CN104373072B - 一种微观驱替模型注采口的密封装置及密封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种微观驱替模型注采口的密封装置及密封方法，密封装置包括主轴，主轴内部设有液体通道与流体注入管线连接；主轴第一端为直径较小的圆柱体，第一端与受到轴向压力后能产生径向变形的密封头螺纹连接，主轴第二端为直径较大的圆柱体，主轴上形成有台肩部；主轴直径较小的圆柱体外部套设有外筒，外筒第一端抵靠在密封头上，第二端与主轴的台肩部之间有一定距离；套筒型端帽套设在外筒的第二端以及主轴的第二端外部，在套筒型端帽内壁、外筒的第二端以及台肩部之间形成一环形密闭空间；套筒型端帽的侧壁上设有透孔并通过管线与微型液压泵连接。本发明密封强度可人为调整，密封性能可靠；且抗腐蚀能力、抗磨损性较强，无需定期更换密封件。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气藏流体渗流实验中的微观驱替技术，尤其涉及一种微观驱替模型注采口的密封装置及密封方法。
背景技术
在油气田开发提高石油采收率的技术研究中，无论采用哪种方法，都涉及到驱替介质和被驱替介质，即在注入某种驱替介质后，通过油气采收率来评价注入该种介质的方法或技术的可行性。而要得到油气采收率通常是通过微观驱替模型来进行实验，一种常用的微观驱替模型为微观玻璃刻蚀模型，利用微观玻璃刻蚀模型可以较为快速直观地评价注入介质性能的优劣。微观玻璃刻蚀模型为两个大小一致的玻璃板烧结而成，其中一个玻璃板内表面刻有孔道。该模型上有一个注入口和一个采出口简称注采口。注采口与金属管线间的密封问题一直困扰着石油科技工作者。通常采用的密封方式为，金属管线通过O型圈与玻璃模型的注采口之间进行密封，该密封方式存在以下几个弊端：一是遇到注入介质为类似CO2等具有腐蚀性质的气体或液体时，严重缩短O型圈的使用寿命，可能在实验中途发生渗漏，无法提前预知；二是O型圈与玻璃面在压力的作用下容易改变位置而导致渗漏；三是在压力的作用下，O型圈与玻璃面间并不总是完美地贴在一起，如果温度过高或者压力变化较快，或者外界围压变化较大，这些因素都容易导致泄漏。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种微观驱替模型注采口的密封装置及密封方法，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微观驱替模型注采口的密封装置及密封方法，密封强度可人为调整，密封性能可靠。
本发明的另一目的在于提供一种微观驱替模型注采口的密封装置及密封方法，抗腐蚀能力、抗磨损性较强，实验过程中不需要维护，无需定期更换密封件。
本发明的目的是这样实现的，一种微观驱替模型注采口的密封装置，其特征在于：所述密封装置包括一主轴，所述主轴由两段不同直径的圆柱体组成，主轴内部设有液体通道，该液体通道与一流体注入管线连接；所述主轴的第一端为小直径端圆柱体，所述第一端与受到轴向压力后能产生径向变形的密封头螺纹连接，所述密封头套设在主轴的第一端部；主轴的第二端为大直径端圆柱体，从而主轴上形成有台肩部；在主轴小直径端圆柱体外部套设有外筒，所述外筒的第一端抵靠在密封头上，外筒的第二端与主轴的台肩部之间有一定距离；一套筒型端帽套设在外筒的第二端以及主轴的第二端外部，在套筒型端帽内壁、外筒的第二端以及台肩部之间形成一环形密闭空间；套筒型端帽的侧壁上设有与所述环形密闭空间连通的透孔；所述透孔通过管线与一微型液压泵连接。
