专利名称：一种变容容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变容水量容器，更具体涉及一种变容压力脉冲法测量岩石流 体渗透系数实验装置中的变容容器；尤其适用于对岩石流体渗透系数在大范围内 变化的快速精确测量。
背景技术：
渗透性是孔隙和裂隙介质的一种重要性质。近年来，由于油气田的开发、放 射性物质的地下存埋及二氧化碳等温室气体的地质封存等重大工程问题的研究， 迫切需要对工程中众多天然和人工材料在复杂地质条件下，其长期渗透性能变化 有进一步的了解。实验室内对于低渗透材料的测量方法主要有恒流泵法、压力振 荡法和压力脉冲法。压力脉冲法因其理论成熟，操作容易，而应用较为广泛。
而自1968年压力脉冲法首次由Brace提出至今，此方法只在理论及计算方 法上有所改进，在试验方法及装置上并没有实质性改进。作者于2007年将基于 流体综合压縮性可变的变容水量容器(专利号200720077599.2)应用于压力脉 冲法试验装置中，即为变容压力脉冲法及其试验装置，使得传统压力脉冲法及试 验装置得到了实质性改进。变容压力脉冲法及试验装置优点在于测量量程大、测 量速度快。而在实际的试验操作过程中，发现变容水量容器(专利号 200720087599. 2)在结构设计上还存在如下五个问题
① .在系统抽真空饱水过程中，因为筒身为圆筒形并不能完全饱水，总会有 少许残留气体混在液体腔内，造成容器容水量计量的误差；
② .筒身为圆筒形，筒身和底盖通过螺栓连接，筒身和底盖之间夹着分隔膜 和密封圈，密封圈嵌置在底盖上，压着分隔膜，同时起到密封容器的作用。分
隔膜将容器分隔成液体腔和气体腔，在试验操作过程中，会出现气体腔压力大 于液体腔而使分隔膜膨胀过大，造成分隔膜边缘撕裂破损，试验中断；
③.在试验操作过程中，会出现液体腔压力大于气体腔而使分隔膜收縮过大， 吸入底盖上的进/出气口，造成分隔膜中心破裂出现孔洞，试验中断；
.在试验操作过程中，由于分隔膜上下压力差过大均会造成分隔膜边缘滑 脱漏气，试验中断；
⑤.变容水量容器内分隔膜经常破损导致试验中断，拆卸换膜，增加试验操 作复杂性、繁琐性，降低试验效率，影响试验成果，对试验操作人员提出较高 要求，降低了试验装置的可操作性、实用性和应用前景。

发明内容
本发明的目的就是为了克服现有变容水量容器(专利号200720087599.2) 在结构设计上存在的上述缺点和不足，本发明的目的是在于提供了一种变容容 器，是一种替代采用变容压力脉冲法测量岩石流体渗透系数实验装置中的变容水 量容器。容器结构简单、稳定性好、可操作性强、测量效率及精度高，膜材料经 久耐用，不易耗损，经济性强、实用性强，具有广泛的应用前景。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施
本发明建立在变容压力脉冲法试验装置的变容水量容器(专利号
200720087599.2)的基础上，针对其结构设计上的缺陷，改进设计出了新型变容 容器，经实践证明，效果卓著。
本发明包括进/出液口、锥盖、液体腔、分隔膜、气体腔、垫网、垫片、螺 栓、压膜圈、密封圈、底盖和进/出气口；
从上到下，锥盖和底盖通过螺栓连接；压膜圈将分隔膜的边缘压进锥盖裙边 凹槽内；密封圈嵌置在底盖上表面中心外缘凹槽内；当锥盖和底盖连接时，密封 圈压紧分隔膜紧贴在锥盖裙边上；分隔膜将容器内分隔成液体腔和气体腔；锥盖 的顶部设置有进/出液口；底盖上表面中心凹槽内嵌置垫片，中心表面粘贴垫网， 中心外缘凹槽内嵌置密封圈，底盖下面设置有进/出气口。
锥盖设计成圆锥形，在抽真空饱水过程中可以完全饱水，避免容器内因不可
能达到真空度致使饱水时会残留少许气体，造成容器容水量大小计量的误差，影 响试验精度。新型变容容器圆锥形锥盖坡角较缓(圆筒形坡角成直角)，分隔膜 膨胀时，其与锥盖裙边接触的边缘不易撕裂。所以圆锥形锥盖就可以解决(专利 号200720087599.2)变容水量容器在结构设计上存在的问题不能完全饱水和 分隔膜边缘易撕裂。
在底盖上面中心凹槽内嵌置垫片，及在中心表面上粘贴垫网，可以防止分隔 膜在收縮时被吸入中心孔，导致中心破裂，同时又不会妨碍气体进出气体腔。所 以设置垫片和垫网就可以解决(专利号200720087599.2)变容水量容器在结构 设计上存在的问题分隔膜中心孔洞破裂。
