專利名稱：一種石油巖樣分析離心機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于石油巖樣分析技術領域，涉及一種石油巖樣分析離心機，特別涉及一種帶頻閃裝置和三棱鏡的石油巖樣分析離心機。
背景技術：
石油資源在國計民生中占有極其重要的位置，是社會發(fā)展和人類生存不可缺少的資源。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展、人口的增長和人民生活水平的提高，能源短缺已成為世界性問題，能源安全受到越來越多國家的重視。目前，在油田勘探和開發(fā)中，提別是在油田的二次采油和三次采油時，必須要對取樣的巖樣進行分析才能提供理論依據，而在巖樣分析中，最重要的巖樣分析項目之一就是測量巖樣的毛管壓力數據。當互不相溶的兩相流體在巖石孔隙內互相接觸時，流體之間分界面上兩側流體的壓力是不相等的，其壓力差就定義為毛管壓力。測定巖樣毛管壓力曲線所依靠的方法主要是:壓汞法、隔板法、離心機法。其中離心測量方法:將一圓柱狀的小巖樣洗凈烘干后，抽真空使巖樣飽和鹽水，稱重確定其飽和鹽水的重量，然后把飽和鹽水后的巖樣置于特制的離心機盒內(巖樣盒)，巖樣浸入油相中。巖樣盒在離心力的作用下，巖樣中的水被油驅替出來，等量(等體積)的油進入巖樣中，按轉速從低到高，測量并記錄各個轉速下的巖樣排出的水量。當再提高離心機的轉速時，巖樣排出的水量基本上不變?yōu)橹梗瑢嶒灉y量結果可以獲得一系列的離心機轉速及其對應的巖樣排出的水量，按此就可以測量出巖樣的毛管壓力曲線。巖樣的離心試驗采用的最佳形式是離心機，現有的大部分離心機在做巖石毛管壓力曲線的測定時必須每隔一段時間，停止離心機后，再觀測從巖樣排出的流體容量。這種做法不僅效率較低，而且誤差較大。已有的帶頻閃裝置的石油離心機體積較大，操作也不方便。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述現有技術的不足，提供一種帶頻閃裝置和三棱鏡的石油巖樣分析離心機。該石油巖樣分析離心機的高度相對較小，使操作更加便利，而且可以實現連續(xù)監(jiān)測從巖樣排出的流體容量，測出巖樣的毛管壓力曲線。為實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下。一種石油巖樣分析離心機，包括旋轉支承系統(tǒng)、真空保護系統(tǒng)、光路系統(tǒng)、計算機自動測控系統(tǒng)和計算機自動計量系統(tǒng)。所述旋轉支承系統(tǒng)包括離心機轉子、柔性軸、變速箱和變頻電機，所述離心機轉子包括轉頭和若干個安裝在離心轉子上的離心杯，所述柔性軸的兩端分別與所述轉頭和所述變速箱的齒軸孔相連接，所述變頻電機產生的動力一次通過所述變速箱和所述柔性軸傳遞到所述轉頭；所述真空保護系統(tǒng)包括離心腔和與離心腔相連的真空泵，所述離心機轉子設置于所述離心腔內，所述離心腔密封，且底部和頂部分別設置有底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)；所述光路系統(tǒng)包括安裝在底部透光區(qū)下方的頻閃燈、安裝在頂部透光區(qū)上方的三棱鏡和與三棱鏡配合設置的攝像裝置；所述計算機自動測控系統(tǒng)與所述攝像裝置連接。進一步地，所述計算機自動控制系統(tǒng)包括與攝像裝置連接的DSP和實現操控的上位機(計算機或電腦)。進一步地，所述轉頭上對稱設置有4個安裝孔，每個安裝孔內分別固定安裝有離心杯。進一步地，所述轉頭和所述離心杯通過螺紋連接。進一步地，所述離心杯上設置有液面透光槽，所述液面透光槽分別與底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)對應。進一步地，所述離心杯的內部設有集液杯和巖樣套，所述集液杯設置在所述離心杯的后端，所述液面透光槽設置在集液杯處，所述巖樣套設置在所述離心杯的前端，所述集液杯和所述巖樣套的連接處設有密封圈，且所述集液杯和所述巖樣套相連通。進一步地，所述離心杯的內部設有集液杯和巖樣套，所述集液杯設置在所述離心杯的前端，所述液面透光槽設置在集液杯處，所述集液杯的前端設有注液孔和密封塞，所述巖樣套設置在所述離心杯的后端，所述集液杯和所述巖樣套的連接處設有密封圈。