CN103257215A

CN103257215A - 一种煤层气储层岩样可视化岩心夹持器

Info

Publication number: CN103257215A
Application number: CN2013100553325A
Authority: CN
Inventors: 彭小龙; 王铭伟; 杜志敏; 王可可; 汤小龙; 张燕; 李扬; 孙晗森; 张平; 吴翔
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University; China United Coalbed Methane Corp Ltd
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: CN103257215B

Abstract

本发明公开了一种煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，垫板设置在压板与蓝宝石玻璃之间；垫板和蓝宝石玻璃的外围设置有两个衬板，一个衬板位于压板下端，另一个位于压盖上端；压盖中设置有岩心室，岩心室位于蓝宝石玻璃的下方，压板通过双头螺栓与压盖固定连接。本发明首次在煤层气行业研制出可以观察煤粉运移的可视岩心化夹持器，填补了国内近井带煤粉运移研究领域的空白；采用方形真实岩心开展实验，便于岩样的打磨，便于观察煤粉运移情况；观察窗口可通过成像技术二维观察岩心表层孔隙结构，驱替时气、水、固三相流动规律，煤粉的运移规律；可视化岩心夹持器可模拟现场工矿条件的煤岩所受的围压、环压；可模拟开采时煤层底水含量情况。

Description

一种煤层气储层岩样可视化岩心夹持器

技术领域

本发明属于煤层气勘探开发技术领域，尤其涉及一种煤层气储层岩样可视化岩心夹持器。

背景技术

煤岩孔隙结构由基质和裂缝组成，受煤层气成藏及构造作用的影响，大部分煤岩硬脆性强，造成煤层气探井取心困难，抓取出的岩心如果石油天然气行业岩心制作标准，在切割时经常发生硬脆性断裂，出现岩心端面不平等现象，对开展实验造成一定影响。

此外，我国大部分煤层地质构造复杂，构造煤发育，煤质具有较脆、胶结性差、易碎和易坍塌等特点，开采过程中存在严重的产出煤粉现象。煤粉在煤层中的运移可沉降堵塞渗流通道，使得煤层气井递减速度加快，甚至停产，煤粉运移至井筒后或在井底堆积，或进入排采管路，最终导致卡泵、埋泵，严重者可造成气井过早报废，严重的影响煤层气开发进程，降低了煤层气开采效益，因此合理控制和管理煤粉产出已经成为煤层气井高产稳产的关键。

目前国内外学者对煤层气井煤粉的来源、产生、运移、沉降、对生产所造成的影没有进行过系统而详尽的阐述。对煤粉从哪里来，到哪里去，如何去，受什么因素影响没有做过研究，而做这些研究不仅仅需要理论上的推理、建模，更需要通过实验观察、验证、计算煤粉的产生来源、运移通道、运移后果，定量分析煤粉对煤层气井排水采气过程中产水量、产气量的影响，而开展实验的基础就是要有一个能够观察煤粉行为的可视化煤层岩样夹持器。

发明内容

本发明提供了一种煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，旨在提供能观察煤粉行为的可视化煤层岩样夹持器，模拟煤层气储层产气过程中，储层内部围岩受力状态、流体流动、岩样底水含量、出口模拟井底压力、二维可视化观察岩样表层流体流动状态，解决排采过程中可视观察煤粉产生、运移、堵塞问题。

本发明的目的在于提供一种煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，该煤层气储层岩样可视化岩心夹持器包括：压板、压盖、垫板、蓝宝石玻璃、衬板、岩心室、双头螺栓；

所述垫板设置在所述压板与蓝宝石玻璃之间；所述垫板和蓝宝石玻璃的外围设置有两个所述衬板，一个衬板位于压板下端，另一个位于所述压盖上端；所述压盖中设置有所述岩心室，所述岩心室位于所述蓝宝石玻璃的下方，所述压板通过所述双头螺栓与所述压盖固定连接。

进一步，所述压板为212mm×212mm×40mm的立方体，所述压板边缘设置有12个直径为16.5mm的通孔，所述压板的中间位置设置有1个尺寸为100mm×100mm×40mm的观察窗，所述观察窗被平均分为4个观察口。