在本发明的一较佳实施方式中，密封头为一端封闭、一端开口的圆柱形套筒部件；密封头的封闭端设有与主轴内的液体通道对应的通过孔；密封头的外壁上设有环向凹槽，所述环向凹槽内设有柔性密封套组件；密封头的内壁设有内螺纹与主轴第一端设置的外螺纹连接，密封头的开口端套设在主轴的第一端部；在密封头侧壁的圆周方向设有多个均匀分布的断开槽，所述断开槽从密封头的开口端开始沿轴向延伸至环向凹槽附近，沿圆周方向将密封头的侧壁断开为多个部分。
在本发明的一较佳实施方式中，外筒的第一端抵靠在密封头的开口端，外筒的第二端与主轴之间、外筒的第二端与套筒型端帽之间均设有O型密封圈。
在本发明的一较佳实施方式中，套筒型端帽为一端封闭、一端开口的套筒型部件；套筒型端帽的封闭端设有供主轴和外筒穿过的孔道，套筒型端帽的开口端套设在主轴的第二端外部并用O型密封圈密封。
在本发明的一较佳实施方式中，套筒型端帽与主轴之间相对固定设置；在对应套筒型端帽封闭端的外筒外壁上设有一段外螺纹，并螺纹连接套设有防复位螺母。
在本发明的一较佳实施方式中，在流体注入管线与主轴上液体通道的连接处，以及微型液压泵连接的管线与套筒型端帽上透孔的连接处均采用管线密封螺丝进行密封连接。
在本发明的一较佳实施方式中，密封头采用金属铜制成。
在本发明的一较佳实施方式中，柔性密封套组件为采用聚四氟乙烯制成的密封套件。
本发明的目的是这样实现的，一种采用以上所述的密封装置的微观驱替模型注采口的密封方法，包括如下步骤：
S1、将所述密封装置插入微观玻璃刻蚀模型的注入口或采出口位置，使密封头上的柔性密封套组件与注入口或采出口紧密接触；
S2、启动微型液压泵，以每分钟0.1ml的注入速度向环形密闭空间内注入液压油，当环形密闭空间内压力升至0.1MPa时，改为恒压模式，使环形密闭空间内压力保持在0.1MPa；
S3、将防复位螺母旋向套筒型端帽的封闭端一侧，直到防复位螺母抵靠在套筒型端帽的封闭端并旋紧为止；
S4、利用液体注入泵，通过流体注入管线、主轴的液体通道向微观玻璃刻蚀模型内部注入液体，进行憋压；
S5、当微观玻璃刻蚀模型内注入的液体压力达到实验目标压力后，稳定憋压30分钟，观察密封装置与注采口的密封端是否有渗漏；如果有渗漏，用微型液压泵以0.1MPa压力梯度增加环形密闭空间内的压力，直至没有渗漏为止，然后重复步骤S3。
在本发明的一较佳实施方式中，在微观玻璃刻蚀模型的外部施加围压，在执行步骤S2和步骤S5的过程中，控制微观玻璃刻蚀模型的外部围压，使外部围压始终大于环形密闭空间内压力，且两者之间的压力差保持为2MPa。
由上所述，本发明在驱替实验过程中密封强度可人为调整，密封性能可靠；且抗腐蚀能力、抗磨损性较强，进行CO2等具有腐蚀性注入流体实验时，无需定期更换密封件，保持驱替实验的连通性和可持续性。本发明也可以用在活塞容器或者PVT设备(指测量流体压力-体积-温度变化关系的仪器)中，适用于玻璃驱替模型、胶结驱替模型等一系列驱替物理实验模型，5-10年内无需更换密封部件，为提高采收率机理研究提供可靠的实验技术手段。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明密封装置的结构示意图。
图2：为本发明中密封头的侧视图。
图3：为本发明中密封头的主视图。
图4：为本发明用在微观玻璃刻蚀模型中的连接示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供一种微观驱替模型注采口的密封装置10，微观驱替模型中比较常用的有微观玻璃刻蚀模型，本实施方式中采用的就是微观玻璃刻蚀模型a，本发明也可以适用于一维/二维/三维胶结驱替模型的注采口密封。该密封装置10包括一个主轴1，主轴1由两段不同直径的圆柱体组成，主轴1内部设有液体通道11，该液体通道11与流体注入管线12连接，用于向微观玻璃刻蚀模型a内注入流体。