阅读说明：本技术 一种可实时确定活塞位置的中间容器 (Intermediate container capable of determining position of piston in real time ) 是由 郭平 周茹 田正坤 汪周华 刘煌 石磊 孙博文 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可实时确定活塞位置的中间容器,包括上端盖2、筒体8、活塞6、下端盖11、压敏元件5、转换元件3、计算机10和底部支架14,筒体8位于底部支架14上,筒体与上端盖、下端盖之间设置密封垫圈,活塞6位于筒体内,将筒体内分为互不连通的两个空间,样品置于上部空间,传动介质置于下部空间,上端盖中心位置设有样品出口阀1连接岩心夹持器,下端盖中心位置设有传动介质出口阀13连接驱替泵；压敏元件5和转换元件3组成电阻式压力传感器,计算机确定活塞在移动过程中的准确位置。本发明可实时确定中间容器的活塞位置,对于连续驱替需定量化确定样品注入量、提高实验稳定性、延长中间容器使用寿命具有重要意义。(The invention relates to an intermediate container capable of determining the position of a piston in real time, which comprises an upper end cover 2, a cylinder 8, a piston 6, a lower end cover 11, a pressure-sensitive element 5, a conversion element 3, a computer 10 and a bottom support 14, wherein the cylinder 8 is positioned on the bottom support 14, a sealing gasket is arranged between the cylinder and the upper end cover as well as between the cylinder and the lower end cover, the piston 6 is positioned in the cylinder and divides the interior of the cylinder into two spaces which are not communicated with each other, a sample is arranged in the upper space, a transmission medium is arranged in the lower space, a sample outlet valve 1 is arranged at the central position of the upper end cover and connected with a rock core holder, and a transmission medium outlet valve 13 is arranged at the central position of the lower end cover and connected with a displacement pump; the pressure sensitive element 5 and the conversion element 3 constitute a resistance type pressure sensor, and the computer determines the accurate position of the piston in the moving process. The method can determine the position of the piston of the intermediate container in real time, and has important significance for determining the sample injection amount quantitatively in continuous displacement, improving the experimental stability and prolonging the service life of the intermediate container.)

一种可实时确定活塞位置的中间容器

技术领域

本发明属于油气开采技术领域，涉及一种可实时确定活塞位置的中间容器。

背景技术

在油气开采领域中，岩心驱替实验是重要的物理模拟手段之一。通过岩心驱替实验，在微观上，可以模拟油、气、水分布规律以及微观驱替机理；在宏观上，可以对油气藏开采机理进行分析。研发具有优异性能的物理模拟装置，可有效提高物理模拟实验的稳定性、安全性以及精确性。中间容器是物理模拟装置的重要组成部分，主要由筒体、上端盖、下端盖、活塞、样品出口阀、传动介质进出口阀门、底部支架等部件组成。活塞可将筒体分隔为样品端和传动介质端，传动介质端与驱替泵连接，样品端与实验装置连接。其工作原理为：驱替泵将液压介质压入中间容器传动介质端驱动活塞，从而将中间容器样品端中的样品压入实验装置。目前常规中间容器在耐高温、耐高压、密封性等方面做了较大改进，为了保证耐温耐压性能，中间容器大多采用合金等高强度非透明材质，因此无法实时观测活塞的位置。虽然可通过加装蓝宝石可视窗对中间容器活塞进行观测，但蓝宝石可视窗对工艺要求和成本均较高。在进行物理模拟实验时，如果实验人员无法实时观测活塞的位置，就可能出现以下问题：（1）驱替实验需要多次进样时，需要达到特定驱替状态（如：水驱油实验，需要驱替至不再出油为止），每次进样用量不同，而且连接管线的长短也会影响中间容器中剩余的样品量，从而使得实验人员无法判断中间容器中剩余样品量是否满足下次进样量的要求，只能多次打开中间容器进行加样，这会对实验周期、稳定性及误差造成影响，同时中间容器反复拆装也会导致中间容器发生机械损伤，减少使用寿命；（2）在进行岩心驱替实验时，由于不能确定活塞位置，只能通过传感器显示压力骤增来判断样品是否用尽，压力骤增时，中间容器的活塞处于顶死容器端盖的状态，可能造成端盖损坏（蒋建勋. 防止活塞顶死容器盖的岩心驱替实验中间容器[P].中国专利: 201821268977.1, 2018.08.08）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实时确定活塞位置的中间容器，在保证中间容器耐高温、高压以及密封性的情况下，可实时确定中间容器的活塞位置，对于连续驱替需定量化确定样品注入量、提高实验稳定性、降低中间容器产生机械损伤、延长中间容器使用寿命具有重要意义。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种可实时确定活塞位置的中间容器，主要由上端盖、筒体、下端盖、密封垫圈、活塞、环状橡胶垫圈、样品出口阀、传动介质、传动介质进出口阀、电阻式压力传感器、计算机、底部支架组成。

