二氧化碳裂隙孔隙岩体测试流动仪

二氧化碳裂隙孔隙岩体测试流动仪

YCQ-2型二氧化碳裂隙孔隙岩体测试流动仪技术说明

一、仪器的功能

1.二氧化碳地质封存条件下的岩石裂隙注浆封堵实验。

2.普通二氧化碳气体的裂隙修复评价实验。

3.超临界二氧化碳的裂隙修复评价实验。

4.岩石裂隙孔隙的液测渗透率实验。

三、主要技术指标

岩心规格：直径50mm，长度100m 可垂直、水平放置

温度范围：室温～100℃

环压：≤50MPa

孔隙压力：≤20MPa

工作介质：二氧化碳、微生物

制冷量：2400kcal/h

电源：AC380V  6kW

四、设备组成

本设备主要由制冷系统、储罐、CO2高压注入泵、夹持器、恒温箱、微生物注入系统、环压回压系统、气液分离计量系统及相关辅助部件组成。

五、组成部件说明与指标

5-1、制冷系统

制冷系统将二氧化碳气体液化后，方便流体的高压注入。为了高压注入的稳定、可靠。制冷机组采用进口压缩机，运行稳定，其它制冷配件均选用国际产品。根据试验条件，控制系统自动调节制冷机运行工况、冷量大小，确保压缩机工作在合适状态，延长压缩机使用寿命。环保制冷剂R404a；制冷机专用减振弹簧、机组围板粘贴特种吸音棉降噪措施。具体技术指标如下：

制 冷 量：2400kcal/h

制冷方式：风冷 密封循环

温控范围：2℃～7℃

5-2、二氧化碳储罐

储存液态二氧化碳以备高压注入泵使用，储罐设有降温保温冷循环系统，保持储罐内部温度稳定，外设保温层和不锈钢外饰，避免环境温度对储罐内部温度的影响。

储罐容积：2L

储罐压力：16MPa

储罐材质：304不锈钢

5-3、二氧化碳注入泵

选用YHS-2型双缸恒速恒压泵对液体进行精确注入，流量范围：0.001～40mL/min，工作压力：≤40MPa，用于恒速注入流体或恒压注入流体。该泵采用大屏幕液晶显示屏，背光显示，可清晰地显示泵的运行状态压力、流量等参数。

该泵采用日本进口交流电机、伺服系统、控制泵的运行，具有很高运行精度，转矩大，体积小，重量轻等特点，伺服务系统还具有欠压保护、过流保护、过压保护、漏电保护、过载保护等功能，传动平稳，传动比准确，噪音低。

双泵采用电磁阀自动控制阀的切换，实现双泵自动换向，具有自动跟踪运行压力，即预增压功能，使双泵换向平稳无脉冲。（具有灵敏度高，高压运行无泄漏）采用标准RS485接口，由计算机控制泵的运行，便于实现软件对泵参数的设定、监测和记录。

主要技术指标如下：

岩心规格：直径50mm，长度100m
岩心夹持器倾角：0-90°范围内可调
温度范围：室温～100℃
环压：≤50MPa
孔隙压力：≤20MPa
工作介质：二氧化碳、微生物
压力测试精度：0.25%F·S2
流量范围 0.01～45mL/min
控温精度：±0.5℃
制冷量：2400kcal/h
电源：AC380V 6kW

该泵主要由柱塞缸体、气控阀、压力传感器、控制系统、伺服电机等组成。

1、柱塞缸体：

泵缸缸体材质选用316L不锈钢材质，内壁精打磨处理，光洁度为  9级，柱塞运行流畅，柱塞材质为耐磨碳化硅材质，密封材料为超高分子量聚乙烯。

泵腔增设冷却循环，防止长时间使用时柱塞摩擦升温，影响液体二氧化碳的稳定输出。

2、气控阀：

气控阀为二位二通管阀，压缩空气气动控制，快速接口，即插即用，方便快捷，可分为双气控和单气控两种方式，气控阀实物如下图所示，选用耐压耐二氧化碳密封材料。3、压力传感器：

采用瑞士TRAFAG品牌压力传感器，压力量程60MPa，精度为满量程的0.1%，输出信号4-20ma。

4、控制系统：

采用信捷以太网PLC控制系统，新颖的信号板设计可扩展通信端口、数字量通道、模拟量通道配备西门子专用高速处理器芯片，基本指令执行时间可达0.15μs ，CPU模块本体最多集成2 路高速脉冲输出，频率高达100kHz，14位模拟量，可自由设置运动包络。

5、松下伺服电机：

采用日本松下伺服电机进行配置，对泵输

出运动命令及时执行并提供动力。如右图所示。

该泵可实现快速且正确的操作；高速响应；

高精度定位。采用提高加工精度和生产性的新

算法“2自由度控制方式"进行控制。

由于以往的模型不能对前馈控制和反馈控制进行个别调整，即使调节“缩短"的前馈控制时，在反馈控制下“减小"控制也会相应变动，所以需要针对它们相互之间再做调整。运行界面如下：