图1中仅以线条的形式表示该液体通道11，实施时主轴1内的液体通道11可以是任何形式，其与流体注入管线12的连接口也可以设在主轴1上的任何位置。主轴1的第一端13为小直径端圆柱体，主轴第一端13与受到轴向压力后能产生径向变形的密封头2螺纹连接，该螺纹连接采用密封螺纹连接；密封头2采用具有弹性变形能力的材料制造，本实施方式采用金属铜来制作密封头2。密封头2套设在主轴第一端13的端部；主轴1的第二端14为大直径端圆柱体，从而主轴1上形成有台肩部15；在主轴1小直径端圆柱体的外部套设有外筒3，外筒3的第一端31抵靠在密封头2上，外筒3的第二端32与主轴1的台肩部15之间有一定距离；套筒型端帽4套设在外筒3的第二端32以及主轴1的第二端14外部，从而在套筒型端帽4内壁、外筒3的第二端32以及台肩部15之间形成一个环形密闭空间5。套筒型端帽4的侧壁上设有与环形密闭空间5连通的透孔41；透孔41通过管线42与一个微型液压泵6连接。
如图1和图4所示，该密封装置10插入在微观玻璃刻蚀模型a的注采口b处，通过微型液压泵6向环形密闭空间5内注入液体使环形密闭空间5内产生压力，压力作用在外筒3的第二端32，并通过抵靠在密封头2上的外筒3的第一端31传递到密封头2上，使密封头2受到一个轴向的压力，从而密封头2会产生径向变形，即密封头2向径向方向扩张，从而使密封头2与注采口b处的接触压力增加产生密封效果。可以控制微型液压泵6向环形密闭空间5内注入液体的压力来调节密封的强度，产生可靠的密封效果。
进一步，如图2和图3所示，密封头2为一端封闭、一端开口的圆柱形套筒部件；密封头2的封闭端21设有与主轴1内的液体通道11对应的通过孔22；密封头2的外壁上设有环向凹槽，环向凹槽内设有柔性密封套组件23；柔性密封套组件23为采用聚四氟乙烯制成的密封套件，聚四氟乙烯具有良好的耐腐蚀和耐老化的能力，可以显著增加密封头的使用寿命，进行CO2等具有腐蚀性注入流体实验时，无需定期更换密封件，保持驱替实验的连通性和可持续性。密封头2的内壁设有内螺纹与主轴第一端13设置的外螺纹连接，密封头2的开口端25套设在主轴第一端13的端部。在密封头2侧壁的圆周方向设有多个均匀分布的断开槽24，断开槽24从密封头2的开口端25开始沿密封头2的轴向延伸至环向凹槽附近，从而沿圆周方向将密封头2的侧壁断开为多个部分。断开槽24从密封头的开口端25沿轴向延伸至环向凹槽上部2mm，占密封头总长度的75％为宜。外筒3的第一端31抵靠在密封头2的开口端25，当开口端25受到轴向的压力后，就会在径向方向产生向外的膨胀变形，而开口端25的侧壁被断开为多个部分，是为了提高产生膨胀变形的能力。断开槽24应该至少为4个，沿圆周方向将密封头的侧壁断开为至少4个部分，如果断开槽24少于4个则密封头2的膨胀变形能力不好，本实施方式中采用6个断开槽24。
进一步，如图1所示，套筒型端帽4为一端封闭、一端开口的套筒型部件；套筒型端帽4的封闭端43设有供主轴1和外筒3穿过的孔道，套筒型端帽4的开口端44套设在主轴的第二端14外部。外筒3的第二端32与主轴1之间、外筒3的第二端32与套筒型端帽4之间以及套筒型端帽4的开口端44与主轴的第二端14之间均采用O型密封圈9密封。
进一步，套筒型端帽4与主轴1之间相对固定设置；在对应套筒型端帽4封闭端43的外筒3外壁上设有一段外螺纹33，外螺纹33上螺纹连接套设有防复位螺母8。当将防复位螺母8旋向套筒型端帽4并抵靠锁紧在封闭端43上时，由于套筒型端帽4与主轴1相对固定，套筒型端帽4不会因受力而移动，防复位螺母8可以防止外筒3施加在密封头2上的压力减小；这时，微型液压泵6向环形密闭空间5内注入液体的压力即使减小也不会影响密封头的密封性能。
