[发明专利]率定平台温压交替控制系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种率定平台温压交替控制系统及其控制方法，应用于深部原位保真取芯“五保”能力率定平台，其中率定平台温压交替控制系统通过在模拟舱体与管道内的诸多个监测点上安装温压传感器，通过数据自动采集系统与计算机技术，在保证高温高压管道安全的同时，为深部原位高温高压环境模拟舱提供了可靠的温压控制系统，能够为深地原位岩体力学及深地科学前沿探索提供基础预研条件；率定平台温压交替控制方法在舱体进行加温加压工作时，充分考虑压力‑温度‑孔压耦合关系，提出了“五保”能力率定环境预设实施方案构想，可平稳实现率定环境预设与控制。

技术领域

本发明属于原位环境实验技术领域，具体涉及一种率定平台温压交替控制系统及其控制方法的设计。

背景技术

向地球深部进军是近期和未来我国科技创新的重要方向。目前，地球浅部矿产资源已逐渐枯竭，资源开发不断走向地球深部，煤炭开采深度已达1500m，地热开采深度超过3000m，金属矿开采深度超过4350m，油气资源开采深度达7500m，深部资源开采已成为常态。

探明深部岩石特性，为深部进军提供强有力的支持，就必须在实际工程的深部原位保真取芯工作前，先在实验室中还原深部环境，并测试取芯系统的可靠性。而目前针对还原原位环境实验的温压控制装置，基本停留在浅部岩石力学实验阶段，甚至是常温常压阶段；同时，很少考虑应力-温度-渗透压三场耦合的情况，可能在试样内部各点未达到均匀时就开始了钻芯或力学实验，这样做会导致较大的偏差，无法正确还原岩石的原位环境，得出的实验结论或者取出的岩芯与实际情况有所误差。

在深地环境中，与浅部最明显的区别就是其高温高压的环境，其温压环境可以达到100℃与100MPa以上，为了研究深部原位取芯，必须了解深部原位温压情况下的各种性质。在一些模拟取芯或者原位实验中，温压的加载路径十分重要，特别是在深地中100+℃与100+MPa级别的温压环境，若温压加载路径不一致，会导致水体气化，对整个实验系统造成巨大扰动。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有针对还原原位环境实验的温压控制装置基本停留在浅部岩石力学实验阶段，无法正确还原岩石的原位环境，得出的实验结论或者取出的岩芯与实际情况有所误差的问题，提出了一种率定平台温压交替控制系统及其控制方法，在保证流体在施加温压环境过程中不至发生相变的同时，能够保持温压施加过程平稳，防止因温压耦合效应致使温压环境超出单项控制极限。

本发明的技术方案为：率定平台温压交替控制系统，包括分别与模拟舱连接的压力控制子系统和温度控制子系统，压力控制子系统和温度控制子系统共用主控计算机；压力控制子系统包括位于模拟舱体底部的底部油缸以及分别与主控计算机通信连接的渗透压控制模块、孔隙压力控制模块和围压控制模块，围压控制模块设置于模拟舱体底部，渗透压控制模块和孔隙压力控制模块均设置于模拟舱体上，底部油缸内设置有第一超高压伺服推力油源，用于为围压控制模块提供推力；温度控制子系统包括分别与主控计算机通信连接的模拟舱内温度控制模块和模拟舱外壁温度控制模块，模拟舱内温度控制模块与模拟舱体连接，模拟舱外壁温度控制模块设置于模拟舱体外壁。

进一步地，渗透压控制模块包括第一流量控制器、第一隔离器和第一PLC控制器；第一流量控制器通过第一PLC控制器与主控计算机连接，第一隔离器与第一流量控制器连接；第一流量控制器和第一隔离器的进出口均设置有第一液控单向阀和第一压力监测单元；第一隔离器的出口处设置有第一泥沙过滤单元和冷却控制单元；冷却控制单元处设置有温度采集模块，温度采集模块设置于模拟舱体上，主控计算机、第一流量控制器、第一隔离器、第一PLC控制器、第一液控单向阀和第一压力监测单元为闭环控制；第一流量控制器包括第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源，第一液控单向阀和第一压力监测单元均分别位于第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源的进出口处，且第二超高压伺服推力油源和第三超高压伺服推力油源均与第一隔离器连接。