CN106124565A - 一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其包括用于对待测试岩心进行周向机械密封固定的岩心夹持器，用于盛装测试液体的测量池和信号测量处理装置；岩心夹持器包括从上到下依次连接的密封盖、密封套和密封底座，密封盖中心开设直径小于待测试岩心直径的贯穿孔，密封套包括能收缩的金属外套和设置在金属外套内用于容纳待测试岩心的橡胶套，密封底座中心设置金属电极，金属电极底部与直接穿过密封底座中心的电极导线相连接；测量池内设置有与金属电极一起组成电化学三电极体系的参比电极和对电极；信号测量处理装置包括电化学工作站和计算机，电化学工作站分别与参比电极、对电极和电极导线相连接，计算机与电化学工作站连接。

Description

一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置
技术领域
本发明涉及一种密封固定装置，尤其涉及一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置。
背景技术
目前，非常规天然气储层的开发依赖大规模水力压裂改造来获得工业油气流。在水力压裂改造过程中和改造后，大量压裂液与储层岩石发生相互作用，使得储层岩石物性发生一系列改变。研究这种水岩相互作用，对于了解储层岩石内部物性变化，指导压裂施工，设计压裂液体系等一系列施工开发过程具有重要意义。非常规油气是典型的边际资源，其孔隙尺度达到了微-纳米级，传统的岩石物性测试评价技术中以分子尺度颗粒为“信息载体”，受到了极大的挑战，比如页岩的孔隙度测试、孔隙连通性测试、页岩膜效率测试等，都比常规储层的岩石物性测试难度大很多，测试时间也十分漫长；而且，长周期的物性测试中，页岩本身的性质也会受到环境参数变化的影响。各种储层岩石具有不同的导电能力，其电阻率与其含油物性、含水物性、孔隙度及孔隙连通性有较大关系。
交流阻抗谱方法是一种以小振幅正弦波电位为扰动信号的电测量方法，可以检测各种固体、液体内部以及它们界面上束缚和移动电荷的动力学行为，具有对测试体系干扰小、可提供多角度界面状态和过程信息、测试数据可靠的特点。交流阻抗谱方法被广泛应用于电化学学科中的电极过程研究、地铁中的杂散电流研究、金属的腐蚀研究、生物学领域的生物膜研究、材料领域中的物理力学性能研究等研究领域中，通过检测电子、离子在溶液或固体(导体或者半导体)表面的运移特征和规律，来反映被测试物体的物性，间接反映物体的表面及结构特征。由于交流阻抗谱测试技术在页岩电化学测试中的“信息载体”是离子和电子，其尺寸比分子小得多，这些带电微粒子更容易通过非常规储层岩石中的微-纳米孔隙，间接反映出储层岩心的微孔隙物理特征，可用于页岩等非常规致密储层的岩石物性研究。
但是，目前对于非常规储层岩心的交流阻抗特性还缺乏相应的研究，也没有专门用于测试非常规储层岩心交流阻抗谱的装置。现有的交流阻抗谱测量装置一般为开放式系统，测试物件与电极均放置于溶液中，测试物件通常使用树脂等一些材料进行防水处理，这种化学的处理方式会改变岩心的物性，不满足非常规储层岩心测试的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，可以测试非常规致密储层岩心样品在地层流体下的交流阻抗特性，从而能够快速、简便、经济地评价非常规储层岩心的交流阻抗特性，以广泛分析储层内部的水岩相互作用对岩心电学特性的影响。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，该装置包括：用于对待测试岩心进行周向机械密封固定的岩心夹持器，用于盛装测试液体的测量池，和信号测量处理装置；其中，岩心夹持器置于测量池的测试液体中，其包括从上到下依次连接的密封盖、密封套和密封底座，密封盖中心开设直径小于待测试岩心直径的贯穿孔，密封套包括能收缩的金属外套和设置在金属外套内用于容纳待测试岩心的橡胶套，密封底座中心设置金属电极，金属电极底部与直接穿过密封底座中心的电极导线相连接；测量池内设置有参比电极和对电极，参比电极、对电极与金属电极一起组成电化学三电极体系；信号测量处理装置包括电化学工作站和计算机，电化学工作站分别与参比电极、对电极和电极导线相连接，用于采集测量信号；计算机与电化学工作站相连接，用于处理测量信号和实现交流阻抗测试。
