申請號：201710056506.8
　　申請人：中國地質大學（北京）
　　發明人：王宏語 楊潤澤 范雪松

　　摘要： 一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，包括試驗臺、驅動電機和取芯電機，試驗臺上設置有試驗筒，試驗筒內壁上固定設有巖石柱定位結構和位于巖石柱周向定位結構上方的巖石柱軸向定位結構，試驗筒上端外側邊沿設置有安裝盤，安裝盤上表面設置有密封蓋，密封蓋上連接有注水管、放空管和計量管，試驗筒底部連接有排水管；驅動電機帶動取芯電機，取芯電機的主軸同軸向傳動連接有鉆筒。本發明還公開了一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置的模擬試驗方法，本發明通過模擬實現取芯過程，同時采集計量在取芯過程中破碎巖芯時巖芯所釋放的氣量，更加準確的解決頁巖氣層含氣性的問題，更加有利于頁巖氣層的評價。 　　主權利要求：1.一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，其特征在于：包括立柱，立柱上水平設置有試驗臺，試驗臺上固定設有呈圓筒形結構的試驗筒，試驗筒的中心線沿垂直方向設置，試驗筒內壁上固定設有巖石柱定位結構和位于巖石柱周向定位結構上方的巖石柱軸向定位結構，試驗筒上端外側邊沿水平設置有安裝盤，安裝盤上表面通過緊固螺栓可拆卸連接有將試驗筒密封的密封蓋，密封蓋下表面與安裝盤上表面之間第一密封圈，密封蓋上設有下端均與試驗筒內部連通的注水管、放空管和計量管；試驗臺下表面連接有與試驗筒內部連通的排水管，排水管上設有排水閥；安裝盤下表面固定設有兩個關于試驗筒中心線對稱的升降電機，每個升降電機的主軸均垂直向上穿過安裝盤并同軸向傳動連接有一根絲杠，每根絲杠上均螺紋連接有一個套筒，兩個套筒之間通過一塊安裝板連接，安裝板的中部上表面固定設有一個取芯電機，取芯電機的主軸垂直向下穿過安裝板并同軸向傳動連接有鉆筒，鉆筒下端圓周邊沿設置有齒狀的金剛石鉆削刃，鉆筒自上而下穿過密封蓋伸入到試驗筒內，密封蓋上設置有與鉆筒外壁密封配合的第二密封圈；安裝盤上表面沿垂直方向固定設有兩根關于試驗筒中心線對稱的導桿，安裝板上連接有分別對應滑動套設在一根導桿上的導向板。
　　2.根據權利要求1所述的一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，其特征在于：安裝盤上表面垂直設有沿試驗筒中心線圓形陣列布置的至少四根支桿，所有支桿上端連接有一個整體呈圓環形的水箱，絲杠和導桿均位于水箱的內側，注水管的進水口連接在水箱的底部，注水管上設置有注水閥；水箱上設置有真空泵、安裝盤上設有儲氣箱，儲氣箱上連接有壓力表，計量管的上端與儲氣箱連接，計量管上設置有計量球閥，放空管上設置有放空球閥；試驗臺上設置有用于控制升降電機、取芯電機以及真空泵啟閉及轉速的控制裝置。
　　3.根據權利要求2所述的一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，其特征在于：巖石柱定位結構設置有兩層，每層的巖石柱定位結構均包括四根沿試驗筒徑向設置的定位桿，四根定位桿沿試驗筒的中心線方向圓周陣列布置，每根定位桿的外端均固定設在試驗筒內壁上，每根定位桿內端均固定設有一塊弧形板，四塊弧形板的中心線與試驗筒的中心線重合。
　　4.根據權利要求3所述的一種頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置，其特征在于：巖石柱軸向定位結構包括定位環板和三塊固定板，定位環板的圓周外壁固定設有三塊連接板，三塊沿試驗筒中心線圓形陣列布置的固定板，固定板固定設在試驗筒內壁上，三塊連接板上分別對應與一塊固定板通過定位螺栓連接。
　　5.使用如權利要求4所述的頁巖巖樣取芯模擬試驗裝置的模擬試驗方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）先在實際工程地點制備巖石柱，巖石柱采用致密頁巖氣層最中心的部位，在氣體沒有逸出的情況下，對巖石柱進行密封處理，運送到實驗室內；（2）將制備好的巖石柱放入試驗筒中，采集的巖石柱的外徑等于或稍小于弧形板的內徑，上下兩層共8塊弧形板的內弧面與巖石柱外弧面貼合對巖石柱進行徑向限位，然后將定位環板放置到巖石柱上端，使用定位螺栓連接固定板和連接板，定位環板與巖石柱壓接配合，對巖石柱起軸向限位；（3）打開放空球閥及注水閥，關閉排水閥和計量球閥，水箱中的水在高度差作用下經注水管流入到試驗筒體中，隨著試驗筒內水面的升高，空氣由放空管排出，第一密封圈和第二密封圈起到避免漏氣和漏水的作用，當試驗筒體中排完空氣充滿水后，關閉放空球閥和注水閥；（4）保持計量球閥為關閉狀態，開啟真空泵，對儲氣箱進行抽真空處理，通過儲氣箱頂部連接的壓力表進行儲氣箱內部壓力顯示，待儲氣箱抽真空完成后打開計量球閥；（5）啟動取芯電機及兩個升降電機，兩個升降電機的轉速相同，升降電機帶動絲杠轉動，由于導向板套設在導桿上限定套筒隨絲杠轉動，隨著絲杠的轉動，套筒沿絲杠向下運動，兩個套筒之間的安裝板帶動取芯電機實現向下軸向進給運動，取芯電機帶動鉆筒旋轉，鉆筒下端的金剛石鉆削刃切割巖石柱進行取芯；（6）鉆筒在旋轉切割巖石柱的過程中，試驗筒內的水對剛石鉆削刃起到潤滑降溫作用，同時巖石柱內部破碎巖石會釋放氣體，所釋放氣體由于壓差作用進入儲氣箱內并通過壓力表顯示儲氣箱內氣體壓力變化，從而實現在取芯過程中對巖石柱所釋放的氣體進行收集及顯示；（7）通過儲氣箱固有體積及壓力表顯示的壓力換算得到采集氣體的體積；（8）打開排水閥，試驗筒內的水通過排水管排出，然后將切割分離的巖芯取出。