所述筒体上下端面与上下端盖通过螺纹连接，上端盖、下端盖和筒体由不锈钢材料制成。

所述上端盖带有密封垫圈，在安装时密封垫圈置于筒体和上端盖之间，防止因密封不严样品从筒体内部与上端盖之间泄露。

同样地，下端盖也带有密封垫圈，在安装时密封垫圈置于筒体和下端盖之间，防止因密封不严传动介质从筒体内部与下端盖之间泄露。

所述活塞将筒体分为密闭的两部分，一端装实验样品，另一端装驱动介质，活塞可沿筒体轴向上下移动；所述活塞的中部开槽处设置环状橡胶垫圈，防止筒体上下两端窜液。

所述样品出口阀位于上端盖圆心开口处，可在驱替实验过程中控制样品流速。

相似地，传动介质进出口阀位于下端盖圆心开口处，在进行驱替实验和加样时控制传动介质的进出。

所述传动介质一般由液压油或者硅油组成，可视作刚性介质不具有压缩性。

所述电阻式压力传感器由压敏元件和转换元件组成，其工作原理为：压敏元件通过高温烧结于筒体的内壁，可直接感应活塞上下移动过程中对筒体内壁造成的压力变化，再通过转换元件将压力变化信号转化成电压信号，并由计算机采集。该电阻式压力传感器垂直均匀分布于筒体内壁对称两侧，分布间距为0.5cm。

所述压敏元件是由不锈钢基底、介质层、压敏电阻、导体、保护层组成的“三明治”结构。其工作原理为：利用溅射或微熔玻璃等方式将压敏电阻固结在弹性不锈钢基底上并通过导体连接组成惠斯通电桥，当外界压力作用于基底上时，基底发生微小形变导致压敏电阻的电阻值发生改变，导致惠斯通电桥改变引起输出的电信号发生变化，从而可精准探测中间容器活塞在移动过程中的位置变化。

所述介质层主要成分是陶瓷，又称绝缘层，因不锈钢基底是导体不能直接粘接压敏电阻和导体，需要印烧绝缘层。

所述压敏电阻通过导体连接成惠斯通电桥，在受到外界压力时电阻值发生变化，从而引起电信号的变化。

所述导体与压敏电阻兼容性好，与基底附着能力强，能保证电路的稳定性。

所述保护层有良好的密封性、绝缘性以及保护电阻的稳定性，并且耐温、耐压、抗腐蚀，因此可在高温、高压环境下工作。

所述的底部支架用于承托中间容器，具有一定的稳定性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明设计了一种可实时确定活塞位置的中间容器，通过引入压力传感器，能够精准确定中间容器活塞在筒体内部的位置；

（2）确定活塞位置可防止中间容器在高压环境下工作时对容器盖造成机械损伤，并提高实验的安全性和稳定性；

（3）本发明并未改变中间容器简单便捷的结构，提高该装置的实用性同时保证中间容器良好的密封性。

附图说明

图1为一种可实时确定活塞位置的中间容器结构示意图。

图中：1-样品出口阀；2-上端盖；3-转换元件；4、12-密封垫圈；5-压敏元件；6-活塞；7-环状橡胶垫圈；8-筒体；9-传动介质；10-计算机；11-下端盖；13-传动介质出口阀；14-底部支架。

具体实施方式

下面根据附图进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

一种可实时确定活塞位置的中间容器，包括上端盖2、筒体8、活塞6、环状橡胶垫圈7、下端盖11、压敏元件5、转换元件3、计算机10和底部支架14。

所述筒体8位于底部支架14上，筒体与上端盖2、下端盖11分别通过螺纹连接，筒体与上端盖、下端盖之间设置密封垫圈4、12，活塞6位于筒体内，活塞与筒体内壁之间有环状橡胶垫圈7，活塞将筒体内分为互不连通的两个空间，样品置于上部空间，传动介质置于下部空间，上端盖中心位置设有样品出口阀1连接岩心夹持器，在驱替过程中通过调节该阀控制样品进入岩心，下端盖中心位置设有传动介质出口阀13连接驱替泵，控制传动介质9进出筒体的下部空间。所述压敏元件5和转换元件3组成电阻式压力传感器，压敏元件通过高温烧结于筒体的内壁，直接感应活塞上下移动过程中对筒体内壁造成的压力变化，转换元件将压力变化信号转化成电压信号，并传输到计算机10，计算机确定活塞在移动过程中的准确位置。

所述压敏元件垂直均匀分布于筒体内壁对称两侧，分布间距为0.5cm。

当进行驱替实验时，活塞对筒体内壁的压敏元件产生一定的压力，当压敏元件承受外界的压力变化时产生压敏电阻效应导致电阻值发生变化，转换元件将电阻变化信号转换成电压信号输出，计算机采集到转换元件输出的电压信号即可确定活塞在移动过程中的准确位置。

由于确定加入中间容器的样品体积或者传动介质体积，根据活塞移动经过的筒体空间体积，进而可确定样品的剩余体积，从而进行连续定量化的岩心驱替实验。