金属外套呈两端开口的筒状，其侧壁上沿轴向开设有调整缝，通过降低调整缝的宽度，使金属外套收缩。
密封盖为中心开孔的方形金属板，密封套的金属外套为方形筒，密封底座为方形金属板；密封盖和密封底座的四角以及金属外套顶面和底面的四角分别开设四个螺丝孔，密封盖和密封套以及密封套和密封底座均通过螺栓相连接；密封盖和密封底座的四个螺丝孔中与调整缝相对应一侧的两个相邻的螺丝孔为条形开口。
调整缝的宽度为5mm；金属外套的套壁上垂直于调整缝和金属外套的径向方向开设贯穿调整缝两侧金属外套的套壁的调整螺丝孔，调整螺丝孔内设置有调整螺丝，通过拧紧调整螺丝使调整缝的宽度降低。
金属外套和橡胶套的高度与岩心的高度一致，橡胶套的内径与岩心的直径相匹配，金属外套的内径与橡胶套的外径尺寸相匹配；橡胶套与金属外套之间、橡胶套与岩心之间均采用间隙配合。
金属电极的尺寸和形状与岩心底面的尺寸和形状相一致，金属电极为铜质或者铂质金属电极；金属电极与密封底座之间还设置有橡胶垫。
密封盖的下表面围绕贯穿孔边缘以及密封底座上表面围绕金属电极外缘分别开设有密封圈槽，密封圈槽内设置对应的橡胶密封圈；密封盖上的橡胶密封圈直接压在岩心的上表面，形成上部空间的机械密封，岩心通过密封盖中心的贯穿孔与测量池内的液体相接触；密封套和密封底座之间通过橡胶密封圈实现密封连接，形成底部空间的机械密封。
密封圈槽与贯穿孔边缘之间的距离为2mm。
电化学工作站采用常规多通道或者单通道电化学工作站。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，通过使用纯物理机械密封方式，避免了传统交流阻抗测试装置中使用树脂包裹等化学方法做防水处理时对岩心渗透性的损伤，可以测试非常规致密储层岩心样品在地层流体下的交流阻抗特性，实现了对岩心阻抗谱的无伤害测量。2、本发明的用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，密封装置结构简单，密封效果可靠，可重复使用，能够快速、简便、经济地评价非常规储层岩心的交流阻抗特性，以广泛分析储层内部的水岩相互作用对岩心电学特性的影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的岩心夹持器的主视图；
图3是本发明的岩心夹持器的剖视图；
图4是本发明的密封套的主视图；
图5是本发明的密封套的俯视图；
图6是本发明的密封盖的俯视图；
图7是本发明的密封盖的仰视图；
图8是本发明的密封底座的俯视图；
图9是图8中A-A剖面的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其包括岩心夹持器1、测量池2和信号测量处理装置3。
如图2和图3所示，岩心夹持器1包括从上到下依次可拆卸连接的密封盖11、密封套12和密封底座13；其中，密封盖11中心开设有一贯穿孔111，且贯穿孔111的直径比待测试的岩心4的直径略小；密封套12包括可收缩的金属外套121和设置在金属外套121内的橡胶套122，橡胶套122用于容纳岩心4，金属外套121收缩时挤压内部的橡胶套122，达到使岩心4周向机械密封的效果；密封底座13中心设置一金属电极131，金属电极131底部与一直接穿过密封底座13中心的电极导线14相连。