進一步地，所述底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)為石英玻璃，所述底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)的長度和所述三棱鏡的入射面長度與所述離心杯的長度相等。進一步地，所述真空泵為旋片式真空泵。由于采用以上技術方案，本發(fā)明的有益效果是:第一，本發(fā)明能夠連續(xù)監(jiān)測集液杯中油-水分界面的變化，通過計算機自動計算出巖樣排出的水量或油量，就此測出巖樣的毛管壓力曲線；第二，本發(fā)明的石油巖樣分析離心機采用三棱鏡可以改變光線方向，從而避免了攝像機放置在正上方，減小機器的高度，使機器體積減少，節(jié)約空間，且使操作更加便利，機器更加穩(wěn)固。


圖1為本發(fā)明石油巖樣分析離心機的整體結構示意圖。圖2為本發(fā)明石油巖樣分析離心機的轉子結構示意圖。圖3為本發(fā)明石油巖樣分析離心機的油驅水離心杯的結構示意圖。圖4為本發(fā)明石油巖樣分析離心機的水驅油離心杯的結構示意圖。圖5為本發(fā)明石油巖樣分析離心機的光路系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式為充分公開的目的，以下將結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。應當理解，以下所述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明的石油巖樣分析離心機如圖1所示，包括旋轉支承系統(tǒng)、真空保護系統(tǒng)、光路系統(tǒng)、計算機自動測控系統(tǒng)和電氣控制箱18。所述旋轉支承系統(tǒng)包括離心機轉子14、柔性軸、變速箱15和變頻電機，離心機轉子14包括轉頭和若干個安裝在離心轉子上的離心杯，所述柔性軸的兩端分別與所述轉頭和變速箱15的齒軸孔相連接，所述變頻電機產生的動力通過所述柔性軸和變速箱15傳遞到所述轉頭，帶動轉頭旋轉。柔性軸超臨界運行，穩(wěn)定性好、噪聲小。變速箱15的齒軸上可裝有高速滾珠軸承和阻尼，使得旋轉支承系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。所述真空保護系統(tǒng)包括密封的離心腔13和為離心腔13抽真空的真空泵17，離心機轉子14設置于離心腔13內，所述離心腔13的底部和頂部分別設置有底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)。所述光路系統(tǒng)包括安裝在底部透光區(qū)(優(yōu)選為石英玻璃)下方的頻閃燈、三棱鏡12和攝像裝置11，所述三棱鏡12設置在頂部透光區(qū)上方，攝像裝置11與三棱鏡配合設置，接收三棱鏡的全反射光。所述計算機自動測控系統(tǒng)與攝像裝置11連接，包括與攝像裝置11連接的DSP和實現操控的上位機，通訊端口優(yōu)選為RS232。圖2為本發(fā)明石油巖樣分析離心機的轉子結構示意圖，如圖2所示，離心機轉子包括轉頭21和4個安裝在離心轉子上的離心杯24。轉頭21上對稱設置有4個安裝孔，每個安裝孔內分別固定安裝有離心杯21，離心杯21上設有液面透光槽22。轉頭21和離心杯24可由鈦合金材料制成，作為優(yōu)選，轉頭21和4個離心杯24用螺紋連接。本發(fā)明石油巖樣分析離心機的離心杯包括油驅水離心杯和水驅油離心杯，油驅水離心杯如圖3所示，油驅水離心杯35的內部設有集液杯32和巖樣套36，集液杯32設置在離心杯35的后端，液面透光槽34設置在集液杯32處，巖樣套36設置在油驅水離心杯35的前端，集液杯32和巖樣套36的連接處設有密封圈31，密封圈31優(yōu)選為兩個，且所述集液杯和所述巖樣套相連通。使用時，在巖樣套36內放入尺寸相匹配的已處理過的孔隙中浸滿飽和鹽水的巖樣37，集液杯32內注滿油33。油驅水離心杯35在離心機驅動下旋轉，在離心力的作用下，由于水的密度比油大，巖樣37孔隙中的鹽水流入集液杯32，集液杯32中的油33進入巖樣37的空隙中，在集液杯32中會出現油-水分界面。水驅油離心杯如圖4所示，水驅油離心杯43的內部設有集液杯41和巖樣套45，集液杯41設置在水驅油離心杯43的前端，所述液面透光槽46設置在集液杯41處，集液杯41的前端設有注液孔47和密封塞48，設置注液孔47的目的在于方便往集液杯41中注液，巖樣套45設置在水驅油離心杯43的后端，集液杯41和巖樣套45的連接處設有密封圈42，密封圈優(yōu)選為兩個。