專利名稱：一種變?nèi)萑萜鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變?nèi)菟咳萜?，更具體涉及一種變?nèi)輭毫γ}沖法測量巖石流 體滲透系數(shù)實驗裝置中的變?nèi)萑萜鳎挥绕溥m用于對巖石流體滲透系數(shù)在大范圍內(nèi) 變化的快速精確測量。
背景技術(shù)：
滲透性是孔隙和裂隙介質(zhì)的一種重要性質(zhì)。近年來，由于油氣田的開發(fā)、放 射性物質(zhì)的地下存埋及二氧化碳等溫室氣體的地質(zhì)封存等重大工程問題的研究， 迫切需要對工程中眾多天然和人工材料在復(fù)雜地質(zhì)條件下，其長期滲透性能變化 有進一步的了解。實驗室內(nèi)對于低滲透材料的測量方法主要有恒流泵法、壓力振 蕩法和壓力脈沖法。壓力脈沖法因其理論成熟，操作容易，而應(yīng)用較為廣泛。
而自1968年壓力脈沖法首次由Brace提出至今，此方法只在理論及計算方 法上有所改進，在試驗方法及裝置上并沒有實質(zhì)性改進。作者于2007年將基于 流體綜合壓縮性可變的變?nèi)菟咳萜?專利號200720077599.2)應(yīng)用于壓力脈 沖法試驗裝置中，即為變?nèi)輭毫γ}沖法及其試驗裝置，使得傳統(tǒng)壓力脈沖法及試 驗裝置得到了實質(zhì)性改進。變?nèi)輭毫γ}沖法及試驗裝置優(yōu)點在于測量量程大、測 量速度快。而在實際的試驗操作過程中，發(fā)現(xiàn)變?nèi)菟咳萜?專利號 200720087599. 2)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上還存在如下五個問題
① .在系統(tǒng)抽真空飽水過程中，因為筒身為圓筒形并不能完全飽水，總會有 少許殘留氣體混在液體腔內(nèi)，造成容器容水量計量的誤差；
② .筒身為圓筒形，筒身和底蓋通過螺栓連接，筒身和底蓋之間夾著分隔膜 和密封圈，密封圈嵌置在底蓋上，壓著分隔膜，同時起到密封容器的作用。分
隔膜將容器分隔成液體腔和氣體腔，在試驗操作過程中，會出現(xiàn)氣體腔壓力大 于液體腔而使分隔膜膨脹過大，造成分隔膜邊緣撕裂破損，試驗中斷；
③.在試驗操作過程中，會出現(xiàn)液體腔壓力大于氣體腔而使分隔膜收縮過大， 吸入底蓋上的進/出氣口，造成分隔膜中心破裂出現(xiàn)孔洞，試驗中斷；
.在試驗操作過程中，由于分隔膜上下壓力差過大均會造成分隔膜邊緣滑 脫漏氣，試驗中斷；
⑤.變?nèi)菟咳萜鲀?nèi)分隔膜經(jīng)常破損導(dǎo)致試驗中斷，拆卸換膜，增加試驗操 作復(fù)雜性、繁瑣性，降低試驗效率，影響試驗成果，對試驗操作人員提出較高 要求，降低了試驗裝置的可操作性、實用性和應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有變?nèi)菟咳萜?專利號200720087599.2) 在結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在的上述缺點和不足，本發(fā)明的目的是在于提供了一種變?nèi)萑?器，是一種替代采用變?nèi)輭毫γ}沖法測量巖石流體滲透系數(shù)實驗裝置中的變?nèi)菟?量容器。容器結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、可操作性強、測量效率及精度高，膜材料經(jīng) 久耐用，不易耗損，經(jīng)濟性強、實用性強，具有廣泛的應(yīng)用前景。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施
本發(fā)明建立在變?nèi)輭毫γ}沖法試驗裝置的變?nèi)菟咳萜?專利號
200720087599.2)的基礎(chǔ)上，針對其結(jié)構(gòu)設(shè)計上的缺陷，改進設(shè)計出了新型變?nèi)?容器，經(jīng)實踐證明，效果卓著。
本發(fā)明包括進/出液口、錐蓋、液體腔、分隔膜、氣體腔、墊網(wǎng)、墊片、螺 栓、壓膜圈、密封圈、底蓋和進/出氣口；