进一步，流体注入管线12与主轴1上液体通道11的连接处，以及微型液压泵6连接的管线42与套筒型端帽上透孔41的连接处均采用管线密封螺丝7进行密封连接。
本发明还提供了一种微观驱替模型注采口的密封方法，该密封方法包括如下步骤：
S1、将所述密封装置10插入微观玻璃刻蚀模型a的注入口b或采出口b位置，使密封头2上的柔性密封套组件23与注入口或采出口紧密接触；
S2、启动微型液压泵6，以每分钟0.1ml的注入速度向环形密闭空间5内注入液压油，当环形密闭空间5内压力升至0.1MPa时，改为恒压模式，使环形密闭空间内压力保持在0.1MPa；在该步骤中，如果在微观玻璃刻蚀模型a的外部施加有围压(围压是指各向等压的应力状态，即作用在任一点上的三个主应力相等，在地壳中称静岩压力或静地压力)，需要控制围压的大小，使外部围压始终大于环形密闭空间5内的压力，且两者之间的压力差保持为2MPa。
S3、将防复位螺母8旋向套筒型端帽4的封闭端43一侧，直到防复位螺母8抵靠在套筒型端帽的封闭端43并旋紧为止；此时，微型液压泵6向环形密闭空间5内注入液体的压力即使减小也不会影响密封头的密封性能。
S4、利用液体注入泵，通过流体注入管线12、主轴的液体通道11向微观玻璃刻蚀模型a内部注入液体，进行憋压；
S5、当微观玻璃刻蚀模型a内注入的液体压力达到实验目标压力后，稳定憋压30分钟，观察密封装置10与注采口b的密封端是否有渗漏；如果有渗漏，用微型液压泵6以0.1MPa压力梯度增加环形密闭空间5内的压力，直至没有渗漏为止，然后重复步骤S3。步骤S5中，如果在微观玻璃刻蚀模型a的外部施加有围压，需要控制围压的大小，使外部围压始终大于环形密闭空间5内的压力，且两者之间的压力差保持为2MPa。
由以上内容可以看出，本发明在驱替实验过程中密封强度可人为调整，密封性能可靠；且抗腐蚀能力、抗磨损性较强，进行CO2等具有腐蚀性注入流体实验时，无需定期更换密封件，保持驱替实验的连通性和可持续性。本发明也可以用在活塞容器或者PVT设备中，适用于玻璃驱替模型、胶结驱替模型等一系列驱替物理实验模型，5-10年内无需更换密封部件，为提高采收率机理研究提供可靠的实验技术手段。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种微观驱替模型注采口的密封装置，其特征在于：所述密封装置包括一主轴，所述主轴由两段不同直径的圆柱体组成，主轴内部设有液体通道，该液体通道与一流体注入管线连接；所述主轴的第一端为小直径端圆柱体，所述第一端与受到轴向压力后能产生径向变形的密封头螺纹连接，所述密封头套设在主轴的第一端部；主轴的第二端为大直径端圆柱体，从而主轴上形成有台肩部；在主轴小直径端圆柱体外部套设有外筒，所述外筒的第一端抵靠在密封头上，外筒的第二端与主轴的台肩部之间有一定距离；一套筒型端帽套设在外筒的第二端以及主轴的第二端外部，在套筒型端帽内壁、外筒的第二端以及台肩部之间形成一环形密闭空间；套筒型端帽的侧壁上设有与所述环形密闭空间连通的透孔；所述透孔通过管线与一微型液压泵连接；
所述密封头为一端封闭、一端开口的圆柱形套筒部件；密封头的封闭端设有与主轴内的液体通道对应的通过孔；密封头的外壁上设有环向凹槽，所述环向凹槽内设有柔性密封套组件；密封头的内壁设有内螺纹与主轴第一端设置的外螺纹连接，密封头的开口端套设在主轴的第一端部；在密封头侧壁的圆周方向设有多个均匀分布的断开槽，所述断开槽从密封头的开口端开始沿轴向延伸至环向凹槽附近，沿圆周方向将密封头的侧壁断开为多个部分。
2.如权利要求1所述的微观驱替模型注采口的密封装置，其特征在于：所述外筒的第一端抵靠在密封头的开口端，外筒的第二端与主轴之间、外筒的第二端与套筒型端帽之间均设有O型密封圈。
