CN103495944A

CN103495944A - 一种用于泥页岩测试的三轴夹持器

Info

Publication number: CN103495944A
Application number: CN201310449405.9A
Authority: CN
Inventors: 余维初; 徐四龙
Original assignee: Yangtze University
Current assignee: Yangtze University
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-01-08

Abstract

本发明涉及一种用于泥页岩测试的三轴夹持器，其特征在于在压力室筒体（11）外安装有加热体（16）；在压力室底座（1）上装有下端盖（7）；橡胶套（9）的下端套装在下端盖（7）上；橡胶套（9）的上端安装有上端盖（10）；泥页岩心（8）安装在橡胶套（9）内；进液管线（6）的上端安装在上端盖（10）的一侧，下端通过压帽组合（5）安装在压力室底座（1）上，与上端流体进口（24）相通；出液管线（25）的上端安装在上端盖（10）的另一侧，下端通过压帽组合安装在压力室底座（1）上，与上端流体出口（21）相通。本发明能够模拟井下温度、压力和循环流体流动条件，建立压力传递和化学渗透实验模型，从而优选适合井壁稳定的钻井液和完井液体系，提高了测量过程的简便性和精准性，具有重复性能好、结构简单、操作简便、性能稳定的特点。

Description

一种用于泥页岩测试的三轴夹持器

技术领域：

本发明涉及一种用于泥页岩测试的三轴夹持器，属石油勘探开发地层评价测试装置设计技术领域。

背景技术：

目前，泥页岩测试装备针对井壁失稳的问题展开了大量研究，主要包括井壁稳定性机理研究、评价装置的研发以及现场实例的分析与处理等方面。根据现场实例分析和室内分析证实，井壁失稳是由多种因素造成的，如地质构造、原地应力、地层的岩性和产状、粘土矿物类型、钻井液性能及其与泥页岩井壁之间的物化反应、钻井作业的影响等，故在钻进过程中需考虑地层被打开后井壁与钻井液之间的相互作用，以及其对岩石力学参数和岩石受力状态的影响，以便更真实地评价井壁失稳问题。对于泥页岩井壁而言，当其接触到与孔隙流体性质不同的钻井液后，会与之发生一系列的物化作用，从而改变泥页岩的强度和应力状态，影响泥页岩的稳定性。该过程主要分为两个阶段：(1)钻井液滤液在水力压差和化学势下发生扩散作用进入泥页岩中；（2）水力压差产生于井内液柱压力和地层孔隙压力间的压力差；化学势差则源于钻井液与孔隙水间存在的离子活化度差。因此，为了评价钻井液对井壁失稳的影响，可利用获取的泥页岩的组分和理化性能资料压制人造岩心，同时将具有相同矿物组分和理化性能的岩心置于与井内压力、温度相同的条件下，分别在岩心两端建立不同的水力压力和离子浓度，从而模拟水力压差和化学势差，评价钻井液滤液在扩散过程中对井壁稳定性的影响。

现有的室内泥页岩测试夹持器未能充分真实地建立地层与钻井液性能之间的直接联系，因此，研制一种能够在模拟的井下高温高压及循环流动条件下，综合评价钻井液影响泥页岩井壁稳定性的室内评价装置成为急需的问题。发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于泥页岩测试的三轴夹持器，能够模拟井下温度、压力和循环流体流动条件，建立压力传递和化学渗透实验模型，优选适合井壁稳定的钻井液和完井液体系，具有重复性能好、结构简单、操作简便、性能稳定的特点。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。

一种用于泥页岩测试的三轴夹持器由压力室底座、压力室外盖、紧定螺钉、下O型圈、压帽组合、进液管线、下端盖、泥页岩心、橡胶套、上端盖、压力室筒体、旋转平衡块、内六角螺钉、平衡块压盖、压簧、加热体、上O型圈、导向压杆、吊环螺钉、出液管线组成；压力室筒体安装在压力室底座上，压力室外盖套装在压力室筒体的外圈，通过螺纹与压力室底座相连接，将压力室筒体固紧安装在压力室底座上；在压力室底座上安装有下O型圈，在压力室筒体的上部安装有上O型圈；在压力室筒体外安装有加热体；在压力室底座上装有下端盖；橡胶套的下端套装在下端盖上；橡胶套的上端安装有上端盖；泥页岩心安装在橡胶套内；进液管线的上端安装在上端盖的一侧，进液管线的下端通过压帽组合安装在压力室底座上，与上端流体进口相通；与进液管线相对应，出液管线的上端安装在上端盖的另一侧，出液管线的下端通过压帽组合安装在压力室底座上，与上端流体出口相通；旋转平衡块位于上端盖的上方，导向压杆的下端位于旋转平衡块的上方；导向压杆通过平衡块压盖和内六角螺钉与旋转平衡块固定连接；在平衡块压盖上方的导向压杆上套装有压簧；在导向压杆的顶部安装吊环螺钉；在压力室底座的底部设有上端流体出口、下端流体出口、上端流体进口和围压进口；在压力室筒体的上部设有围压排气口。

