CN103592205A - 一种泥岩化学势扩散系数测试装置及方法 - Google Patents

一种泥岩化学势扩散系数测试装置及方法 Download PDF

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CN103592205A CN201310583245.7A CN201310583245A CN103592205A CN 103592205 A CN103592205 A CN 103592205A CN 201310583245 A CN201310583245 A CN 201310583245A CN 103592205 A CN103592205 A CN 103592205A
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黄浩勇
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中国石油大学(华东)
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Abstract

本发明涉及一种泥岩化学势扩散系数测试装置及方法。测试装置包括压力控制系统、温度控制系统、高压釜及辅助数据采集与控制系统,其中压力控制系统分为围压加载系统、顶端压力加载系统及底端压力加载系统,所述的围压加载系统有围压泵,高压釜放置在恒温箱中,岩样夹持器安装在高压釜中。本发明的有益效果是:1、通过模拟井下温度和压力条件,测量泥岩化学势扩散系数,研究化学势在泥岩中的扩散规律,填补了在通过实验手段测试泥页岩中化学势扩散系数方面的空白,为理论模型推导出的泥页岩中化学势的扩散系数提供了实验依据及实验验证。

Description

一种泥岩化学势扩散系数测试装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种石油工程中的测试装置及方法,特别涉及一种泥岩化学势扩散系数测试装置及方法。
背景技术
[0002] 井眼不稳定多数发生在泥页岩井段。钻井地层大约75%以上是由页岩构成,约有90%的井眼垮塌问题都与页岩不稳定性有关。井壁失稳问题每年造成的损失达5亿美元之多,因此,泥页岩稳定性研究非常重要。针对井壁失稳这一问题,国内外很多学者经过几十年的艰苦研究,已经形成了一套系统的研究方法。其整体的研究思路是从纯力学研究,到泥浆化学研究,到力学与化学耦合研究,再到力学、化学、热力学耦合研究。其中纯力学研究过程中经过了弹性力学时期,弹塑性力学时期,再后来发展到了多孔弹性力学阶段。力学研究主要从岩石力学、流-固耦合的角度研究井壁失稳机理及对策;化学研究主要从泥页岩水化应力的角度分析井壁失稳的机理及对策。70年代以前,这两方面研究各自独立进行,没有有机的结合起来。70年代到90年代,这两方面逐渐的结合起来,但只是处在实验研究层次。直至90年代后期,将力学因素与化学因素耦合起来进行泥页岩井壁稳定性研究才开始进入定量化数学描述阶段。直到21世纪初期,Lomba, Chenevert以及Sharma等人利用唯象规律,通过不可逆传递过程的“流”与“力”的耦合,将水力-电化学耦合起来。在最近几年,多场耦合井壁稳定研究均是以此方法为基础,进行横向扩展,即由力学-化学耦合向力学,化学,电势,热力等多场耦合方向发展。
[0003] 中国专利文献公开号为202339307U,专利名称为《测定泥页岩吸水扩散系数装置》,公开了一种为能模拟井下温度和压力条件、测定泥页岩的吸水扩散系数以便指导油气田钻井作业而设计的,主要包括轴向压力加压装置、高温高压岩心夹持装置、围压加压装置、加温和测温装置、钻井液循环装置和高压釜装置和测量及采集装置,可模拟井内温度和围压的影响,测定泥页岩的吸水扩散系数,解决常规实验无法考虑泥页岩井下压力和温度的问题,为现场合理确定泥页岩地层安全泥浆密度窗口提供依据,为钻井过程中保持井壁稳定提供参考。该实用新型专利并没有对泥岩化学势扩散系数进行测试。