3.如权利要求1或2所述的微观驱替模型注采口的密封装置，其特征在于：所述套筒型端帽为一端封闭、一端开口的套筒型部件；套筒型端帽的封闭端设有供主轴和外筒穿过的孔道，套筒型端帽的开口端套设在主轴的第二端外部并用O型密封圈密封。
4.如权利要求3所述的微观驱替模型注采口的密封装置，其特征在于：所述套筒型端帽与主轴之间相对固定设置；在对应套筒型端帽封闭端的外筒外壁上设有一段外螺纹，并螺纹连接套设有防复位螺母。
5.如权利要求4所述的微观驱替模型注采口的密封装置，其特征在于：在流体注入管线与主轴上液体通道的连接处，以及微型液压泵连接的管线与套筒型端帽上透孔的连接处均采用管线密封螺丝进行密封连接。
6.如权利要求1所述的微观驱替模型注采口的密封装置，其特征在于：所述密封头采用金属铜制成。
7.如权利要求1所述的微观驱替模型注采口的密封装置，其特征在于：所述柔性密封套组件为采用聚四氟乙烯制成的密封套件。
8.一种采用权利要求1至7中任一权利要求所述密封装置的微观驱替模型注采口的密封方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将所述密封装置插入微观玻璃刻蚀模型的注入口或采出口位置，使密封头上的柔性密封套组件与注入口或采出口紧密接触；
S2、启动微型液压泵，以每分钟0.1ml的注入速度向环形密闭空间内注入液压油，当环形密闭空间内压力升至0.1MPa时，改为恒压模式，使环形密闭空间内压力保持在0.1MPa；
S3、将防复位螺母旋向套筒型端帽的封闭端一侧，直到防复位螺母抵靠在套筒型端帽的封闭端并旋紧为止；
S4、利用液体注入泵，通过流体注入管线、主轴的液体通道向微观玻璃刻蚀模型内部注入液体，进行憋压；
S5、当微观玻璃刻蚀模型内注入的液体压力达到实验目标压力后，稳定憋压30分钟，观察密封装置与注采口的密封端是否有渗漏；如果有渗漏，用微型液压泵以0.1MPa压力梯度增加环形密闭空间内的压力，直至没有渗漏为止，然后重复步骤S3。
9.如权利要求8所述的微观驱替模型注采口的密封方法，其特征在于：在微观玻璃刻蚀模型的外部施加围压，在执行步骤S2和步骤S5的过程中，控制微观玻璃刻蚀模型的外部围压，使外部围压始终大于环形密闭空间内压力，且两者之间的压力差保持为2MPa。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN204252911U (zh) * | 2014-11-04 | 2015-04-08 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种微观驱替模型注采口的密封装置 |
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2014
- 2014-11-04 CN CN201410612441.7A patent/CN104373072B/zh active Active
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| CN204252911U (zh) * | 2014-11-04 | 2015-04-08 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种微观驱替模型注采口的密封装置 |
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| CN104373072A (zh) | 2015-02-25 |
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