阅读说明：本技术 一种深部原位环境高温高压模拟舱 (Deep in-situ environment high-temperature and high-pressure simulation cabin ) 是由 张泽天 谢和平 张茹 任利 陈领 高明忠 张志龙 李怡航 杨阳 李佳南 黄伟 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种深部原位环境高温高压模拟舱,其包括试样保真腔,试样保真腔的下端设置有底部油缸,底部油缸的下端设置在底座上,底部油缸内的活塞杆伸入试样保真内,且活塞杆的上端设置有岩样座,试样保真腔的上端设置有岩样盖,试样保真腔的顶部通过保真腔端盖封装,保真腔端盖的上端设置有若干节取芯钻机腔,最上端的取芯钻机腔与提升油缸连接,若干节取芯钻机腔内设置有取芯钻机,取芯钻机穿过中部端盖伸入试样保真腔内。本方案通过模拟深部岩石的赋存环境特征,将岩样放置在试样保真腔内,通过向岩样施加相应的压力和高温,模拟出地层某一深度所处赋存的环境特征,并能根据地层深度的不同进行调节和长期保持。(The invention discloses a high-temperature and high-pressure simulation cabin for a deep in-situ environment, which comprises a sample fidelity cavity, wherein a bottom oil cylinder is arranged at the lower end of the sample fidelity cavity, the lower end of the bottom oil cylinder is arranged on a base, a piston rod in the bottom oil cylinder extends into sample fidelity, a rock sample seat is arranged at the upper end of the piston rod, a rock sample cover is arranged at the upper end of the sample fidelity cavity, the top of the sample fidelity cavity is packaged through a fidelity cavity end cover, a plurality of sections of core drilling machine cavities are arranged at the upper end of the fidelity cavity end cover, the uppermost core drilling machine cavity is connected with a lifting oil cylinder, a core drilling machine is arranged in the plurality of sections of core drilling machine cavities, and the core drilling machine penetrates through a middle end cover and extends into the sample fidelity cavity. According to the scheme, the occurrence environmental characteristics of deep rocks are simulated, the rock sample is placed in the sample fidelity cavity, corresponding pressure and high temperature are applied to the rock sample, the occurrence environmental characteristics of a certain depth of a stratum are simulated, and the rock sample can be adjusted and maintained for a long time according to the difference of the depth of the stratum.)

一种深部原位环境高温高压模拟舱

技术领域

本发明涉及深部原位取芯技术领域，具体涉及一种深部原位环境高温高压模拟舱。

背景技术

与欧美国家资源普遍埋深小于2000m不同，我国70％以上的资源埋深超过2000m且浅部资源已经枯竭，并以每年超过10m的速度向深部延伸。油气资源开采深度已经达到8418m，我国石油对外依存度高达67％(2017年)，已远超国际公认的能源安全警戒线(50％)。

在整套深部原位取芯系统应用于现场科学钻探前，需要事先在室内开展实验模拟以有效验证设备的可行性和进行相关参数的校准。如何在地上模拟出地下深部原位的岩石的特征，实现科学钻探前的参数研究和钻探设备的参数调试，目前这方面技术国内外仍处于空白，需要设计出一种深部原位环境高温高压模拟舱，来模拟地下深部的环境。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种结构稳定的深部原位环境高温高压模拟舱。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种深部原位环境高温高压模拟舱，其包括试样保真腔，试样保真腔的下端设置有底部油缸，底部油缸的下端设置在底座上，底部油缸内的活塞杆伸入试样保真腔内，且活塞杆的上端设置有岩样座，试样保真腔的上端设置有岩样盖，试样保真腔的顶部通过保真腔端盖封装，保真腔端盖的上端设置有若干节取芯钻机腔，最上端的取芯钻机腔与提升油缸连接，若干节取芯钻机腔内设置有取芯钻机，取芯钻机穿过中部端盖伸入试样保真内；提升油缸的上端通过上端盖密封，提升油缸内设置有提升杆，提升杆的下端设置有提升活塞，提升杆的下端与取芯钻机的上端固定连接，提升杆的上端贯穿上端盖。