[0004] 在国内外研究中,化学势扩散系数作为基础参数,是力学-化学耦合方法进行泥页岩井壁稳定性分析的前提条件。但是,国内外文献在化学势扩散系数的确定问题上仍只有理论计算方法,目前国内外还未见专门针对泥岩化学势扩散系数的实验研究。
发明内容
[0005] 本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷,提供一种泥岩化学势扩散系数测试装置及方法,通过对温度、压力以及岩样两端化学势差的控制,可模拟实际地层条件下不同流体类型驱动过程中泥岩内部流体的流动,经测试泥岩岩样两端压力及化学势变化,研究不同温压条件、不同类型流体作用下液体在泥岩内部的流动机理。
[0006] 一种泥岩化学势扩散系数测试装置,包括压力控制系统、温度控制系统、高压釜及辅助数据采集与控制系统,其中压力控制系统分为围压加载系统、顶端压力加载系统及底端压力加载系统,所述的围压加载系统有围压泵,顶端压力加载系统有第一平流泵、第二平流泵、第一中间容器、第二中间容器、第一回压阀、第二回压阀、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀和第六截止阀,底端压力加载系统有第三平流泵、第三中间容器、第七截止阀、第八截止阀,温度控制系统有恒温箱,高压釜放置在恒温箱中,岩样夹持器安装在高压釜中;辅助数据采集与控制系统包括第一压力传感器、第二压力传感器、第一化学势测试仪、第三压力传感器、第二化学势测试仪、第四压力传感器;
所述的岩样夹持器的顶端一路依次通过第一化学势测试仪、第一中间容器、第三截止阀、第一回压阀、第一截止阀和第一压力传感器连接到第一平流泵;岩样夹持器的顶端的另一路依次通过第二中间容器、第四截止阀、第二回压阀、第六截止阀和第二压力传感器连接到第二平流泵;
所述的岩样夹持器的底部的一路通过第二化学势测试仪、第四压力传感器、第七截止阀、第三中间容器连接到第三平流泵;岩样夹持器的底部的另一路连接第八截止阀;
所述的岩样夹持器的一侧通过第三压力传感器连接围压泵。
[0007] 其中,所述的第一回压阀上连接第二截止阀;所述的第二回压阀上连接第五截止阀。
[0008] 另外,所述的高压釜包括卡环、套环、高压釜壳体、底座,所述的高压釜壳体的底部设有开口,开口通过“王”字形的底座固定密封,底座的上部通过卡环将底座与高压釜壳体底部的卡槽固定在一起,并在卡环外侧设有套环固定;高压釜壳体的内腔安设岩样夹持器,高压釜壳体的顶部设有围压流体出口。
[0009] 上述的岩样夹持器包括定位栓、夹持器底座、橡胶套、铁片箍、夹持器压头、夹持器支架,所述的夹持器底座的下部通过定位栓与高压釜的底座连接,夹持器底座的上部固定夹持器支架,夹持器支架的顶部设有夹持器压头,夹持器压头与夹持器底座之间通过铁片箍固定橡胶套,橡胶套内装有测试用的岩样。
[0010] 所述的夹持器压头通过管线连接顶端流体入口和顶端流体出口,并分别穿过夹持器底座引到高压釜的底座外端。
[0011] 所述的夹持器底座通过管线连接底端流体入口和底端流体出口,并分别穿过夹持器底座引到高压釜的底座外端。
[0012] 所述的夹持器底座的一侧通过管线连接围压流体入口,分别穿过夹持器底座引到高压釜的底座外端。
[0013] 一种如上述泥岩化学势扩散系数测试方法,包括以下步骤: a连接实验装置:
根据实验要求,连接实验装置;其中在连接所述的第一、第二及第三中间容器时,首先要调整各个中间容器的活塞位置,并使活塞靠近泵入钻井液一段的平流泵,进而延长钻井液单泵循环时间,减小更换钻井液泵入方向的频率;调整完中间容器位置之后,将过滤好的钻井液分别注入顶端与底端的中间容器中,并将中间容器连接到钻井液循环管线上,在所有实验管线连接好之后,检查各接口是否已完全密闭,确保实验管线的密闭性;b放置岩样:
实验所用岩样的规格为直径25mm、高IOmm,获取岩样后将其放入岩样夹持器中,并将夹持器压头与橡胶套用铁片箍固定,确保岩样完全密封,使得围压、顶端压力、底端压力相互隔离;之后将岩样夹持器放入高压釜中,关闭高压釜,并检查其密闭性;
C加载围压:
通过伺服电机向高压釜中泵入围压油,至完全充满高压釜;启动围压泵,进行施加围
压;
d温度控制:
打开恒温箱,根据实验要求设置恒温箱上的值,在温度达到设定值之后,进行下一步操
作;
e循环钻井液,加载顶端压力:
开启顶端的第一平流泵和第二平流泵,加载第一回压阀和第二回压阀的回压,两个回压阀加载至相同回压P2,先由第一平流泵工作,加载顶端压力,加载至压力P1,经过时间t后,再由第二平流泵工作,加载顶端压力,同样加载至P1,以时间t为周期,两个平流泵往复加载,保持端实验用液在岩样顶端循环;f加载底端压力:
开启第三平流泵,加载底端压力,当压力加载至P1时,关闭底端管线的进口与出口,使岩样底端成为一个密闭空间;g数据采集:
实时观察记录第一、第二、第三和第四压力传感器所显示的压力值,并准备记录化学势测试仪测量所得的岩样两端化学势的值,注意其变化规律;h更改实验状态,循环实验:
改变恒温箱温度及顶端与底端的压力,重复步骤a至g,得到不同温度及压力条件下化学势在岩样的分布规律;i实验结束
实验结束时,首先停止所述多个平流泵的运行,放空回压阀回压,卸载顶端与底端的压力,在岩样两端压力卸载完成后,在控制面板设定围压压力为零,将高压釜中围压卸载为零,待高压釜中压力卸载完成后,停止围压泵,驱出高压釜中液压油,拆卸高压釜及岩样夹持器,取出岩样,观测岩样是否完好;拆卸用于循环实验用液的管线及中间容器,用蒸馏水清洗实验管线及中间容器,防止实验用液对管线的腐蚀,重新组装管线与中间容器。
[0014] 本发明的有益效果是:
1、通过模拟井下温度和压力条件,测量泥岩化学势扩散系数,研究化学势在泥岩中的扩散规律,填补了在通过实验手段测试泥页岩中化学势扩散系数方面的空白,为理论模型推导出的泥页岩中化学势的扩散系数提供了实验依据及实验验证;
2、本发明中,实验装置中顶端压力的加载方式采用平流泵加载,可以使顶端实验用液以恒定流量在管线中流动,且采用两台平流泵往复加载,使实验用液在管线中往复循环,可以节省实验用液,降低实验成本,同时可以降低人为因素对实验的影响,提高实验结果的准确性;
3、本发明中,实验装置中通过回压阀来维持顶端压力的恒定,回压阀的设定可以使平流泵在以恒定流量加载顶端压力的过程中维持顶端压力的恒定,采用两个回压阀既能维持顶端压力的恒定同时保证了顶端实验用液在管线中的循环流动,此为本发明中突出想法之 4、本发明中,实验装置中的岩样夹持器压头与夹持器底座的循环凹槽设计使得实验用液能充分接触岩样的上下两个断面,同时保证了实验用液在两个断面处的循环;
5、本发明中,实验装置中设有三个中间容器,完全把实验用液与平流泵所需蒸馏水隔离开,保证实验正常运行,同时降低了实验用液对管线的腐蚀,提高了实验设备寿命;
6、本发明所提出的实验方法完全基于自主设计的泥页岩化学势扩散系数测试装置,所提方法操作简单,人为因素影响小,获取数据准确。
附图说明
[0015] 附图1是本发明的结构示意图;
附图2是本发明的高压釜及岩样夹持器的结构图;
附图3是本发明的图2中的A-A的结构图;
附图4是本发明的图2中的B-B的结构图;
上图中:第一平流泵1、第一压力传感器2、第一截止阀3、第二截止阀4、第一回压阀5、第三截止阀6、第一中间容器7、第二中间容器8、第四截止阀9、第五截止阀10、第二回压阀