從上到下，錐蓋和底蓋通過螺栓連接；壓膜圈將分隔膜的邊緣壓進錐蓋裙邊 凹槽內(nèi)；密封圈嵌置在底蓋上表面中心外緣凹槽內(nèi)；當(dāng)錐蓋和底蓋連接時，密封 圈壓緊分隔膜緊貼在錐蓋裙邊上；分隔膜將容器內(nèi)分隔成液體腔和氣體腔；錐蓋 的頂部設(shè)置有進/出液口；底蓋上表面中心凹槽內(nèi)嵌置墊片，中心表面粘貼墊網(wǎng)， 中心外緣凹槽內(nèi)嵌置密封圈，底蓋下面設(shè)置有進/出氣口。
錐蓋設(shè)計成圓錐形，在抽真空飽水過程中可以完全飽水，避免容器內(nèi)因不可
能達到真空度致使飽水時會殘留少許氣體，造成容器容水量大小計量的誤差，影 響試驗精度。新型變?nèi)萑萜鲌A錐形錐蓋坡角較緩(圓筒形坡角成直角)，分隔膜 膨脹時，其與錐蓋裙邊接觸的邊緣不易撕裂。所以圓錐形錐蓋就可以解決(專利 號200720087599.2)變?nèi)菟咳萜髟诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計上存在的問題不能完全飽水和 分隔膜邊緣易撕裂。
在底蓋上面中心凹槽內(nèi)嵌置墊片，及在中心表面上粘貼墊網(wǎng)，可以防止分隔 膜在收縮時被吸入中心孔，導(dǎo)致中心破裂，同時又不會妨礙氣體進出氣體腔。所 以設(shè)置墊片和墊網(wǎng)就可以解決(專利號200720087599.2)變?nèi)菟咳萜髟诮Y(jié)構(gòu) 設(shè)計上存在的問題分隔膜中心孔洞破裂。
在錐蓋裙邊上設(shè)計凹槽用來嵌置壓膜圈，安裝分隔膜時，先用壓膜圈將分隔 膜固定好，再用密封圈將分隔膜壓緊密封住。這樣，在分隔膜上下的液體腔和氣 體腔壓力差過大時，分隔膜也不會撕裂或滑脫。所以設(shè)置壓膜圈就可以解決(專 利號200720087599.2)變?nèi)菟咳萜髟诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計上存在的問題分隔膜邊緣滑
脫漏氣。
通過以上方案及措施改進后的新型變?nèi)萑萜?，有效解決了原變?nèi)菟咳萜髟?結(jié)構(gòu)設(shè)計上的缺陷和問題，效果顯著。
本發(fā)明工作原理
利用氣體和液體的壓縮系數(shù)量級之間相差較大的特點，也就是氣體壓縮性很 大，液體壓縮性很小的物理特性。將氣體和液體同時置于同一容器內(nèi)，通過分隔 膜將其隔開，而不會互相混合或溶解；同時圓錐形錐蓋設(shè)計也避免了抽真空飽水 過程中會殘留氣體，以免影響容器內(nèi)流體綜合壓縮性的計量。如果氣液混合溶解， 一來無法準(zhǔn)確量化其混合后的壓縮性，二來混合后的壓縮性變化范圍減小，所以 必須要采用分隔膜將氣液隔開，且在液體腔內(nèi)不可混進氣體，抽真空飽水必須完 全。具體地說，通過進/出液口進液，進/出氣口出氣，使得容器內(nèi)液體體積增加， 氣體體積減少，從而降低了氣液體積比，降低了容器內(nèi)流體綜合壓縮性，壓縮系 數(shù)減小，容器容水量減??；同理，若增大氣體體積，減少液體體積，即提高氣液 體積比，則容器內(nèi)流體綜合壓縮性增加，壓縮系數(shù)增大，容器容水量增大。
整個過程實現(xiàn)了在不用拆裝換膜的條件下，在不影響試驗整體性和操作連續(xù) 性條件下，水箱容水量可根據(jù)試驗需求隨意調(diào)整，直至合適大小。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果
① 在試驗過程中，可實時調(diào)整改變?nèi)萜鲀?nèi)氣液體積比，從而改變?nèi)萜鲀?nèi)流 體綜合壓縮性，即改變?nèi)萜魅菟俊?br> ② 裝置配件材料不易耗損，經(jīng)濟性高，提高了試驗可操作性，降低了試驗 復(fù)雜度。
③ 試驗原理直觀、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、效率高、穩(wěn)定性好、易于操作、無需 拆卸。
④ 能根據(jù)不同巖石試件流體滲透系數(shù)測量需要，實現(xiàn)整個試驗過程中只用一 個水箱容器，從而有效地節(jié)省了人力、物力和財力。
⑤ 不僅便于試驗操作，也避免了拆裝調(diào)換不同體積水箱后，需要再次抽真空， 再次注水，再次檢査系統(tǒng)泄漏，再次標(biāo)定等繁瑣程序。