进一步，所述双头螺栓由垫片、螺母及双头螺柱构成；双头螺柱外面设置螺母，螺母下面设置垫片。进一步，所述岩心室所存放的岩样为100mm×100mm×25mm的立方体。

进一步，所述岩心室一端设置有用于模拟岩心驱替时流体进口端的三个进出口接头；

所述岩心室的另一端设置有一个出口接口，实验时流体从该出口接口流出；

岩心室的底部有一个尺寸100mm×100mm×5mm底水水槽，底水水槽连接底水孔，通过底水水槽模拟储层底部含底水情况；底水水槽下面是环压密封胶套，在围压泵作用下胶套变形紧紧卡住岩心，防止流体从岩样表面流走；进出口接头模拟了流体进口、出口，环压孔是模拟围岩所受围压进口，底水孔是底水进口。

进一步，所述煤层气储层岩样可视化岩心夹持器的使用方法为：

将岩样放入岩心室，然后在岩样上面放上垫板、蓝宝石玻璃、衬板，通过双头螺栓将压板、压盖固定连接；

将岩心室的进口接头与驱替模块的进口端连接起来，岩心室的出口端与计量模块、环压模块连接起来，环压孔与围压模块连接起来，通过底水孔向岩样注入地层水模拟底水含量；通过环压孔向岩心四周注入围压，模拟围岩所受压力情况；将观察系统放在夹持器的观察窗位置，驱替模块改变驱替的压力、流速观察煤粉运移的位置、煤粉的来源、煤粉运移的通道、煤粉启动的条件、煤粉运移的后果。

本发明提供的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，垫板设置在压板与蓝宝石玻璃之间，垫板和蓝宝石玻璃的外围设置有两个衬板，一个衬板位于压板下端，一个位于压盖上端，压盖中设置有岩心室，岩心室位于蓝宝石玻璃的下方，压板通过双头螺栓与压盖固定连接；实验时，将岩心室的进口接头与驱替模块的进口端连接起来，岩心室的出口端与计量模块、围压模块连接起来，环压孔与围压模块连接起来，通过底水孔向岩样注入地层水模拟底水含量，通过环压孔向岩心四周注入围压，模拟围岩所受压力情况，将观察系统放在夹持器的观察窗位置，驱替模块改变驱替的压力、流速观察煤粉运移的位置、煤粉的来源、煤粉运移的通道、煤粉启动的条件、煤粉运移的后果，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器的剖视三维示意图；

图3是本发明实施例提供的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器的剖视图。

图中：1、压板；2、压盖；3、垫板；4、蓝宝石玻璃；5、衬板；6、岩心室；61、进出口接头；62、胶套；63、底水水槽；64、环压孔；7、双头螺栓；71、垫片；72、螺母；73、双头螺柱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

图1、图2及图3示出了本发明实施例提供的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器的结构。为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该煤层气储层岩样可视化岩心夹持器包括：压板1、压盖2、垫板3、蓝宝石玻璃4、衬板5、岩心室6、双头螺栓7；

垫板3设置在压板1与蓝宝石玻璃4之间，垫板3和蓝宝石玻璃4的外围设置有两个衬板5，一个衬板5位于压板1下端，一个位于压盖2上端，压盖2中设置有岩心室6，岩心室6位于蓝宝石玻璃4的下方，压板1通过双头螺栓7与压盖2固定连接。

在本发明实施例中，压板1为212mm×212mm×40mm的立方体，压板1边缘设置有12个直径为16.5mm的通孔，压板1的中间位置设置有1个尺寸为100mm×100mm×40mm的观察窗，观察窗被平均分为4个观察口。