进一步地，提升油缸的上端设置有放置上端盖的台阶，上端盖的下端插入提升油缸内，且上端盖的下端与台阶的侧面之间设置有密封圈，上端盖与提升油缸的上端通过C形卡扣卡接。

进一步地，取芯钻机的上端设置有膨胀部，膨胀部的上端设置有阶梯状的连接头，连接头的上端设置有连接腔，连接头插入连接腔的下端，提升杆的下端插入连接腔内。

进一步地，提升活塞的外圆周上设置有与提升油缸内壁配合的密封圈，密封圈套在提升活塞上的限位凹槽内。

进一步地，相邻两节取芯钻机腔的上端和下端、取芯钻机腔的上端与提升油缸的下端、中部端盖与试样保真腔之间均通过C形卡扣卡接。

进一步地，中部端盖的上端设置有安装面，取芯钻机腔的下端固定在安装面上，安装面的中部设置有伸入取芯钻机腔内的第一凸环，第一凸环侧侧面与取芯钻机腔的内壁之间设置有密封圈。

进一步地，中部端盖的下表面设置有环形凹槽，环形凹槽的中部设置有第二凸环，第二凸环伸入岩样盖上端开始的限位凹槽内，试样保真腔的上端设置有伸入环形凹槽内的第三凸环，第三凸环的侧面与环形凹槽的侧面之间设置有密封圈。

进一步地，底座的上端设置有凸台，凸台插入底部油缸内，活塞杆的下端设置有油缸活塞，油缸活塞与底部油缸的内壁之间、凸台与底部油缸的内壁之间均设置有密封圈。

进一步地，活塞杆的上端插入岩样座下端开设的插槽内，活塞杆与插槽过盈配合。

进一步地，试样保真腔内设置有若干声发射传感器、横向超声波传感器、纵向超声波传感器、温度传感器和变形监测传感器。

本发明的有益效果为：本方案通过模拟深部岩石的赋存环境特征，将岩样放置在试样保真腔内，通过向岩样施加相应的压力和高温，模拟出地层某一深度所处赋存的环境特征(原位压力、温度、孔压)，并能根据地层深度的不同进行调节和长期保持。通过提升油缸驱动取芯钻机对岩样进行取芯动作，模拟出地层下取芯钻机在对岩样进行取芯时的工况，在高温、高压环境中，取芯钻机取芯过程的变化情况。能做到保真取芯器在模拟试验舱中钻取保真岩芯室内实验模拟，确保深部原位取芯系统在应用于现场科学钻探前得到有效验证和校准，解决对探知深地环境、研究深部岩体力学行为造成不利的问题。

附图说明

图1为深部原位环境高温高压模拟舱的结构图。

图2为试样保真腔的结构图。

图3为提升油缸的结构图。

图4为取芯钻机与提升杆的连接结构图。

其中，1、上端盖，2、提升油缸，3、取芯钻机腔，4、中部端盖，5、试样保真腔，6、岩样座，7、底部油缸，8、活塞杆，9、底座，10、插槽，11、岩样盖，12、第二凸环，13、第三凸环，14、第一凸环，15、取芯钻机，16、提升杆，17、提升活塞，18、连接腔，19、膨胀部。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，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，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1至图4所示，本方案的深部原位环境高温高压模拟舱包括试样保真腔5，试样保真腔5的下端设置有底部油缸7，底部油缸7的下端设置在底座9上，底部油缸7内的活塞杆8伸入试样保真内，且活塞杆8的上端设置有岩样座6，试样保真腔5的上端设置有岩样盖11，岩样放置在岩样座6和岩样盖11之间，通过底部油缸7驱动岩样座6挤压岩样，施加压力，实现高压环境。