简单快速设定调整时间是以往的约1/5，设备和装置启动时，需要调整伺服电机、驱动器的情况下，为了便于设定参数与监测等升级安装支持软件「PANATERM」。使画面更加清晰。搭配可实现快速安装的适合增益，新开发出能最大限度发挥A5Ⅱ系列特性的适合增益功能。具有当装置刚性低时能够降低振动的自适应陷波滤波器功能，以及能自动设定调整的各种增益。

5-4、缓冲容器

容积：1000ml，使用压力≤30MPa，材质316L不锈钢，其作用是对高压注入的二氧化碳流体进行缓冲，降低柱塞增压行程极点时的脉冲影响，同时，在进行二氧化碳驱时，可作为供应气源，提高了驱替压力范围，避免钢瓶气压低，满足不了实验要求等现象。

5-5、预热器

设备流体的预加热采用盘管换热方式，盘于电加热浴槽内，与换热介质进行充分换热后，达到设定温度后进入夹持器作业，预热器温度：室温～100℃，控温精度：±1℃。预热盘管采用φ6mm×1.5mm规格管线，材质316L不锈钢。浴槽材质304不锈钢，设置保温隔热与不锈钢外饰以及对应的保护措施。

5-6、恒温箱

恒温箱采用空气浴加热方式，热风对流循环，温度范围：室温-150℃，数显自动控温，精度±1℃，中空可视窗，可通过射灯对箱体内部情况进行查看，内胆尺寸720×530×800mm，材质304不锈钢，外表喷塑。

5-7、微生物注入系统

高压注入泵与高压活塞容器组合，进行微生物注入作业，将微生物注入高压活塞容器物料腔，注入完成后，通过高压注入泵向高压活塞容器液体腔注液增压，推动活

塞将微生物注入夹持器，高压活塞容器材质316L，容积2000ml，压力30MPa,内壁精打磨处理，光洁度   ，有效减小内壁摩擦力，使活塞来回运行自如，阻力小，密封件采用蓄能密封圈，该类型密封圈具有初始自弹性密封功能，无需预紧密封，密封压力高、密封可靠、耐磨性能好等特点，该密封圈具有良好的压缩率、摩擦系数、抗拉强度、耐热性及化学稳定性。注入用泵参照二氧化碳注入泵，该泵不需设置冷循环，但为保证泵的长期稳定使用，注入清水为去离子水，使用完成后，及时清洗干净活塞容器。

5-8、岩心夹持器

TY-4型夹持器，材质为316L不锈钢。规格为φ50×100/30MPa，室温-150℃。该型号的夹持器结构形式具有以下特点：

（1）由于采用外螺纹结构形式，使其具有体积小、重量轻，死体积小，拆卸方便，实用性强，耐压高等特点。

（2）采用了端面密封结构形式，使其具有了拆装封头及岩心的方便，换胶皮筒或O形圈时无需用拆卸手柄即可旋下压帽，移开封头。

常规情况下换岩心时压帽及封头均无须拆卸，只须旋

出调节螺母，用专用工具退出岩心即可。如图所示

 5-9、环压控制系统

SYB-60型手动泵，为岩心施加环向压力，密封岩心，形成完整流体通过路径，防止流体沿岩心外侧流出。工作压力≤40MPa

缓冲器：ZR-2型，600mL，40MPa，配备压力仪表

 5-10、回压控制系统

用于控制岩心夹持器的出口压力，由顶部加载式回压阀和缓冲容器、回压泵组成。

缓冲器：ZR-2型，600mL，40MPa，配备压力仪表

回压阀：HY-2型顶部加载式，40MPa

回压泵：SYB-60型手动泵

5-11、气液分离器

气液分离采用316L不锈钢制作，容积1000ml，微压，气体经干燥过滤进行计量或处理排放；液体经排放进进行计量分析。

5-12、电子天平

采用天平称重法计算液体量

天平规格：量程2200g，精度0.01g

计算机自动采集计算流量值

5-13、气体流量计

气体流量计用于单一气体的测量，采用高精度气体流量计，根据使用的具体气体进行单独标定计量，可精确计量和控制气体的注入量。选用七星华创D07-7B气体流量控制器，流量量程为500sccm/min，

精度为满量程±1%F.S.，响应时间≤10sec，输入

输出信号0-5VDC。

5-14、温度测控子系统

主要包括对预热器、恒温箱的温度测控。

温度传感器选用加固型高温传感器，测量范围0-200℃，测量精度0.2%，输出信号：4-20mA。

数显二次仪表：主要用于显示温度值，便于后部计算用；采用国产高精度温度数显二次表,该类数显二次表具有较高的采集速度、较高的准确度等优点,自带RS485通讯，仪表显示精度为0.1℃，可实现与计算机RS232与485的转换通讯。