總之，本發(fā)明克服了現(xiàn)有變?nèi)菟咳萜?專利號200720087599.2)在結(jié)構(gòu) 設(shè)計上存在的缺點和不足，提供一種新型變?nèi)萑萜?，可替代變?nèi)輭毫γ}沖法測量 巖石流體滲透系數(shù)實驗裝置中的變?nèi)菟咳萜?。實現(xiàn)優(yōu)化試驗裝置，簡化試驗步 驟、提高裝置穩(wěn)定性，進一步使得測量的結(jié)果可靠，擴大了測量范圍，加快了 試驗速度，提高了實驗精度。


圖1為一種變?nèi)萑萜鹘Y(jié)構(gòu)示意圖(主視)； 圖2為分隔膜結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)；
圖3為錐蓋結(jié)構(gòu)示意圖(主視)； 圖4為錐蓋結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)； 圖5為墊網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)； 圖6為墊片結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)； 圖7為底蓋結(jié)構(gòu)示意圖(主視)； 圖8為底蓋結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。 其中
l一進/出液口； 2—錐蓋； 3—液體腔；
4—分隔膜； 5—氣體腔； 6—墊網(wǎng)；
7—墊片； 8—螺栓； 9一壓膜圈；
IO—密封圈； ll一底蓋； 12—進/出氣口；
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施示例對本發(fā)明進一步說明 一、各部件的結(jié)構(gòu)
1、 分隔膜4
如圖1和圖2所示分隔膜4置于錐蓋2和底蓋11之間，由壓膜圈9固定 在錐蓋2下表面，由密封圈10夾緊在錐蓋2和底蓋11之間，容器內(nèi)分隔膜4 上方為液體腔3、下方為氣體腔5。分隔膜4將容器分隔成兩個腔液體腔3和 氣體腔5;隨著氣液體積比的變化，分隔膜4在容器內(nèi)的形狀也在不斷變化；氣 體腔5內(nèi)氣體體積增大時，分隔膜4會向液體腔3膨脹鼓起；氣體體積減小時會
收縮。分隔膜4為一種高彈性、超薄、不易破裂的圓形薄膜；薄膜材質(zhì)可為天 然橡膠、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等。
2、 錐蓋2
根據(jù)圖l、圖3和圖4可知進/出液口 l設(shè)在錐蓋2的上端，試驗系統(tǒng)中 液體就是通過進/出液口 1注入或排出液體腔3，從而改變液體腔3內(nèi)液體的體
積。錐蓋2是一種采用通用壓力容器形成方法制作成的容器；
3、 墊網(wǎng)6
如圖l、圖5和圖8所示墊網(wǎng)6設(shè)置在分隔膜4和墊片7之間，可有效防 止分隔膜4和墊片7緊密接觸，從而避免分隔膜4中心孔洞。墊網(wǎng)6是一種防腐、
防銹、防菌、性質(zhì)穩(wěn)定的致密網(wǎng)；墊網(wǎng)材質(zhì)可為不銹鋼等。
4、 墊片7
如圖1和圖6所示墊片7設(shè)置在底蓋11中心凹槽內(nèi)，當(dāng)分隔膜4收縮時， 可緩沖分隔膜4不被吸入進/出氣口 12,有效保護分隔膜4不會破裂或中心孔洞。 墊片7是一種防腐、防銹、防菌、性質(zhì)穩(wěn)定的高精度多孔燒結(jié)薄片；墊片材質(zhì)可 為不銹鋼等。5、 底蓋11
根據(jù)圖1、圖7禾P圖8可知進/出氣口 12設(shè)在底蓋11的下端，試驗系統(tǒng) 中氣體就是通過進/出氣口 12注入或排出氣體腔5，從而改變氣體腔內(nèi)5氣體的 體積。底蓋11是一種采用通用壓力容器形成方法制作成的蓋板。
6、 壓膜圈9
如圖1和圖3所示壓膜圈9嵌置于錐蓋2裙邊的凹槽內(nèi)；用于壓住分隔膜 4的邊緣，將其固定在錐蓋2的底面上。壓膜圈9為通用高彈性密封件。
7、 密封圈10
如圖l、圖7和圖8所示密封圈10嵌置于底蓋11上表面的凹槽內(nèi)；用于
夾緊分隔膜4，密封液體腔3和氣體腔5，同時密封整個容器。密封圈10為通用 高彈性密封件。
8、 螺栓8
如圖l所示螺栓8為常用件，連接錐蓋2和底蓋11，用于緊固密封整個容器。
二、 使用方法
1、 整個容器抽真空后，通過進/出液口 l吸入液體(如水)至液體腔3內(nèi)， 使整個容器飽水；然后對整個容器施加一初始壓力，放置一段時間，使液體腔3
內(nèi)殘余的氣體溶解于液體(如水)。