使用水驅油離心杯時，巖樣套45內放入尺寸相匹配的巖樣44，集液杯41內注滿水。離心機驅動旋轉，在離心力的作用下，由于水的密度比油大，集液杯41中的水進入巖樣44的空隙中，巖樣44孔隙中的油流入集液杯41，在集液杯41中會出現油-水分界面。本發(fā)明石油巖樣分析離心機的真空保護系統(tǒng)，如圖1所示，主要由離心腔13和與離心腔相連的真空泵17組成。離心機工作時轉子高速旋轉，為了安全設置了具有厚裝甲的離心腔。為了使離心機轉子14在低阻力下運行，將離心機轉子14置于真空狀態(tài)的離心腔13 (通過真空泵進行抽真空實現離心腔的真空狀態(tài))中。離心腔13的上部和下部均設有密封圈，且離心腔13的底部和頂部分別設置有底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)，變速箱15連接轉頭的轉軸上裝有動密封，由真空泵獲得真空，真空泵優(yōu)選為旋片式真空泵。真空泵與離心腔連通的管路中設有保護用的電磁閥、真空表和系統(tǒng)放氣用的電磁放氣閥。本發(fā)明石油巖樣分析離心機的光路系統(tǒng)如圖5所示，包括安裝在底部透光區(qū)58下方的頻閃燈57、安裝在頂部透光區(qū)53上方的三棱鏡51和與三棱鏡51配合設置的攝像裝置，頻閃燈57通過耦合和整步使頻閃燈光與轉子旋轉同步，并分辨出巖樣編號。如圖5中箭頭指示所示，同步光依次通過離心腔底部56的底部透光區(qū)58、離心杯55的液面透光槽、離心杯55內部的集液杯、離心腔頂部54處的頂部透光區(qū)53、后經三棱鏡51全反射后進入攝像裝置(圖中未示出)，攝像裝置采集到各個離心杯中的油-水界面及其位置。所述三棱鏡51通過三棱鏡固定架52設置于離心機的上部，三棱鏡固定架52設有透光卡槽59，方便閃光燈發(fā)出的光透過。底部透光區(qū)58和頂部透光區(qū)53優(yōu)選為石英玻璃，底部透光區(qū)58和頂部透光區(qū)53的長度、三棱鏡51的入射面長度和離心杯55的長度相等，這樣即使水驅油和油驅水的離心杯中集液杯的位置不同，也能滿足拍攝油-水界面位置的要求，達到通用的目的。本發(fā)明石油巖樣分析離心機的計算機自動測控系統(tǒng)，由與攝像裝置連接的DSP和一臺電腦以上下位機形式完成，通訊端口采用RS232。計算機自動測控系統(tǒng)實現如下功能:一是開機、停機及相關條件的程序控制；二是電機速度、頻閃的速度和時間等機器運行參數的設定和控制。本發(fā)明石油巖樣分析離心機的軟件所實現的功能主要有四個方面:控制功能、設定功能、參數設置和計算功能?？刂乒δ馨刂齐x心腔倉門的開啟與關閉、控制真空泵起停、控制變頻電機起停、控制頻閃燈開關。設定功能主要是設定變頻電機的轉速。參數設置包括巖樣外旋轉半徑設置、兩相流體密度差設置、飽和地層流體體積設置、巖樣長度設置、毛細管直徑設置。計算功能，通過圖像計算油或水的體積，自動計算毛管壓力曲線，并把數據存入數據庫。本發(fā)明石油巖樣分析離心機的具體操作步驟為:I)把按照要求制備的巖樣分別放入離心杯內，將離心杯裝到離心腔內的轉頭的對
應位置。2)關閉離心腔艙門，點擊真空泵開鍵，真空泵開始工作使離心腔處于真空狀態(tài)。3)通過計算機(上位機)打開軟件的設置頁面將相關參數填入。4)按照實驗方案將第一數據點的速度填入速度窗口中。5)點擊電機開啟鍵，設備將逐步把速度加至第一數據點的速度。6)點擊開啟頻閃燈，當每個所述離心杯旋轉到離心腔底部的底部透光區(qū)的正上方且與底部透光區(qū)平行時，所述頻閃燈發(fā)出同步光，頻閃燈發(fā)出的同步光依次通過底部透光區(qū)、離心杯的透光槽、集液杯、頂部透光區(qū)，后經三棱鏡全反射后進入攝像裝置。7)依次選擇巖樣，此時由于高速頻閃燈的作用，軟件的圖象區(qū)會依次出現四個離心腔內在此速度下的油-水的界面圖像，用鼠標拖動左右兩條光標線分別置于油-水的界面圖像的左右端，然后點擊保存，軟件將自動計算體積，并將其和此時的速度值存入數據庫。在水驅油實驗中，光標線應置于油的左右兩邊界，通過軟件計算并記錄出油的體積。在油驅水實驗中，光標線應置于水的左右兩邊界，通過軟件計算并記錄出水的體積。巖樣依次測量保存完畢，第一數據點測量完成。8)按照實驗方案將第二數據點的速度填入速度窗口中。9)點擊電機開啟鍵，設備將逐步把速度加至第二數據點的速度10)重復步驟7，完成第二數據點測量。11)重復第步驟8-10，直到全部數據點的數據采集完畢。12)點擊電機關閉鍵，設備將逐步減速至停止。13)點擊放氣。
