓力，為巖石在地層中力學(xué)性質(zhì)的檢測提供更精確的環(huán)境。

具體地，所述環(huán)形固定件5上還設(shè)有氣缸，氣缸的傳動軸與弧形夾持件6連接，在氣缸的作用下，使弧形夾持件6之間相互配合固定待測物。

具體地，所述基臺1上還設(shè)有電源10，所述電源10分別與扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)3、電磁力加載機(jī)構(gòu)7連接。

具體地，所述電磁力加載機(jī)構(gòu)7上還分別設(shè)有與電源10連接的傳感器，所述傳感器為壓力傳感器或溫度傳感器。

具體地，所述基臺1上還均勻設(shè)有顯示屏9、以及多個控制按鍵8，所述顯示屏9、控制按鍵8分別與電源10連接。

具體地，其還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括控制模塊、傳輸模塊和儲存模塊，所述控制模塊分別與電源10、控制按鍵8、顯示屏9、傳感器、傳輸模塊和儲存模塊連接。

具體地，所述傳輸模塊為無線傳輸模塊或有線傳輸模塊，用于控制模塊與服務(wù)器之間的信息傳遞。

具體地，所述定位機(jī)構(gòu)為帶驅(qū)動裝置的定位機(jī)構(gòu)。

具體地，所述定位機(jī)構(gòu)包括左定位件11和右定位件12，在左定位件11和右定位件12配合作用下，實(shí)現(xiàn)待測物穩(wěn)定固定在基臺1上。

在一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述電磁力加載機(jī)構(gòu)7包括磁力加載管17、電磁鐵18和磁力加載桿19，所述電磁鐵18設(shè)置在靠近弧形夾持件6的磁力加載管17的管體內(nèi)，所述磁力加載桿19的一端設(shè)置在磁力加載管17的管體內(nèi)，磁力加載管17的內(nèi)壁上設(shè)有滑動槽21，設(shè)置在磁力加載管17內(nèi)的磁力加載桿19桿體上還設(shè)有限位塊22，通過限位塊22與滑動槽21的配合，磁力加載桿19在磁力加載管17內(nèi)自由滑動；所述磁力加載桿19的另一端上還設(shè)有吸盤20，所述傳感器23設(shè)置在吸盤20的底部。

具體地，所述電磁鐵18與控制模塊連接。

優(yōu)選地，所述吸盤20的表面還均勻設(shè)有螺紋。本發(fā)明通過控制模塊控制通過電磁鐵18的電流，使電磁鐵18產(chǎn)生磁力，然后利用磁力加載桿19傳動，使力直接作用于待測物上；而在磁力加載桿19的一端設(shè)置吸盤20，使磁力加載桿19與待測物緊密接觸，避免在檢測過程中滑動，影響檢測結(jié)果，從而提高檢測結(jié)果的檢測效率。

在一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述裝置還包括恒溫密閉箱24，所述恒溫密閉箱24設(shè)置在基臺1上，所述檢測機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)均設(shè)置在恒溫密閉箱24內(nèi)。

具體地，所述恒溫密閉箱24為帶有溫度調(diào)節(jié)裝置的恒溫密閉箱24，所述溫度調(diào)節(jié)裝置與控制模塊連接。通過設(shè)置帶有溫度調(diào)節(jié)裝置的恒溫密閉箱24，模擬地層溫度環(huán)境，同時可根據(jù)實(shí)際檢測需求，利用溫度調(diào)節(jié)裝置控制恒溫密閉箱24模擬動態(tài)的地層溫度環(huán)境，為研究檢測巖石在復(fù)雜的地層環(huán)境提供更準(zhǔn)確的模擬環(huán)境。

使用時，通過定位機(jī)構(gòu)，在左定位件11和右定位件12配合作用下，將待測物固定在基臺1上，在扭力驅(qū)動機(jī)構(gòu)3的作用下能夠?qū)Υ郎y物施加扭力，通過電磁力加載機(jī)構(gòu)7向待測物施加動態(tài)壓力，模擬巖石在復(fù)雜的地層壓力下的力學(xué)環(huán)境，通過設(shè)置在電磁力加載機(jī)構(gòu)7實(shí)現(xiàn)對待測物的力學(xué)性質(zhì)檢測，從而得到更精確地層巖石力學(xué)性質(zhì)，為研究獲取地層巖石的力學(xué)參數(shù)提供更快捷、精確的檢測設(shè)備。

一種巖石地層壓力模擬檢測方法，包括以下步驟：

s1.將待測物固定在巖石地層壓力模擬檢測裝置上，通過圖像采集裝置、傳感器分別采集待測物和裝置的狀態(tài)參數(shù)和指令信息；所涉待測物和裝置的狀態(tài)參數(shù)和指令信息實(shí)時采集；

s2.然后將采集到的狀態(tài)參數(shù)和指令信息通過控制模塊處理，再經(jīng)過建模模塊建立待測物模擬地層壓力的模型，計(jì)算出實(shí)現(xiàn)地層壓力模擬動畫的作業(yè)數(shù)據(jù)，并傳送至顯示屏顯示；操作人員通過顯示屏實(shí)時獲取待測和裝置的狀態(tài)參數(shù)、及其模擬動畫信息，獲得的信息直觀、簡潔，便于操作人員分析實(shí)驗(yàn)；

s3.通過直接改變作業(yè)數(shù)據(jù)或控制按鍵生成操作指令，操作指令通過控制模塊處理后驅(qū)動電磁力加載機(jī)構(gòu)或恒溫密閉箱，實(shí)現(xiàn)模擬的巖石地層壓力發(fā)生相應(yīng)改變，改變后待測物和裝置的狀態(tài)參數(shù)和指令信息實(shí)時反饋至控制模塊、建模模塊和顯示屏；操作人員能夠通過控制改變控制按鍵或顯示屏上的模擬動畫信息，來實(shí)現(xiàn)模擬的巖石地層壓力的改變，同時改變后的模擬信息能夠通過顯示屏及時反饋給操作人員，提高模擬分析檢測效率。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。