2、 整個容器施加初始壓力飽水溶解殘余氣體后，通過進/出氣口 12注入氣 體(如氮氣)至氣體腔5內(nèi)，根據(jù)被測試件材質(zhì)，注入適當(dāng)體積。
3、 注入氣體時，氣體腔5體積增大，分隔膜4膨脹鼓起，液體腔3體積減 小，部分液體通過進/出液口 1排出容器；量測排出液體的質(zhì)量可換算出初始注 入氣體的體積；由于整個容器的容積為一定值，知道初始氣體體積，也就可換算 出初始液體體積。
三、 容器內(nèi)流體綜合容水量的計量 流體容水量計量公式為
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中
Cs—流體綜合壓縮系數(shù)； C.—液體壓縮系數(shù)；
c;一氣體壓縮系數(shù)；
Vs—容器體積； 叭一液體體積； VB—氣體體積。
新型變?nèi)萑萜鞯娜莘e可通過飽水稱重來換算，再通過注氣排液，量測排出液 體的質(zhì)量，即可換算出初始氣體的體積Vk.，從而可分別計算得到容器內(nèi)初始液體
和初始氣體的體積，分別為v 和vs;液體和氣體的壓縮系數(shù)a和Cg目前有現(xiàn)
成可靠的數(shù)據(jù)可用；此時，將各數(shù)據(jù)代入以上公式可得到容器內(nèi)流體綜合壓縮系 數(shù)C.,。由此可見，通過調(diào)節(jié)容器內(nèi)氣體體積的大小，就可以改變?nèi)萜鲀?nèi)流體綜合 壓縮性大小。
權(quán)利要求
1、一種變?nèi)萑萜鳎ㄟM/出液口(1)、液體腔(3)、分隔膜(4)、氣體腔(5)、墊網(wǎng)(6)和進/出氣口(12)，其特征在于從上到下，錐蓋(2)和底蓋(11)通過螺栓(8)連接；壓膜圈(9)將分隔膜(4)的邊緣壓進錐蓋(2)裙邊凹槽內(nèi)；密封圈(10)嵌置在底蓋(11)上中心外緣凹槽內(nèi)；密封圈(10)壓緊分隔膜(4)緊貼在錐蓋(2)裙邊上；分隔膜(4)將容器內(nèi)分隔成液體腔(3)和氣體腔(5)；錐蓋(2)的頂部設(shè)置有進/出液口(1)；底蓋(11)上中心凹槽內(nèi)嵌置墊片(7)，中心表面粘貼墊網(wǎng)(6)，中心外緣凹槽內(nèi)嵌置密封圈(10)，底蓋(11)下面設(shè)置有進/出氣口(12)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變?nèi)萑萜?，其特征在于錐蓋(2)為圓錐形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變?nèi)萑萜鳎涮卣髟谟诜指裟?4)為一種 圓形薄膜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變?nèi)萑萜鳎涮卣髟谟趬|片(7)為一種多孔材料燒結(jié)制成的薄片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變?nèi)萑萜?，其特征在于所述的墊網(wǎng)(6)設(shè) 置在分隔膜(4)和墊片(7)之間，墊片(7)設(shè)在底蓋(11)中心凹槽內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變?nèi)萑萜鳎ㄟM/出液口、液體腔、分隔膜、氣體腔、墊網(wǎng)和進/出氣口，從上到下，錐蓋和底蓋通過螺栓連接；壓膜圈將分隔膜的邊緣壓進錐蓋裙邊凹槽內(nèi)；密封圈嵌置在底蓋上中心外緣凹槽內(nèi)；密封圈壓緊分隔膜緊貼在錐蓋裙邊上；分隔膜將容器內(nèi)分隔成液體腔和氣體腔；錐蓋的頂部設(shè)置有進/出液口；底蓋上中心凹槽內(nèi)嵌置墊片，中心表面粘貼墊網(wǎng)，中心外緣凹槽內(nèi)嵌置密封圈，底蓋下面設(shè)置有進/出氣口。本發(fā)明操作簡單、裝置穩(wěn)定、測量結(jié)果可靠，從而可以擴大了測量范圍，加快了實驗速度，提高了實驗精度。
文檔編號G01N15/08GK101382480SQ20081019712
公開日2009年3月11日 申請日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者李小春, 穎 王, 寧 魏 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所