CN102590284A - 一种测量高温高压岩心含水饱和度分布的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量高温高压岩心含水饱和度分布的装置，主要由岩心夹持器、电桥仪、数据采集模块、计算机、恒温箱、围压泵组成，岩心夹持器由筒体、上柱塞、下柱塞、橡胶套及岩心组成；岩心和橡胶套之间的软电极上的电极环绕岩心并固定粘附在电极薄膜上，软电极上的电极线连接电极插头，电极插头通过下柱塞的电极引线开孔引出，并通过控制开关连接电桥仪、数据采集模块和计算机；在筒体的端面上有加压孔连接围压泵；岩心夹持器放置在恒温箱中。本发明原理可靠，操作简单，在岩心上密集布置电极，可以测量到低于4mm长度的含水饱和度变化，在线监测高温高压条件下岩心柱塞含水饱和度变化。

Description

一种测量高温高压岩心含水饱和度分布的装置

所属技术领域

本发明涉及石油与天然气勘探开发过程中测量岩心含水饱和度分布的装置，可以在高温高压条件下测量岩心轴向上不同部位的电阻率，根据阿尔奇公式计算含水饱和度分布，为岩心驱替实验提供在线监测。

背景技术

岩心分析是获取地下岩石信息的重要手段，是认识油气层工程地质特征的必要手段。随着石油天然气勘探开发力度加大，为了确保岩心分析数据的准确性，模拟原地条件下的各种岩心分析技术越来越受到重视。模拟含水饱和度下岩心分析及岩心流动实验过程中监测含水饱和度变化成为岩石物理及多孔介质渗流研究的重要方向。测定岩心中含水饱和度分布的均匀程度是求取岩石电学参数的关键，岩心驱替实验中监测含水饱和度分布及前缘位置为优化注入流体设计、多孔介质渗流行为研究提供重要基础数据。

目前，分析岩心中含水饱和度的方法通常用CT、核磁共振等先进技术，但是这些仪器设备价格昂贵，如果需要监测流体流动过程或围压条件下岩心含水饱和度，则需要配备专用岩心夹持器。这些仪器分析岩心夹持器中岩心含水饱和度的分辨率会显著降低。专利“石油岩芯物理模型含水饱和度微波测量装置(CN 1003190B)”采用微波的方法解决岩心物理模型含水饱和度的瞬时分布问题。这种方法能否在岩心夹持器中模拟高温高压条件下使用尚不明确。专利“高温高压多功能水平井损害评价仪(申请号：200910058287.2)”利用长岩心不同段布置电极监测不同段电阻率随时间变化情况，评价工作液对长岩心不同部位损害深度。但这种方法由于电极和测压管线固定在岩心橡胶套上，一旦胶套破损，整个胶套和电极、测压管线需全部更换，造成不必要的浪费，由于工艺较复杂，且两电极之间至少需要2cm的距离，同时增加岩心夹持器筒体直径，如果要求高围压，成本也较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量高温高压岩心含水饱和度分布的装置，通过含有多电极的软电极裹在岩心柱塞周围，测量岩心柱塞不同部位电阻率，通过电阻率变化可以有效确定高温高压条件下岩心柱塞含水饱和度分布，实现高温高压条件下岩心柱塞含水饱和度变化的在线监测。

为了达到上述技术目的，本发明提供以下技术方案。

测量高温高压岩心含水饱和度分布的装置，通过岩心夹持器的橡胶套与岩心之间的软电极，该软电极薄膜上镶嵌有多个电极，裹在岩心周围，软电极插头通过夹持器柱塞上电极引线开孔引出，与数据线连接，将数据传输到电桥仪，由于含有多个电极的软电极将岩心分为若干部分，从而可以测量两两电极之间瞬时电阻及电阻率，利用阿尔奇公式和岩电参数可计算出岩心每部分含水饱和度，因此本发明可以有效地确定高温高压条件下岩心柱塞含水饱和度分布及在线监测岩心不同部位含水饱和度变化。

测量高温高压岩心含水饱和度分布的装置，主要由岩心夹持器、电桥仪、数据采集模块、计算机、围压泵组成，其特征在于，所述岩心夹持器由筒体、上柱塞、下柱塞及岩心组成。岩心与筒体之间有橡胶套，上柱塞与筒体之间有绝缘垫，下柱塞与筒体之间有O型圈。岩心表面裹着软电极，含有多个电极的软电极表面有一层电极薄膜，是根据印刷电路板的设计理念，将导电性好的细电极线均匀或非均匀地布置在柔软的电极薄膜上；电极插头根据电极线的排列顺序设计，电极数量根据岩心长度和电极间距确定，每根电极环绕岩心一周并固定粘附在电极薄膜上。软电极处于岩心和橡胶套之间，裹在岩心周围，使软电极上的每根电极线环绕岩心，软电极上的电极线通过数据线与电极插头连接。电极插头通过下柱塞上的电极引线开孔引出，并通过控制开关连接电桥仪、数据采集模块和计算机。