在本发明实施例中，双头螺栓7由垫片71、螺母72及双头螺柱73构成。

在本发明实施例中，岩心室6所存放的岩样为100mm×100mm×25mm的立方体。

在本发明实施例中，岩心室6一端设置有用于模拟岩心驱替时流体进口端的三个进出口接头61；

岩心室6的另一端设置有一个出口接口，实验时流体从该出口接口流出；

岩心室6的底部有一个底水水槽63，底水水槽63连接底水孔，通过底水水槽63模拟储层底部含底水情况；底水水槽63下面是胶套62，在围压泵作用下胶套62变形紧紧卡住岩心，防止流体从岩样表面流走；进出口接头61模拟了流体进口、出口，64是围岩所受围压进口。

在本发明实施例中，将岩样放入岩心室6，然后在岩样上面放上蓝宝石玻璃4、垫板3、衬板5，通过双头螺栓7将压板1、压盖2固定连接；

将岩心室6的进口接头与驱替模块的进口端连接起来，岩心室6的出口端与计量模块、回压模块连接起来，环压孔64与围压模块连接起来，通过底水孔向岩样注入地层水模拟底水含量；通过环压孔64向岩心四周注入围压，模拟围岩所受压力情况；将观察系统放在夹持器的观察窗位置，驱替模块改变驱替的压力、流速观察煤粉运移的位置、煤粉的来源、煤粉运移的通道、煤粉启动的条件、煤粉运移的后果。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1、图2及图3所示，夹持器构成：整个夹持器由压板1、垫板3、垫片71、螺母72、双头螺柱73、衬板5、进出口接头61、压盖2、胶套62、蓝宝石玻璃4、底水水槽63构成；

2.技术原理

2.1夹持器需要满足以下几个条件：

(1)能够模拟矿场排水采气时，煤岩所受到的围压情况；

(2)能够模拟矿场排水采气时，煤岩所受到流压情况；

(3)能够模拟矿场排水采气时，煤层内部流体受到的流体驱动力情况；

(4)能够模拟矿场排水采气时，煤层底部所受底水含量大小情况；

(5)能够在实验时通过一套摄像设备实时观察、记录岩心表面孔隙结构中煤粉运移情况；

2.2各个部件功能

煤层气储层岩样可视化岩心夹持器为方形夹持器，外面形状为钢制方形，由压板1和压盖2组成，压板1位于可视化岩心夹持器上面，压盖2位于可视化岩心夹持器的底部，均能承受80MPa的压力，模拟矿场岩样所承受力围压，压板1部件尺寸为212mm×212mm×40mm的立方体，压板1边缘分布着12个直径为16.5mm的通孔，中间有1个尺寸为100mm×100mm×40mm的观察窗，观察窗被分为4个小观察口，压盖2主要包含了三个进口端，一个出口端，一个环压孔64，一个底水进孔，12个直径为16.5mm的螺柱接口，一个岩心室6，一个底水水槽63；栓头螺栓由三个部件构成：垫片71、螺母72、双头螺柱73，起主要功能是将压板1和压盖2紧密的联系在一起，起到密封、固定的作用；垫板3位于压板1和蓝宝石玻璃4之间，防止蓝宝石玻璃4在压板1和压盖2闭合力作用下破碎，垫板3和蓝宝石玻璃4的外围是两个衬板5，一个衬板5位于压板1下端，一个位于压盖2上端，起到连接固定压板1、压盖2、蓝宝石玻璃4、胶套62的作用；蓝宝石玻璃4位于垫板3的下面，岩心室6的上面，作用在于实验时通过显微镜观察岩样表面；蓝宝石玻璃4下面是岩心室6，岩样的尺寸为100mm×100mm×25mm的立方体，岩心室6一端有三个进出口接头61，模拟岩心驱替时流体进口端，另一端有一个出口接口，实验时流体从这个端口流出；岩心室6的底部有一个底水水槽63，底水水槽63连接底水孔，通过底水水槽63模拟储层底部含底水情况；底水水槽63下面是胶套62，在围压泵作用下胶套62变形紧紧卡住岩心，防止流体从岩样表面流走；进出口接头61模拟了流体进口、出口。