试样保真腔5的顶部通过保真腔端盖封装，保真腔端盖的上端设置有若干节取芯钻机腔3，最上端的取芯钻机腔3与提升油缸2连接，若干节取芯钻机腔3内设置有取芯钻机15，取芯钻机15穿过中部端盖4伸入试样保真内；提升油缸2的上端通过上端盖1密封，提升油缸2内设置有提升杆16，提升杆16的下端设置有提升活塞17，提升杆16的下端与取芯钻机15的上端固定连接，提升杆16的上端贯穿上端盖1。

提升油缸2的上端设置有放置上端盖1的台阶，上端盖1的下端插入提升油缸2内，且上端盖1的下端与台阶的侧面之间设置有密封圈，上端盖1与提升油缸2的上端通过C形卡扣卡接。通过上端盖1实现对提升油缸2的密封。

取芯钻机15的上端设置有膨胀部19，膨胀部19的上端设置有阶梯状的连接头，连接头的上端设置有连接腔18，连接头插入连接腔18的下端，提升杆16的下端插入连接腔18内。通过膨胀部19的设计，确保连接处的连接强度，同时，连接头与连接腔18的设计连接稳固。

提升活塞17的外圆周上设置有与提升油缸2内壁配合的密封圈，密封圈套在提升活塞17上的限位凹槽内。为保证提升油缸2和取芯钻机腔3的双向密封，即取芯钻机腔3内部的清水不能进入提升油缸2，提升油缸2内部的液压油不能进入取芯钻机腔3中，采用专有设计卡槽搭配氟橡胶O形圈和弧形挡圈的单向及双向密封结构(简称为“静密封圈”)，其中弧形挡圈的一侧加工成弧形，能够更好地和O形圈相适应，且在很高的脉动压力作用下保持其形状不变。

相邻两节取芯钻机腔3的上端和下端、取芯钻机腔3的上端与提升油缸2的下端、中部端盖4与试样保真腔5之间均通过C形卡扣卡接，实现快速拆装。

中部端盖4的上端设置有安装面，取芯钻机腔3的下端固定在安装面上，安装面的中部设置有伸入取芯钻机腔3内的第一凸环14，第一凸环14侧侧面与取芯钻机腔3的内壁之间设置有密封圈，在实现对试样保真腔5的密封的同时，确保了密封形，同时使取芯钻机腔3安装稳定。

中部端盖4的下表面设置有环形凹槽，环形凹槽的中部设置有第二凸环12，第二凸环12伸入岩样盖11上端开始的限位凹槽内，试样保真腔5的上端设置有伸入环形凹槽内的第三凸环13，第三凸环13的侧面与环形凹槽的侧面之间设置有密封圈。

底座9的上端设置有凸台，凸台插入底部油缸7内，活塞杆8的下端设置有油缸活塞，油缸活塞与底部油缸7的内壁之间、凸台与底部油缸7的内壁之间均设置有密封圈。

活塞杆8的上端插入岩样座6下端开设的插槽10内，活塞杆8与插槽10过盈配合，避免活塞杆8与岩样座6之间发生相对转动。试样保真腔5内设置有若干声发射传感器、横向超声波传感器、纵向超声波传感器和变形监测传感器。试样保真腔5可对模拟不同深度待钻岩样各项基本物理力学性质开展跟踪测试，可以初步实现了试验过程中深地原位应力、温度、孔压条件的假三轴模拟。

本方案通过模拟深部岩石的赋存环境特征，将岩样放置在试样保真腔5内，通过向岩样施加相应的压力和高温，模拟出地层某一深度所处赋存的环境特征(原位压力、温度、孔压)并能根据地层深度的不同进行调节和长期保持。通过提升油缸2驱动取芯钻机15对岩样进行取芯动作，模拟出地层下取芯钻机15在对岩样进行取芯时的工况，在高温、高压环境中，取芯钻机15取芯过程的变化情况。能做到保真取芯器在模拟试验舱中钻取保真岩芯室内实验模拟，确保深部原位取芯系统在应用于现场科学钻探前得到有效验证和校准，解决对探知深地环境、研究深部岩体力学行为造成不利的问题。