在锥盖裙边上设计凹槽用来嵌置压膜圈，安装分隔膜时，先用压膜圈将分隔 膜固定好，再用密封圈将分隔膜压紧密封住。这样，在分隔膜上下的液体腔和气 体腔压力差过大时，分隔膜也不会撕裂或滑脱。所以设置压膜圈就可以解决(专 利号200720087599.2)变容水量容器在结构设计上存在的问题分隔膜边缘滑
脱漏气。
通过以上方案及措施改进后的新型变容容器，有效解决了原变容水量容器在 结构设计上的缺陷和问题，效果显著。
本发明工作原理
利用气体和液体的压縮系数量级之间相差较大的特点，也就是气体压縮性很 大，液体压縮性很小的物理特性。将气体和液体同时置于同一容器内，通过分隔 膜将其隔开，而不会互相混合或溶解；同时圆锥形锥盖设计也避免了抽真空饱水 过程中会残留气体，以免影响容器内流体综合压縮性的计量。如果气液混合溶解， 一来无法准确量化其混合后的压缩性，二来混合后的压縮性变化范围减小，所以 必须要采用分隔膜将气液隔开，且在液体腔内不可混进气体，抽真空饱水必须完 全。具体地说，通过进/出液口进液，进/出气口出气，使得容器内液体体积增加， 气体体积减少，从而降低了气液体积比，降低了容器内流体综合压缩性，压縮系 数减小，容器容水量减小；同理，若增大气体体积，减少液体体积，即提高气液 体积比，则容器内流体综合压縮性增加，压縮系数增大，容器容水量增大。
整个过程实现了在不用拆装换膜的条件下，在不影响试验整体性和操作连续 性条件下，水箱容水量可根据试验需求随意调整，直至合适大小。
本发明具有以下优点和积极效果
① 在试验过程中，可实时调整改变容器内气液体积比，从而改变容器内流 体综合压縮性，即改变容器容水量。
② 装置配件材料不易耗损，经济性高，提高了试验可操作性，降低了试验 复杂度。
③ 试验原理直观、结构简单、精度高、效率高、稳定性好、易于操作、无需 拆卸。
④ 能根据不同岩石试件流体渗透系数测量需要，实现整个试验过程中只用一 个水箱容器，从而有效地节省了人力、物力和财力。
⑤ 不仅便于试验操作，也避免了拆装调换不同体积水箱后，需要再次抽真空， 再次注水，再次检査系统泄漏，再次标定等繁琐程序。
总之，本发明克服了现有变容水量容器(专利号200720087599.2)在结构 设计上存在的缺点和不足，提供一种新型变容容器，可替代变容压力脉冲法测量 岩石流体渗透系数实验装置中的变容水量容器。实现优化试验装置，简化试验步 骤、提高装置稳定性，进一步使得测量的结果可靠，扩大了测量范围，加快了 试验速度，提高了实验精度。


图1为一种变容容器结构示意图(主视)； 图2为分隔膜结构示意图(俯视)；
图3为锥盖结构示意图(主视)； 图4为锥盖结构示意图(俯视)； 图5为垫网结构示意图(俯视)； 图6为垫片结构示意图(俯视)； 图7为底盖结构示意图(主视)； 图8为底盖结构示意图(俯视)。 其中
l一进/出液口； 2—锥盖； 3—液体腔；
4—分隔膜； 5—气体腔； 6—垫网；
7—垫片； 8—螺栓； 9一压膜圈；
IO—密封圈； ll一底盖； 12—进/出气口；
具体实施例方式
下面结合附图和实施示例对本发明进一步说明 一、各部件的结构
1、 分隔膜4
如图1和图2所示分隔膜4置于锥盖2和底盖11之间，由压膜圈9固定 在锥盖2下表面，由密封圈10夹紧在锥盖2和底盖11之间，容器内分隔膜4 上方为液体腔3、下方为气体腔5。分隔膜4将容器分隔成两个腔液体腔3和 气体腔5;随着气液体积比的变化，分隔膜4在容器内的形状也在不断变化；气 体腔5内气体体积增大时，分隔膜4会向液体腔3膨胀鼓起；气体体积减小时会
收縮。分隔膜4为一种高弹性、超薄、不易破裂的圆形薄膜；薄膜材质可为天 然橡胶、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等。
2、 锥盖2
根据图l、图3和图4可知进/出液口 l设在锥盖2的上端，试验系统中 液体就是通过进/出液口 1注入或排出液体腔3，从而改变液体腔3内液体的体
积。锥盖2是一种采用通用压力容器形成方法制作成的容器；
3、 垫网6
如图l、图5和图8所示垫网6设置在分隔膜4和垫片7之间，可有效防 止分隔膜4和垫片7紧密接触，从而避免分隔膜4中心孔洞。垫网6是一种防腐、
防锈、防菌、性质稳定的致密网；垫网材质可为不锈钢等。
4、 垫片7
如图1和图6所示垫片7设置在底盖11中心凹槽内，当分隔膜4收縮时， 可缓冲分隔膜4不被吸入进/出气口 12,有效保护分隔膜4不会破裂或中心孔洞。 垫片7是一种防腐、防锈、防菌、性质稳定的高精度多孔烧结薄片；垫片材质可 为不锈钢等。5、 底盖11