5-15、压力测控子系统

压力测控系统分为压力测量系统(压力传感器和压力数字二次仪表)。

压力测量系统：

采用森纳士压力传感器，环境下稳定工作，量程25MPa，精度0.05%F.S，供电9～36V，输出4-20mA（0）。该传感器具有较高的精度及长期作业的稳定性。

压力控制仪表采用数显二次仪表，可实现与计算机的通讯；该类数显二次表具有较高的采集速度、较高的准确度等优点,自带RS485通讯，可实现与计算机RS232与485的转换通讯。

 5-16、安全保护系统

设备设计有接地保护和断电保护措施，确保使用者人身安全；

设备整体进行防静电保护，保证安全操作的同时，有效保护精密电子部件不受损伤。

装置设计有多重安全报警装置，如检测到系统压力超出设定范围，将发出声光报警，提醒操作人员注意并进行处理，确保设备及操作人员安全。

5-17、管阀件系统

高压针型截止阀以及相应的三通、四通、管线等组成，材料为316L不锈钢，压力≤50MPa,管路流程的连接结构紧凑，管线折弯美观大方，拆卸方便。

 5-18、电气系统

采用正品品牌电气元件，德力西、正泰等，接线采用国际通用标准，三相五线制(三相一零一地)，保证使用安全和精密电气元件的安全。

电气控制线路采用特殊信号屏蔽线缆，防止控制线路的信号交叉影响。

5-19、数据采集处理系统

软件系统包括采集压力、温度、流量等，为了保证测量精度和控制的可靠性，采用进口A/D转换模块，MOXA-CP168EL PCI数字采集控制卡，数据传输速率≥920Kbps，从而实现数字化采集传输。

温度、压力、流量等数据送入计算机的采集板卡，在采集板卡上经A/D转换为数字信号并传递给计算机，控制软件通过特定的控制算法，将采集到的数据计算后得到控制数据，通过串行口传递到下位单片机，控制动力系统的执行，从而控制系统内的压力。

计算机：四核处理器、22寸液晶彩显、1T硬盘，4G内存

界面、流程、进程、控制节点显示清楚，控制操作灵活、方便。能满足实验室所提需求；

人机界面：操作者用于向系统发出指令并接收信息。

试验执行：将操作者的指令传送给下位机，再由下位机控制相应的执行器去完成。

数据储存：接收下位机传来的数据并经判别后储存，以备后处理时使用。

数据处理：根据储存的数据计算出结果参数，绘制各种关系曲线。

控制系统的硬件主要包括控制主机、数据采集模块、信号调整模块，其结构框图，如下图所示：

整个系统在脱离网络条件下可独立运行。

软件在WINDOWS10环境下运行，采用DELPHI7.0编程。

1、系统的信号采集设计：

数据采集系统的主要任务就是测量和生成信号。它通常包括传感器、转换器、信号调理及一套可以处理、分析、显示、存储等功能的软件组成。通过传感器采集信号，经过信号调理利用上位机接收并处理数据。上位机软件对采集这些原始数据显示，并对数据进行处理，使数据以图形、表格或文件得形式展现在用户眼前，通过软件对整个测量系统进行控制，告知测量设备应何时采集数据以及从第几通道采集或生成数据。

信号的类型可分为模拟信号和数字信号两种，在进行信号调节和使用DAQ硬件之前，需要将物理信号转换成电信号（电流或电压），一般由转换器完成这个功能，在本系统中是由所用的压力变送器、温度传感器等完成的。当测量的物理信号被转换成电信号后，就可以采集并提取有用信息并进行处理分析，最后再通过相应的软件把电信号转换为原来的物理信号并加以显示处理和分析。

2、压力、温度、流量等信号采集：

压力传感器、温度传感器、气体流量计等发出的标准电流信号经过信号调理端子板转化为电压信号经数据采集卡的接线端子与模拟输入端口相连接，测试系统压力、温度等变化时传感器的电压变化量，根据压力、温度等的变化量的大小和传感器的线性关系确定所对应的系统压力或温度等。

4、控制报警功能设计：

在系统的运行中一旦出现异常情况，系统应能够及时作出快速反应，因此，在程序设计的过程中必须进行参数异常值的判断和报警，这对于装置的正常运行至关重要。其需要判断的故障主要可以分为以下几个方面：信号的超上限故障、低下限故障报警和超停机限故障。

5-20、箱体支架

仪器支架采用工业铝型材撬接结构，并设计有滚轮移动和调节固定部件，设备移动与固定方便快捷。面板采用不锈钢激光切割成型技术与工艺烤漆相结合，美观耐用。并对箱体和支架部件进行防静电处理，减少静电对精密仪器、电子元件等器件的损坏。

七、配置一览表