3.实验过程

将岩样放入岩心室6，然后在岩样上面放上蓝宝石玻璃4、垫板3、衬板5，通过双头螺柱73、螺母72、垫片71将压板1和压盖2固定连接，通过进口接头与驱替模块的进口端连接起来，出口端与计量模块、回压模块连接起来，环压孔64与围压模块连接起来；然后通过底水孔向岩样注入地层水模拟底水含量；通过环压孔64向岩心四周注入围压，模拟围岩所受压力情况；将观察系统放在可视化岩心夹持器的观察窗位置，驱替模块改变驱替的压力、流速观察煤粉运移的位置、煤粉的来源、煤粉运移的通道、煤粉启动的条件、煤粉运移的后果。

本发明实施例提供的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，垫板3设置在压板1与蓝宝石玻璃4之间，垫板3和蓝宝石玻璃4的外围设置有两个衬板5，一个衬板5位于压板1下端，一个位于压盖2上端，压盖2中设置有岩心室6，岩心室6位于蓝宝石玻璃4的下方，压板1通过双头螺栓7与压盖2固定连接；试验时，将岩心室6的进口接头与驱替模块的进口端连接起来，岩心室6的出口端与计量模块、回压模块连接起来，环压孔64与围压模块连接起来，通过底水孔向岩样注入地层水模拟底水含量，通过环压孔64向岩心四周注入围压，模拟围岩所受压力情况，将观察系统放在可视化岩心夹持器的观察窗位置，驱替模块改变驱替的压力、流速观察煤粉运移的位置、煤粉的来源、煤粉运移的通道、煤粉启动的条件、煤粉运移的后果，结构简单，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

此外，本发明实施例具有的技术优势：首次在煤层气行业研制出可以观察煤粉运移的可视化岩心夹持器，填补了国内近井带煤粉运移研究领域的空白；采用方形真实岩心开展实验，便于岩样的打磨，便于观察煤粉运移情况；有一个观察窗口，可通过成像技术二维观察岩心表层孔隙结构，驱替时气、水、固三相流动规律，煤粉的运移规律；可视化岩心夹持器可模拟现场工矿条件的煤岩所受的围压、环压；可模拟开采时煤层底水含量情况。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，其特征在于，该煤层气储层岩样可视化岩心夹持器包括：压板、压盖、垫板、蓝宝石玻璃、衬板、岩心室、双头螺栓；

2.如权利要求1所述的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，其特征在于，所述压板为212mm×212mm×40mm的立方体，所述压板边缘设置有12个直径为16.5mm的通孔，所述压板的中间位置设置有1个尺寸为100mm×100mm×40mm的观察窗，所述观察窗被平均分为4个观察口。

3.如权利要求1所述的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，其特征在于，所述双头螺栓由垫片、螺母及双头螺柱构成；双头螺柱外面设置螺母，螺母下面设置垫片。

4.如权利要求1所述的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，其特征在于，所述岩心室所存放的岩样为100mm×100mm×25mm的立方体。

5.如权利要求1所述的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，其特征在于，所述岩心室一端设置有用于模拟岩心驱替时流体进口端的三个进出口接头；

岩心室的底部有一个尺寸100mm×100mm×5mm底水水槽，底水水槽连接底水孔，通过底水水槽模拟储层底部含底水情况；底水水槽下面是环压密封胶套，在围压泵作用下胶套变形紧紧卡住岩心，防止流体从岩样表面流走；进出口接头模拟流体进口、出口，环压孔是模拟围岩所受围压进口，底水孔是底水进口。

6.如权利要求1所述的煤层气储层岩样可视化岩心夹持器，其特征在于，所述煤层气储层岩样可视化岩心夹持器的使用方法为：

将岩心室的进口接头与驱替模块的进口端连接起来，岩心室的出口端与计量模块、围压模块连接起来，环压孔与围压模块连接起来，通过底水孔向岩样注入地层水模拟底水含量；通过环压孔向岩心四周注入围压，模拟围岩所受压力情况；将观察系统放在可视化岩心夹持器的观察窗位置，驱替模块改变驱替的压力、流速观察煤粉运移的位置、煤粉的来源、煤粉运移的通道、煤粉启动的条件、煤粉运移的后果。