11、第六截止阀12、第二压力传感器13、第二平流泵14、第一化学势测试仪15、恒温箱16、高压釜17、岩样夹持器18、第三压力传感器19、围压泵20、第二化学势测试仪21、第三平流泵22、第三中间容器23、第七截止阀24、第四压力传感器25、第八截止阀26 ;顶端流体入口27、底端流体入口 28、底端流体出口 29、围压流体入口 30、顶端流体出口 31、密封圈32、定位栓33、夹持器底座34、岩样35、橡胶套36、铁片箍37、夹持器压头38、夹持器支架39、卡环40、套环41、围压流体出口 42、高压釜壳体43、底座44、固定螺母45。
具体实施方式
[0016] 结合附图1-4,对本发明作进一步的描述:
一种泥岩化学势扩散系数测试装置,包括压力控制系统、温度控制系统、高压釜及辅助数据采集与控制系统,其中压力控制系统分为围压加载系统、顶端压力加载系统及底端压力加载系统,所述的围压加载系统有围压泵20,顶端压力加载系统有第一平流泵1、第二平流泵14、第一中间容器7、第二中间容器8、第一回压阀5、第二回压阀11、第一截止阀3、第二截止阀4、第三截止阀6、第四截止阀9、第五截止阀10和第六截止阀12,底端压力加载系统有第三平流泵22、第三中间容器23、第七截止阀24、第八截止阀26,温度控制系统有恒温箱16,高压釜17放置在恒温箱16中,岩样夹持器18安装在高压釜17中;辅助数据采集与控制系统包括第一压力传感器2、第二压力传感器13、第一化学势测试仪15、第三压力传感器19、第二化学势测试仪21、第四压力传感器25 ;所述的岩样夹持器18的顶端一路依次通过第一化学势测试仪15、第一中间容器7、第三截止阀6、第一回压阀5、第一截止阀3和第一压力传感器2连接到第一平流泵I ;岩样夹持器18的顶端的另一路依次通过第二中间容器8、第四截止阀9、第二回压阀11、第六截止阀12和第二压力传感器13连接到第二平流泵14 ;所述的岩样夹持器18的底部的一路通过第二化学势测试仪21、第四压力传感器25、第七截止阀24、第三中间容器23连接到第三平流泵22 ;岩样夹持器18的底部的另一路连接第八截止阀26 ;所述的岩样夹持器18的一侧通过第三压力传感器19连接围压泵20。[0017] 其中,所述的第一回压阀5上连接第二截止阀4 ;所述的第二回压阀11上连接第五截止阀10。
[0018] 另外,所述的高压釜17包括卡环40、套环41、高压釜壳体43、底座44,所述的高压釜壳体43的底部设有开口,开口通过“王”字形的底座44固定密封,底座44的上部通过卡环40将底座44与高压釜壳体43底部的卡槽固定在一起,并在卡环40外侧设有套环41固定;高压釜壳体43的内腔安设岩样夹持器18,高压釜壳体43的顶部设有围压流体出口 42。
[0019] 上述的岩样夹持器18包括定位栓33、夹持器底座34、橡胶套36、铁片箍37、夹持器压头38、夹持器支架39,所述的夹持器底座34的下部通过定位栓33与高压釜的底座44连接,夹持器底座34的上部固定夹持器支架39,夹持器支架39的顶部设有夹持器压头38,夹持器压头38与夹持器底座34之间通过铁片箍37固定橡胶套36,橡胶套36内装有测试用的岩样35。
[0020] 所述的夹持器压头38通过管线连接顶端流体入口 27和顶端流体出口 31,并分别穿过夹持器底座34引到高压釜的底座44外端。所述的夹持器底座34通过管线连接底端流体入口 28和底端流体出口 29,并分别穿过夹持器底座34引到高压釜的底座44外端。所述的夹持器底座34的一侧通过管线连接围压流体入口 30,分别穿过夹持器底座34引到高压釜的底座44外端。
[0021] 参照附图3-4,A-A的结构图可以看到夹持器底座部分的结构,B-B的结构图可以看到夹持器压头下部的结构图。
[0022] 本发明中所用高压釜17、岩样夹持器18、第一中间容器7、第二中间容器8、第三中间容器23及管线皆由耐高温、耐高压、耐腐蚀的材料制成。
[0023] 一种如上述泥岩化学势扩散系数测试方法,包括以下步骤: a连接实验装置:
根据实验要求,连接实验装置;其中在连接所述的第一、第二及第三中间容器时,首先要调整各个中间容器的活塞位置,并使活塞靠近泵入钻井液一段的平流泵,进而延长钻井液单泵循环时间,减小更换钻井液泵入方向的频率;调整完中间容器位置之后,将过滤好的钻井液分别注入顶端与底端的中间容器中,并将中间容器连接到钻井液循环管线上,在所有实验管线连接好之后,检查各接口是否已完全密闭,确保实验管线的密闭性;b放置岩样:
实验所用岩样的规格为直径25mm、高IOmm,获取岩样后将其放入岩样夹持器中,放入内径为25mm、高IOcm的橡胶套中,并将夹持器压头与橡胶套用铁片箍固定,确保岩样完全密封,使得围压、顶端压力、底端压力相互隔离;之后将岩样夹持器放入高压釜中,关闭高压釜,并检查其密闭性;c加载围压:
通过伺服电机向高压釜中泵入围压油,至完全充满高压釜;启动围压泵,进行施加围压,同时设定恒温箱温度;d温度控制:
打开恒温箱,根据实验要求设置恒温箱上的值,在温度达到设定值之后,进行下一步操
作;
e循环钻井液,加载顶端压力: 开启顶端的第一平流泵和第二平流泵,加载第一回压阀和第二回压阀的回压,两个回压阀加载至相同回压P2,先由第一平流泵工作,加载顶端压力,加载至压力P1,经过时间t后,再由第二平流泵工作,加载顶端压力,同样加载至P1,以时间t为周期,两个平流泵往复加载,保持端实验用液在岩样顶端循环;
具体步骤如下:关闭第三截止阀6、打开第一截止阀3、打开第二截止阀4,第一平流泵I给第一回压阀5加载回压至P1后,打开第三截止阀6、打开第四截止阀9、打开第五截止阀
10、关闭第六截止阀12,第一平流泵I按恒定的流量,泵送至第二回压阀11处有蒸馏水流出,停止第一平流泵1,关闭第四截止阀9、打开第五截止阀10、打开第六截止阀12,第二平流泵14给第二回压阀11加载回压至P1后,打开第四截止阀9、关闭第二截止阀4、关闭第六截止阀12,第一平流泵I加载压力至P2 (P2)P1),设定第一平流泵I恒定压力P2,经过时间t,关闭第一截止阀3,关闭第一平流泵1,关闭第四截止阀9、关闭第五截止阀10、打开第六截止阀12,开启第二平流泵14,加载压力至P2,打开第四截止阀9、打开第二截止阀4,设定第二平流泵14恒定压力P2,以时间t为周期重复以上步骤;f加载底端压力:
开启第三平流泵,加载底端压力,当压力加载至P1时,关闭底端管线的进口与出口,使岩样底端成为一个密闭空间;
具体是:打开第七截止阀24、第八截止阀26,开始第三平流泵22,以恒定流量泵送溶液至第八截止阀26出有实验用液流出,关闭第八截止阀26,设定平流泵目标压力P2,加载至目标压力P2后,关闭第七截止阀24 ;g数据采集:
实时观察记录第一、第二、第三和第四压力传感器所显示的压力值,并准备记录化学势测试仪测量所得的岩样两端化学势的值,注意其变化规律;
控制面板中可得到顶端压力随时间变化曲线,底端压力随时间变化曲线,顶端化学势随时间变化曲线,底端化学势随时间变化曲线,用于观察岩样顶端与底端的压力变化及化学势变化;
h更改实验状态,循环实验:
改变恒温箱温度及顶端与底端的压力,重复步骤a至g,得到不同温度及压力条件下化学势在岩样的分布规律;i实验结束
实验结束时,首先停止所述多个平流泵的运行,放空回压阀回压,卸载顶端与底端的压力,在岩样两端压力卸载完成后,在控制面板设定围压压力为零,将高压釜中围压卸载为零,待高压釜中压力卸载完成后,停止围压泵,驱出高压釜中液压油,拆卸高压釜及岩样夹持器,取出岩样,观测岩样是否完好;拆卸用于循环实验用液的管线及中间容器,用蒸馏水清洗实验管线及中间容器,防止实验用液对管线的腐蚀,重新组装管线与中间容器。
[0024] 另外,需要说明的是:中国专利文献公开号为202339307U的专利(下称“已有专利”)与本发明在名字上相似,但专利内容是完全不同的,不同点在于:
1、实验目的不同。已有专利实验目的是模拟井下温度和压力条件。测定泥页岩的吸水扩散系数,而本发明的实验目的是通过对温度、压力以及岩样两端化学势差的控制,可模拟实际地层条件下不同流体类型驱动过程中泥岩内部流体的流动,研究不同温压条件、不同类型流体作用下液体在泥岩内部的流动机理;
2、实验装置不同。已有专利所用实验装置只是对岩样加载围压与顶端压力,不需要加载底端压力,且顶端的压力控制系统无法实现实验用液在岩样底端的保压循环,本发明需要对岩样加载围压、顶端压力与底端压力,且为满足实验需求与增加实验精度,顶端的压力控制系统可以保证顶端实验用液在岩样顶端保压循环;
3、实验原理不同。已有专利的实验原理是在模拟地下高温高压的环境下,用称重法测量岩样吸水状况,也只需要一种实验用液就可以满足实验需求,而本发明的实验原理是测试泥岩岩样两端压力及化学势变化,研究不同温压条件、不同类型流体作用下液体在泥岩内部的流动机理,所以至少需要两种实验用液,且要实时测量岩样两端压力及化学势的变化;
4、实验结果不同。已有专利的实验结果是通过称重法测得泥页岩的吸水扩散系数,而本发明最终可以得到某一特定温度下岩样两端压力随时间的变化数据、两端化学势随时间的变化数据,又通过设定不同的温度,进而得到不同温度下的变化规律。

Claims (9)

1.一种泥岩化学势扩散系数测试装置,其特征是:包括压力控制系统、温度控制系统、高压釜及辅助数据采集与控制系统,其中压力控制系统分为围压加载系统、顶端压力加载系统及底端压力加载系统,所述的围压加载系统有围压泵(20),顶端压力加载系统有第一平流泵(I)、第二平流泵(14)、第一中间容器(7)、第二中间容器(8)、第一回压阀(5)、第二回压阀(11)、第一截止阀(3)、第二截止阀(4)、第三截止阀(6)、第四截止阀(9)、第五截止阀(10)和第六截止阀(12),底端压力加载系统有第三平流泵(22)、第三中间容器(23)、第七截止阀(24)、第八截止阀(26),温度控制系统有恒温箱(16),高压釜(17)放置在恒温箱(16)中,岩样夹持器(18)安装在高压釜(17)中;辅助数据采集与控制系统包括第一压力传感器(2)、第二压力传感器(13)、第一化学势测试仪(15)、第三压力传感器(19)、第二化学势测试仪(21)、第四压力传感器(25); 所述的岩样夹持器(18)的顶端一路依次通过第一化学势测试仪(15)、第一中间容器(7)、第三截止阀(6)、第一回压阀(5)、第一截止阀(3)和第一压力传感器(2)连接到第一平流泵(I);岩样夹持器(18)的顶端的另一路依次通过第二中间容器(8)、第四截止阀(9)、第二回压阀(11 )、第六截止阀(12)和第二压力传感器(13)连接到第二平流泵(14); 所述的岩样夹持器(18)的底部的一路通过第二化学势测试仪(21)、第四压力传感器(25)、第七截止阀(24)、第三中间容器(23)连接到第三平流泵(22);岩样夹持器(18)的底部的另一路连接第八截止阀(26); 所述的岩样夹持器(18)的一侧通过第三压力传感器(19)连接围压泵(20)。
2.根据权利要求1所述的泥岩化学势扩散系数测试装置,其特征是:所述的第一回压阀(5)上连接第二截止阀(4)。
3.根据权利要求1所述的泥岩化学势扩散系数测试装置,其特征是:所述的第二回压阀(11)上连接第五截止阀(10)。
4.根据权利要求1所述的泥岩化学势扩散系数测试装置,其特征是:所述的高压釜(17)包括卡环(40)、套环(41)、高压釜壳体(43)、底座(44),所述的高压釜壳体(43)的底部设有开口,开口通过“王”字形的底座(44)固定密封,底座(44)的上部通过卡环(40 )将底座(44)与高压釜壳体(43)底部的卡槽固定在一起,并在卡环(40)外侧设有套环(41)固定;高压釜壳体(43)的内腔安设岩样夹持器(18),高压釜壳体(43)的顶部设有围压流体出口(42)。