本发明与现有的技术相比具有如下有益效果：

本发明能够在模拟井下温度、压力和循环流体流动的条件下，建立压力传递和化学渗透实验模型，定量测定泥页岩极低渗透率和泥页岩膜效率；解决了单一通过泥页岩极低渗透率和膜效率测试的力化耦合模型评价井壁失稳的局限性，从而更有利于优选适合井壁稳定的钻井液和完井液体系；提高了测量过程的简便性和精准性，具有重复性能好、结构简单、操作简便、性能稳定等特点。

附图说明:

图1为一种用于泥页岩测试的三轴夹持器的总体结构示意图。

图中：1.压力室底座、2.压力室外盖、3.紧定螺钉、4.下O型圈、5.压帽组合、6.进液管线、7.下端盖、8.泥页岩心、9.橡胶套、10.上端盖、11.压力室筒体、12.旋转平衡块、13.内六角螺钉、14.平衡块压盖、15.压簧、16.加热体、17.上O型圈、18.导向压杆、19.吊环螺钉、20.围压排气口、21.上端流体出口、22.围压进口、23.下端流体出口、24.上端流体进口、25.出液管线。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

1、装实验岩样：

实验前对泥页岩心8岩样进行预处理，测定岩样活度和试验溶液活度。

将橡胶套9套在三轴夹持器的下端盖7上，将泥页岩心8岩样放入橡胶套9中，在橡胶套9的上端装入上端盖10，固定锁紧上端盖10上的进液管线6和出液管线25。

2、加围压：

将压力室筒体11吊装到压力室底座1上，旋转压力室外盖2到底部，套上加热体16，打开围压排气口20的阀门，从围压进口22进行加围压；当围压排气口20的阀门口有液体流出时，关闭围压排气口20的阀门，继续加围压到设定的压力值。

3、压力传递实验：

从上端流体进口24中加入模拟孔隙液，并确保模拟孔隙液的压力、流速保持不变；将三轴夹持器压力室筒体11中的泥页岩心8岩样的上端压力增至设定压力并保持压力恒定不变，泥页岩心8岩样上、下两端接触的液体均为模拟孔隙液，且上端压力大于下端压力；利用操作软件自动记录泥页岩心8岩样上、下两端的压力以及围压的变化，根据测得的压力变化曲线计算出泥页岩心8岩样的渗透率，绘制出压力传递曲线。

4、化学渗透实验：

将注入液体改为钻井液，从上端流体进口24中加入，并使钻井液流经泥页岩心8岩样的上端面以形成端面污染，以替换掉泥页岩心8岩样上端的孔隙液，同样保持泥页岩心8岩样上端面的压力不变；利用操作软件自动记录泥页岩心8岩样上、下两端的压力变化，待下端压力趋于稳定后停止记录，并计算泥页岩膜效率。

Claims

1.一种用于泥页岩测试的三轴夹持器，由压力室底座（1）、压力室外盖（2）、紧定螺钉（3）、下O型圈（4）、压帽组合（5）、内六角螺钉（13）、压簧（15）、上O型圈（17）、导向压杆（18）、吊环螺钉（19）组成，其特征在于在其结构中设置有进液管线（6）、下端盖（7）、泥页岩心（8）、橡胶套（9）、上端盖（10）、压力室筒体（11）、旋转平衡块（12）、平衡块压盖（14）、加热体（16）、出液管线（25）；压力室筒体（11）安装在压力室底座（1）上，压力室外盖（2）套装在压力室筒体（11）的外圈，通过螺纹与压力室底座（1）相连接，将压力室筒体（11）固紧安装在压力室底座（1）上；在压力室筒体（11）外安装有加热体（16）；在压力室底座（1）上装有下端盖（7）；橡胶套（9）的下端套装在下端盖（7）上；橡胶套（9）的上端安装有上端盖（10）；泥页岩心（8）安装在橡胶套（9）内；进液管线（6）的上端安装在上端盖（10）的一侧，进液管线（6）的下端通过压帽组合（5）安装在压力室底座（1）上，与上端流体进口（24）相通；与进液管线（6）相对应，出液管线（25）的上端安装在上端盖（10）的另一侧，出液管线（25）的下端通过压帽组合安装在压力室底座（1）上，与上端流体出口（21）相通；旋转平衡块（12）位于上端盖（10）的上方，导向压杆（18）的下端位于旋转平衡块（12）的上方；导向压杆（18）通过平衡块压盖（14）和内六角螺钉（13）与旋转平衡块（12）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于泥页岩测试的三轴夹持器，其特征在于在压力室底座（1）上安装有下O型圈（4），在压力室筒体（11）的上部安装有上O型圈（17）。

3.根据权利要求2所述的一种用于泥页岩测试的三轴夹持器，其特征在于在平衡块压盖（14）上方的导向压杆（18）上套装有压簧（15）；在导向压杆（18）的顶部安装吊环螺钉（19）。

4.根据权利要求3所述的一种用于泥页岩测试的三轴夹持器，其特征在于在压力室底座（1）的底部设有上端流体出口（21）、下端流体出口（23）、上端流体进口（24）和围压进口（22）；在压力室筒体（11）的上部设有围压排气口（20）。