如图1所示，测量池2用于盛装测试岩心4所需的液体，液体可以是按需求配置的地层水或者压裂液，测量池2内设置有参比电极21、对电极22以及用于固定岩心夹持器1的安装座(图中未示出)，参比电极21、对电极22与岩心夹持器1里的金属电极131(即工作电极)一起组成电化学三电极体系。信号测量处理装置3包括电化学工作站31和计算机32，电化学工作站31分别与参比电极21、对电极22和电极导线14相连接，用于采集测量信号。计算机32与电化学工作站31相连接，用于处理测量信号，可实现交流阻抗测试。
上述实施例中，如3、图4和图5所示，金属外套121呈两端开口的筒状，其侧壁上沿轴向开设有一调整缝123，通过降低调整缝123的宽度，使金属外套121收缩，挤压内部的橡胶套122，从而达到使岩心4周向机械密封的效果。
上述实施例中，如图3至图9所示，密封盖11、密封套12和密封底座13的形状和尺寸相适配，例如，当密封盖11为中心开孔的方形金属板时，则密封套12的金属外套121为方形筒，密封底座13为具有一定厚度的方形金属板；密封盖11和密封底座13的四角以及金属外套121顶面和底面的四角分别开设有四个螺丝孔17，密封盖11和密封套12以及密封套12和密封底座13通过螺栓18相连接；密封盖11和密封底座13的四个螺丝孔17中与调整缝123相对应一侧的两个相邻的螺丝孔112为条形开口，缩小调整缝123宽度的时候，金属外套121随之收缩，会带动调整缝123一侧螺丝孔17的位置往内发生一定的位移，而条形开口允许螺栓18杆有一定的活动余量。
上述实施例中，如图3、图4和图5所示，调整缝123的宽度为5mm；金属外套121套壁上垂直于调整缝123和金属外套121径向方向开设有贯穿调整缝123两侧金属外套121套壁的调整螺丝孔124，调整螺丝孔124内设置有调整螺丝125，通过拧紧调整螺丝125，使调整缝123的宽度降低，金属外套121收缩，挤压内部的橡胶套122达到岩心4周向机械密封的效果。
上述实施例中，金属外套121和橡胶套122的高度与岩心4的高度一致；橡胶套122的内径与岩心4的直径相匹配，金属外套121的内径与橡胶套122的外径尺寸相匹配；橡胶套122与金属外套121之间、橡胶套122与测试岩心4之间均采用间隙配合，允许有微量的活动空间。
上述实施例中，橡胶套122的外壁具有一定的厚度，以确保金属外套121收缩时橡胶套122不会损坏，保证橡胶套122的密封效果。
上述实施例中，金属电极131的尺寸和形状与岩心4底面的尺寸和形状相一致，金属电极131为铜质或者铂质金属电极。
上述实施例中，如图3和图9所示，金属电极131与密封底座13之间设置具有一定厚度的橡胶垫132，用于保证金属电极131在受压力后与岩心4下表面充分接触。
上述实施例中，如图3、图7、图8和图9所示，密封盖11的下表面围绕贯穿孔111边缘和密封底座13上表面围绕金属电极131外缘分别开设有密封圈槽15，用于安装对应设置的橡胶密封圈16；密封盖11上的橡胶密封圈16直接压在岩心4的上表面，形成上部空间的机械密封，岩心4通过密封盖11中心的贯穿孔111与测量池2内部的液体相接触；密封套12和密封底座13之间通过橡胶密封圈16实现密封连接，形成底部空间的机械密封。
上述实施例中，密封圈槽15与贯穿孔111边缘之间的距离为2mm。
上述实施例中，电化学工作站31是常规电化学工作站，可选用多通道或者单通道电化学工作站。
本发明的用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，在使用时的方法如下：(1)将预制好的与橡胶套尺寸相匹配的柱状岩心放入橡胶套内，拧紧金属外套上的调整螺丝，使调整缝的宽度降低，金属外套收缩，挤压橡胶套达到岩心周向机械密封的效果；(2)在密封底座的密封圈槽内放入橡胶密封圈，将密封底座安装到装有岩心的密封套的底部；(3)在密封盖的密封圈槽内放入橡胶密封圈，将密封盖安装到装有岩心的密封套的顶部；(4)将装配好的岩心夹持器整体包裹防水漆，做整体的防水处理，防止金属与液体体系直接接触影响测试结果。(5)将做完整体防水处理的岩心夹持器通过安装座安装到测量池内，并将岩心夹持器底部的电极导线与电化学工作站相连接。(6)向测量池内倒入配置好的溶液体系，通电之后开始测量岩心的阻抗特征，通过计算机接收处理信号。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，该装置包括：