14)點擊開啟艙門，取出巖樣。15)數據庫可以以表格形式輸出，也可以點擊文件中的曲線圖查看軟件生成的曲線圖。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種石油巖樣分析離心機，其特征在于，包括旋轉支承系統(tǒng)、真空保護系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和計算機自動測控系統(tǒng)，其中， 所述旋轉支承系統(tǒng)包括離心機轉子、柔性軸、變速箱和變頻電機，所述離心機轉子包括轉頭和若干個安裝在離心轉子上的離心杯，所述柔性軸的兩端分別與所述轉頭和所述變速箱的齒軸孔相連接，所述變頻電機產生的動力依次通過所述變速箱和所述柔性軸傳遞到所述轉頭； 所述真空保護系統(tǒng)包括離心腔和與離心腔相連的真空泵，所述離心機轉子設置于所述離心腔內，所述離心腔密封，且底部和頂部分別設置有底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)； 所述光路系統(tǒng)包括安裝在所述底部透光區(qū)下方的頻閃燈、安裝在頂部透光區(qū)上方的三棱鏡和與三棱鏡配合設置的攝像裝置； 所述計算機自動測控系統(tǒng)與所述攝像裝置連接。
2.根據權利要求1所述的石油巖樣分析離心機，其特征在于，所述計算機自動測控系統(tǒng)包括與攝像裝置連接的DSP和實現操控的上位機。
3.根據權利要求1所述的石油巖樣分析離心機，其特征在于，所述轉頭上對稱設置有4個安裝孔，每個安裝孔內分別固定安裝有離心杯。
4.根據權利要求3所述的石油巖樣分析離心機，其特征在于，所述轉頭和所述離心杯通過螺紋連接。
5.根據權利要求4所述的石油巖樣分析離心機，其特征在于，所述離心杯上設置有液面透光槽，所述液面透光槽分別與底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)對應。
6.根據權利要求4所述的石油巖樣分析離心機，其特征在于，所述離心杯的內部設有集液杯和巖樣套，所述集液杯設置在所述離心杯的后端，所述液面透光槽設置在集液杯處，所述巖樣套設置在所述離心杯的前端，所述集液杯和所述巖樣套的連接處設有密封圈，且所述集液杯和所述巖樣套相連通。
7.根據權利要求4所述的石油巖樣分析離心機，其特征在于，所述離心杯的內部設有集液杯和巖樣套，所述集液杯設置在所述離心杯的前端，所述液面透光槽設置在集液杯處，所述集液杯的前端設有注液孔和密封塞，所述巖樣套設置在所述離心杯的后端，所述集液杯和所述巖樣套的連接處設有密封圈。
8.根據權利要求1所述的石油巖樣分析離心機，其特征在于，所述底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)為石英玻璃，所述底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)的長度和所述三棱鏡的入射面長度與所述離心杯的長度相等。
9.根據權利要求6所述的石油巖樣分析離心機，其特征在于，所述真空泵為旋片式真空泵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種石油巖樣分析離心機，包括旋轉支承系統(tǒng)、真空保護系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和計算機自動測控系統(tǒng)。所述光路系統(tǒng)包括頻閃燈、底部透光區(qū)、離心杯的透光槽、集液杯、頂部透光區(qū)和三棱鏡。所述底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)為石英玻璃，所述底部透光區(qū)和頂部透光區(qū)的離心腔下部和離心腔艙門的石英玻璃的長度、和所述三棱鏡的厚度入射面長度均與所述離心杯的高度長度相等。本發(fā)明的石油巖樣分析離心機，能夠連續(xù)監(jiān)測集液杯中油-水分界面的變化，計算出巖樣排出的水量或油量，就此測出巖樣的毛管壓力曲線。
文檔編號B04B5/12GK103191836SQ201310123350
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權日2013年4月10日
發(fā)明者宋衛(wèi)國, 蔡建林 申請人:太倉金旋實驗設備有限公司