[发明专利]一种模拟布井及原位注采的大型物理模型实验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟布井及原位注采的大型物理模型实验装置，其特征在于：包括物模本体单元、轴向压力加载单元、径向压力加载单元、高压注入单元、温度加载单元、监测单元和数据处理单元：

所述物模本体单元包括底座、釜体、前盖板、后盖板、盖板托架和导轨，所述釜体固定在底座中部，所述釜体内部为圆筒形腔体，两组所述导轨沿釜体的轴向且相互平行地安装在底座上，所述前盖板通过一盖板托架滑动安装在釜体一侧的导轨上，所述后盖板通过另一盖板托架滑动安装在釜体另一侧的导轨上，所述釜体的侧壁上的同一圆周上安装有多个承载光杆，所述承载光杆沿釜体的轴向设置，所述前盖板和所述后盖板的同一圆周上安装有螺母，所述前盖板和所述后盖板分别通过螺母与承载光杆紧固连接；

所述轴向压力加载单元包括充液桶、泵入装置A、加载模块和多通道协调同步加载控制模块，所述充液桶与泵入装置A的入口端连接，泵入装置A的出口端与六面加载模块连接，所述釜体的内壁上沿周向布设有四个加载模块，所述前盖板和所述后盖板上分别安装有一个加载模块，并最终形成六面加载模块，多通道协调同步加载控制模块分别与各加载模块控制连接，充液桶内的流体通过泵入装置A泵入六面加载模块，为岩样提供三轴压力，所述岩样放置入釜体内；

所述径向压力加载单元包括充液室和泵入装置B，充液室内的流体通过泵入装置B泵入釜体内部，为岩样提供径向压力；

所述高压注入单元包括管线、双作用高精度恒流恒压泵和高压监测系统，所述管线嵌入安装在流体注入管安装槽内，所述流体注入管安装槽设置于加载模块内，双作用高精度恒流恒压泵的输出端与管线的输入端连接，所述高压监测系统与双作用高精度恒流恒压泵控制连接；

所述温度加载单元包括温度控制系统和温度传感器，所述温度控制系统包括加热器和功率调节器，所述加热器安装在加载模块上，所述功率调节器与加热器控制连接，所述温度传感器预埋在岩样内，所述温度传感器与温度控制系统连接；

所述监测单元包括声发射监测系统和激光扫描系统；

所述数据处理单元包括电子计算机、配套的智能采控软件和数据处理软件，用于满足实验数据的实施记录以及数据处理储存。

2.根据权利要求1所述的一种模拟布井及原位注采的大型物理模型实验装置，其特征在于：所述盖板托架采用电动式移动托架，在导轨上安装有限位开关，当盖板托架移动到极限位置时，触发限位开关，盖板托架停止移动。

3.根据权利要求2所述的一种模拟布井及原位注采的大型物理模型实验装置，其特征在于：所述泵入装置A包括伺服电机、滚珠丝杠、伺服超高压缸、超高压换向阀、超高压油缸和超高压针阀，伺服电机的输出端与滚珠丝杠的一端连接，滚珠丝杠的另一端与伺服超高压缸的驱动端连接，充液桶与伺服超高压缸的进油端连接，伺服超高压缸的出油端与超高压换向阀的控制输入端通过管路连接，伺服超高压缸与超高压换向阀之间的管路上还安装有超高压针阀，超高压换向阀的控制输出端与超高压油缸的控制端连接，超高压油缸的执行端与加载模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种模拟布井及原位注采的大型物理模型实验装置，其特征在于：所述泵入装置B包括伺服电机、滚珠丝杠、电磁球阀和柱塞缸，伺服电机的输出端与滚珠丝杠的一端连接，滚珠丝杠的另一端与柱塞缸的驱动端连接，充液室与柱塞缸的进油端通过管路连接，充液室与柱塞缸的进油端之间的管路上安装有电磁球阀，柱塞缸的出油端与釜体内部连通。

5.根据权利要求4所述的一种模拟布井及原位注采的大型物理模型实验装置，其特征在于：所述高压监测系统包括定量泵、溢流阀、单向阀和电液伺服阀，所述定量泵的输出端与单向阀的入口端连接，所述单向阀的输出端与釜体内部连接，所述单向阀的入口处还安装有溢流阀。

6.根据权利要求5所述的一种模拟布井及原位注采的大型物理模型实验装置，其特征在于：所述加载模块包括缸体和至少一个加载动作器，所述加载动作器包括活塞、连接板以及加载板，所述缸体与活塞连接，所述活塞的输出端与连接板的一面通过球铰连接，连接板的另一面通过多根均布在连接板四周的拉簧连接有加载板，加载板与连接板之间镶嵌有轴承保持架，加载板与岩样接触。