岩心夹持器端面有加压孔连接围压泵，加围压的流体通过加压孔进出夹持器，为夹持器加围压和卸围压，驱替流体可以通过上、下柱塞的管线进入岩心。

岩心夹持器放置在恒温箱中，恒温箱为岩心夹持器系统加温并保持恒温，通过围压泵将加围压流体通过加压孔进入夹持器加围压，模拟原地条件。

本发明中，筒体、上柱塞、下柱塞可以采用不锈钢材料，O型圈和橡胶套采用丁腈橡胶材料，绝缘垫采用聚砜材料。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明原理可靠，操作简单，解决了在岩心上密集布置电极，可以测量到低于4mm长度的饱和度变化，从而有效确定高温高压条件下岩心柱塞含水饱和度分布，可以开展岩石电性参数的测定，也进行高温高压条件下岩心柱塞含水饱和度变化的在线监测。

附图说明

图1为岩心夹持器结构示意图。

图2为软电极示意图。

图3为下柱塞横截面图。

图4为本发明结构示意图。

图中：1.筒体，2.上柱塞，3.下柱塞，4.O型圈，5.橡胶套，6.绝缘垫，7.加压孔，8.电极引线开孔，9.管线，10.岩心，11.软电极，12.电极薄膜，13.电极，14.电极插头，15.控制开关，16.电桥仪，17.数据采集模块，18.恒温箱，19.围压泵，20.电极插座，21.计算机，22.夹持器底座

具体实施方式

下面根据附图进一步说明本发明。

参看图1和图4，所述的岩心夹持器位于底座22上，由筒体1、上柱塞2、下柱塞3、橡胶套5、岩心10、绝缘垫6、O型圈4组成，岩心10与筒体1之间有橡胶套5。上柱塞2与筒体1之间有绝缘垫6，下柱塞3与筒体1之间有O型圈4，岩心10表面裹着软电极11；在岩心夹持器筒体1的端面上有加压孔7，加压孔7在上柱塞2旁，加围压流体通过加压孔7进入夹持器，为夹持器加围压和卸围压，驱替流体可以通过上柱塞2和下柱塞3中管线9进出岩心10。

参看图1、图2，含有多个电极13的软电极11表面有一层电极薄膜12，每根电极13环绕岩心一周并固定粘附在电极薄膜12上，软电极11有一个电极插头14。软电极11上电极13的数量及相邻两个电极之间的距离根据需要确定。

参看图3，下柱塞3开有电极引线开孔8，电极插头14通过电极引线开孔8从下柱塞3中引出，保证高围压条件下电极引出数据线不被压断。

参看图4，本发明主要包括岩心夹持器、控制开关15、电桥仪16和数据采集模块17、围压泵19和计算机21。岩心夹持器通过夹持器底座22放置在恒温箱18中，夹持器底座22可以使岩心夹持器处于垂直方向，也可以平置，恒温箱18为岩心夹持器及实验流体加温或保持恒温，在筒体1端面上的加压孔7连接围压泵19，围压泵为岩心夹持器中岩心提供围压。电极插头14插入电极插座20，通过数据线与控制开关15、电桥仪16、数据采集模块17和计算机21相连。

要求岩心长度和软电极宽度相等，可根据软电极宽度，制备实验岩心。如果岩心长度较短，可以在岩心端部加上与岩心直径相同的垫片，使岩心加上垫片后长度等于软电极宽度。

参看图2、图4，实验前，将软电极11裹在岩心10上，使每根电极13环绕岩心一周并固定。电极插头14通过下柱塞3上电极引线开孔8引出，将裹有软电极11的岩心10和柱塞3一起装入岩心夹持器，利用围压泵19加上围压，利用恒温箱18上的温控仪设定并加热到实验温度。

参看图4，实验驱替流体可以通过上柱塞2和下柱塞3中管线9进出岩心10。通过下柱塞3上电极引线开孔8引出的电极插头14与电极插座20相连，通过控制开关15，将数据传输到电桥仪16，电桥仪16通过数据采集模块17将数据存入计算机21。

计算机21根据每个电阻地址向数据采集模块发送指令，然后通过控制开关15自动切换进行不同电极13的通断，最后电桥仪16根据电极的通断情况测量对应岩心电阻并将岩心电阻值传送至计算机21，在程序主界面上绘制电阻变化曲线并保存电阻值。根据实验测定的相邻电极间的电阻值的变化情况，即可监测驱替流体的前缘或分布情况。

Claims (3)

1.一种测量高温高压岩心含水饱和度分布的装置，主要由岩心夹持器、电桥仪(16)、数据采集模块(17)、计算机(21)、恒温箱(18)、围压泵(19)组成，其特征在于，所述岩心夹持器由筒体(1)、上柱塞(2)、下柱塞(3)及岩心(10)组成，所述岩心与筒体之间有橡胶套(5)，上柱塞与筒体之间有绝缘垫(6)，下柱塞与筒体之间有O型圈(4)，软电极(11)处于岩心和橡胶套(5)之间，软电极上的每根电极(13)环绕岩心并固定粘附在电极薄膜(12)上，软电极上的电极线连接电极插头(14)，电极插头通过下柱塞的电极引线开孔(8)引出，并通过控制开关(15)连接电桥仪(16)、数据采集模块(17)和计算机(21)；在筒体(1)的端面上有加压孔(7)连接围压泵(19)；所述岩心夹持器放置在恒温箱(18)中。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极(13)的数量根据岩心长度和电极间距确定。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述筒体(1)、上柱塞(2)、下柱塞(3)采用不锈钢材料，O型圈(4)和橡胶套(5)采用丁腈橡胶材料，绝缘垫(6)采用聚砜材料。

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