用于对待测试岩心进行周向机械密封固定的岩心夹持器，
用于盛装测试液体的测量池，和
信号测量处理装置；
其中，岩心夹持器置于测量池的测试液体中，其包括从上到下依次连接的密封盖、密封套和密封底座，密封盖中心开设直径小于待测试岩心直径的贯穿孔，密封套包括能收缩的金属外套和设置在金属外套内用于容纳待测试岩心的橡胶套，密封底座中心设置金属电极，金属电极底部与直接穿过密封底座中心的电极导线相连接；
测量池内设置有参比电极和对电极，参比电极、对电极与金属电极一起组成电化学三电极体系；
信号测量处理装置包括电化学工作站和计算机，电化学工作站分别与参比电极、对电极和电极导线相连接，用于采集测量信号；计算机与电化学工作站相连接，用于处理测量信号和实现交流阻抗测试。
2.如权利要求1所述的一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，金属外套呈两端开口的筒状，其侧壁上沿轴向开设有调整缝，通过降低调整缝的宽度，使金属外套收缩。
3.如权利要求2所述的一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，密封盖为中心开孔的方形金属板，密封套的金属外套为方形筒，密封底座为方形金属板；密封盖和密封底座的四角以及金属外套顶面和底面的四角分别开设四个螺丝孔，密封盖和密封套以及密封套和密封底座均通过螺栓相连接；密封盖和密封底座的四个螺丝孔中与调整缝相对应一侧的两个相邻的螺丝孔为条形开口。
4.如权利要求2或3所述的一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，调整缝的宽度为5mm；金属外套的套壁上垂直于调整缝和金属外套的径向方向开设贯穿调整缝两侧金属外套的套壁的调整螺丝孔，调整螺丝孔内设置有调整螺丝，通过拧紧调整螺丝使调整缝的宽度降低。
5.如权利要求1所述的一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，金属外套和橡胶套的高度与岩心的高度一致，橡胶套的内径与岩心的直径相匹配，金属外套的内径与橡胶套的外径尺寸相匹配；橡胶套与金属外套之间、橡胶套与岩心之间均采用间隙配合。
6.如权利要求1所述的一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，金属电极的尺寸和形状与岩心底面的尺寸和形状相一致，金属电极为铜质或者铂质金属电极；金属电极与密封底座之间还设置有橡胶垫。
7.如权利要求1所述的一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，密封盖的下表面围绕贯穿孔边缘以及密封底座上表面围绕金属电极外缘分别开设有密封圈槽，密封圈槽内设置对应的橡胶密封圈；密封盖上的橡胶密封圈直接压在岩心的上表面，形成上部空间的机械密封，岩心通过密封盖中心的贯穿孔与测量池内的液体相接触；密封套和密封底座之间通过橡胶密封圈实现密封连接，形成底部空间的机械密封。
8.如权利要求7所述的一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，密封圈槽与贯穿孔边缘之间的距离为2mm。
9.如权利要求1所述的一种用于测量致密岩石阻抗特征的密封固定测量装置，其特征在于，电化学工作站采用常规多通道或者单通道电化学工作站。
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