5.根据权利要求4所述的泥岩化学势扩散系数测试装置,其特征是:所述的岩样夹持器(18)包括定位栓(33)、夹持器底座(34)、橡胶套(36)、铁片箍(37)、夹持器压头(38)、夹持器支架(39),所述的夹持器底座(34)的下部通过定位栓(33)与高压釜的底座(44)连接,夹持器底座(34)的上部固定夹持器支架(39),夹持器支架(39)的顶部设有夹持器压头(38),夹持器压头(38)与夹持器底座(34)之间通过铁片箍(37)固定橡胶套(36),橡胶套(36)内装有测试用的岩样(35)。
6.根据权利要求5所述的泥岩化学势扩散系数测试装置,其特征是:所述的夹持器压头(38)的中心和偏心处分别设有循环凹槽,两个循环凹槽分别通过管线连接顶端流体入口(27)和顶端流体出口(31),穿过夹持器底座(34)引到高压釜的底座(44)外端。
7.根据权利要求5所述的泥岩化学势扩散系数测试装置,其特征是:所述的夹持器底座(34)的中心和偏心处分别设有循环凹槽,两个循环凹槽分别通过管线连接底端流体入口(28 )和底端流体出口( 29 ),并分别穿过夹持器底座(34 )引到高压釜的底座(44 )外端。
8.根据权利要求5所述的泥岩化学势扩散系数测试装置,其特征是:所述的夹持器底座(34)的一侧通过管线连接围压流体入口(30),分别穿过夹持器底座(34)引到高压釜的底座(44)外端。
9.一种如上述权利要求1-8中任一项所述的泥岩化学势扩散系数测试方法,其特征是包括以下步骤: a连接实验装置: 根据实验要求,连接实验装置;其中在连接所述的第一、第二及第三中间容器时,首先要调整各个中间容器的活塞位置,并使活塞靠近泵入钻井液一段的平流泵,进而延长钻井液单泵循环时间,减小更换钻井液泵入方向的频率;调整完中间容器位置之后,将过滤好的钻井液分别注入顶端与底端的中间容器中,并将中间容器连接到钻井液循环管线上,在所有实验管线连接好之后,检查各接口是否已完全密闭,确保实验管线的密闭性;b放置岩样: 实验所用岩样的规格为直径25mm、高IOmm,获取岩样后将其放入岩样夹持器中,并将夹持器压头与橡胶套用铁片箍固定,确保岩样完全密封,使得围压、顶端压力、底端压力相互隔离;之后将岩样夹持器放入高压釜中,关闭高压釜,并检查其密闭性;c加载围压: 通过伺服电机向高压釜中泵入围压油,至完全充满高压釜;启动围压泵,进行施加围压; d温度控制: 打开恒温箱,根据实验要求设置恒温箱上的值,在温度达到设定值之后,进行下一步操作; e循环钻井液,加载顶端压力: 开启顶端的第一平流泵和第二平流泵,加载第一回压阀和第二回压阀的回压,两个回压阀加载至相同回压P2,先由第一平流泵工作,加载顶端压力,加载至压力P1,经过时间t后,再由第二平流泵工作,加载顶端压力,同样加载至P1,以时间t为周期,两个平流泵往复加载,保持端实验用液在岩样顶端循环;f加载底端压力: 开启第三平流泵,加载底端压力,当压力加载至P1时,关闭底端管线的进口与出口,使岩样底端成为一个密闭空间;g数据采集: 实时观察记录第一、第二、第三和第四压力传感器所显示的压力值,并准备记录化学势测试仪测量所得的岩样两端化学势的值,注意其变化规律;h更改实验状态,循环实验: 改变恒温箱温度及顶端与底端的压力,重复步骤a至g,得到不同温度及压力条件下化学势在岩样的分布规律;i实验结束 实验结束时,首先停止所述多个平流泵的运行,放空回压阀回压,卸载顶端与底端的压力,在岩样两端压力卸载完成后,在控制面板设定围压压力为零,将高压釜中围压卸载为零,待高压釜中压力卸载完成后,停止围压泵,驱出高压釜中液压油,拆卸高压釜及岩样夹持器, 取出岩样,观测岩样是否完好;拆卸用于循环实验用液的管线及中间容器,用蒸馏水清洗实验管线及中间容器,防止实验用液对管线的腐蚀,重新组装管线与中间容器。
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