根据图1、图7禾P图8可知进/出气口 12设在底盖11的下端，试验系统 中气体就是通过进/出气口 12注入或排出气体腔5，从而改变气体腔内5气体的 体积。底盖11是一种采用通用压力容器形成方法制作成的盖板。
6、 压膜圈9
如图1和图3所示压膜圈9嵌置于锥盖2裙边的凹槽内；用于压住分隔膜 4的边缘，将其固定在锥盖2的底面上。压膜圈9为通用高弹性密封件。
7、 密封圈10
如图l、图7和图8所示密封圈10嵌置于底盖11上表面的凹槽内；用于
夹紧分隔膜4，密封液体腔3和气体腔5，同时密封整个容器。密封圈10为通用 高弹性密封件。
8、 螺栓8
如图l所示螺栓8为常用件，连接锥盖2和底盖11，用于紧固密封整个容器。
二、 使用方法
1、 整个容器抽真空后，通过进/出液口 l吸入液体(如水)至液体腔3内， 使整个容器饱水；然后对整个容器施加一初始压力，放置一段时间，使液体腔3
内残余的气体溶解于液体(如水)。
2、 整个容器施加初始压力饱水溶解残余气体后，通过进/出气口 12注入气 体(如氮气)至气体腔5内，根据被测试件材质，注入适当体积。
3、 注入气体时，气体腔5体积增大，分隔膜4膨胀鼓起，液体腔3体积减 小，部分液体通过进/出液口 1排出容器；量测排出液体的质量可换算出初始注 入气体的体积；由于整个容器的容积为一定值，知道初始气体体积，也就可换算 出初始液体体积。
三、 容器内流体综合容水量的计量 流体容水量计量公式为
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中
Cs—流体综合压縮系数； C.—液体压縮系数；
c;一气体压縮系数；
Vs—容器体积； 叭一液体体积； VB—气体体积。
新型变容容器的容积可通过饱水称重来换算，再通过注气排液，量测排出液 体的质量，即可换算出初始气体的体积Vk.，从而可分别计算得到容器内初始液体
和初始气体的体积，分别为v 和vs;液体和气体的压縮系数a和Cg目前有现
成可靠的数据可用；此时，将各数据代入以上公式可得到容器内流体综合压缩系 数C.,。由此可见，通过调节容器内气体体积的大小，就可以改变容器内流体综合 压縮性大小。
权利要求
1、一种变容容器，它包括进/出液口(1)、液体腔(3)、分隔膜(4)、气体腔(5)、垫网(6)和进/出气口(12)，其特征在于从上到下，锥盖(2)和底盖(11)通过螺栓(8)连接；压膜圈(9)将分隔膜(4)的边缘压进锥盖(2)裙边凹槽内；密封圈(10)嵌置在底盖(11)上中心外缘凹槽内；密封圈(10)压紧分隔膜(4)紧贴在锥盖(2)裙边上；分隔膜(4)将容器内分隔成液体腔(3)和气体腔(5)；锥盖(2)的顶部设置有进/出液口(1)；底盖(11)上中心凹槽内嵌置垫片(7)，中心表面粘贴垫网(6)，中心外缘凹槽内嵌置密封圈(10)，底盖(11)下面设置有进/出气口(12)。
2、 根据权利要求1所述的一种变容容器，其特征在于锥盖(2)为圆锥形。
3、 根据权利要求1所述的一种变容容器，其特征在于分隔膜(4)为一种 圆形薄膜。
4、 根据权利要求1所述的一种变容容器，其特征在于垫片(7)为一种多孔材料烧结制成的薄片。
5、 根据权利要求1所述的一种变容容器，其特征在于所述的垫网(6)设 置在分隔膜(4)和垫片(7)之间，垫片(7)设在底盖(11)中心凹槽内。
全文摘要
本发明公开了一种变容容器，它包括进/出液口、液体腔、分隔膜、气体腔、垫网和进/出气口，从上到下，锥盖和底盖通过螺栓连接；压膜圈将分隔膜的边缘压进锥盖裙边凹槽内；密封圈嵌置在底盖上中心外缘凹槽内；密封圈压紧分隔膜紧贴在锥盖裙边上；分隔膜将容器内分隔成液体腔和气体腔；锥盖的顶部设置有进/出液口；底盖上中心凹槽内嵌置垫片，中心表面粘贴垫网，中心外缘凹槽内嵌置密封圈，底盖下面设置有进/出气口。本发明操作简单、装置稳定、测量结果可靠，从而可以扩大了测量范围，加快了实验速度，提高了实验精度。
文档编号G01N15/08GK101382480SQ20081019712
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者李小春, 颖 王, 宁 魏 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所