CN106198343A - 一种用于岩心驱替实验的围压控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于岩心驱替实验的围压控制装置。主要目的在于为了解决岩心驱替实验中围压无法实现精确控制以及岩心胶套密封性不良的问题。其特征在于：由双腔岩心夹持器、围压承压套筒、围压泵、围压控制器、泄压罐、除泡器、第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀、第一三通阀、第二三通阀、注压管线以及泄压管线组成；其中，除泡器的流体出口通过管线连接到围压泵的入口端，围压泵的流体出口端通过注压管线与双腔岩心夹持器的围压进口相连接，并在围压进口处分别设置第一球阀、第三球阀控制围压流体的注入，双腔岩心夹持器的泄压口通过泄压管线与泄压罐的进液口相连接；双腔岩心夹持器的结构为双腔结构，上下两部分呈轴对称。

Description

一种用于岩心驱替实验的围压控制装置

技术领域

本发明涉及一种应用于石油工程领域中的进行岩心驱替实验时的围压控制装置。

背景技术

在油气田开发过程中尤其针对低渗透油田开发中的最为关键的问题就是如何提高油井产能，地层岩石的储渗性能在诸多影响产能因素中尤为重要，对于压敏油藏而言，岩石物性与岩石力学性质的关系更为密切。在油田投入开发之前，上覆地层压力与油藏压力、岩层骨架所承受的压力三者处于平衡状态，在油田开发过程中，油藏岩石内压力是处于不断变化的状态，地层压力逐渐降低，从而使得岩石有效压力(上覆岩层压力与地层压力之差称为有效压力)增加。地层压力将发生变化，岩石受到压缩，岩石中的微小孔道闭合，从而引起地层储渗性能的变化，油井的产能受到影响。目前，大部分的岩心驱替实验实施过程中多采用哈氏（Hassler）岩心夹持器，该岩心夹持器只能装载单一岩心，且常规岩心驱替实验装置不能合理地模拟出油气田开发过程中地下岩心所受应力的变化状态，难以同时测试变围压下，不同地层岩心的开发参数，以及无法避免注围压过程中由于气泡不稳定扰动对围压精确控制与调节产生的干扰，并且原岩心夹持器采用手动加围压的方式进行加压，难以精确控制围压的注入。同时，原岩心夹持器在模拟高压地层驱替过程中，岩心胶套存在密封性不良，以致岩心胶套进水而影响实验过程的问题。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种用于岩心驱替实验的围压控制装置，该种用于岩心驱替实验的围压控制装置结构简单，能够分别对不同或同一岩心施加可变围压，以合理模拟地层中岩心所受应力的状态，实现驱替实验过程中围压多点动态监测与精确控制，解决了在模拟高压地层驱替过程中，由于常规岩心胶套密闭性不良而造成实验过程中岩心密胶进水的问题，有效避免了对实验造成的干扰。

本发明的技术方案是：该种用于岩心驱替实验的围压控制装置，由双腔岩心夹持器、围压承压套筒、围压泵、围压控制器、泄压罐、除泡器、第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀、第一三通阀、第二三通阀、注压管线以及泄压管线组成；其中，除泡器的流体出口通过管线连接到围压泵的入口端，围压泵的流体出口端通过注压管线与双腔岩心夹持器的围压进口相连接，并在双腔岩心夹持器的围压进口处分别设置第一球阀、第三球阀控制围压流体的注入，双腔岩心夹持器的泄压口通过泄压管线与泄压罐的进液口相连接，并在双腔岩心夹持器的泄压口处分别设置第二球阀、第四球阀控制围压流体的排出，双腔岩心夹持器的导线接口分别通过导线连接到围压控制器的接线口处，围压控制器通过导线与围压泵相连接；

所述双腔岩心夹持器的结构为双腔结构，上下两部分呈轴对称，整体为不锈钢材质，其中夹持器筒体的上端分别设置围压进口和泄压口，在夹持器筒体的下端设置导线接口，在夹持器腔体内部的两端分别设置有连接螺纹；所述双腔岩心夹持器设置有第一旋紧盖、第二旋紧盖、第三旋紧盖，均为不锈钢材质，整体呈凸状，并且其内部均设置成空心圆柱状；其中，所述第一旋紧盖的内外表面分别设置有连接螺纹，第一旋紧盖与岩心夹持器筒体之间通过螺纹相连接，并将夹持器内部的承压套筒固定；所述第二旋紧盖的内外表面分别设置有连接螺纹，第二旋紧盖与第一旋紧盖之间通过螺纹进行连接；所述第三旋紧盖的外表面设置有连接螺纹，第三旋紧盖与第二旋紧盖之间通过螺纹相连接，在第三旋紧盖的内部留有驱替管线通道，以便将管线从中穿过；所述双腔岩心夹持器内部设置有岩心堵头和堵头座，均为不锈钢材质，并且内部呈空心圆柱状；其中岩心堵头的外表面设置有连接螺纹，在堵头座的内表面设置连接螺纹，岩心堵头与堵头座之间通过螺纹连接的方式进行连接固定；所述密封顶块为不锈钢材质，置于第三旋紧盖与堵头座之间，其凸状前端嵌入至堵头座内部，并通过第三旋紧盖的旋紧作用来调整密封顶块的嵌入位置；所述岩心胶套固定于岩心堵头的凸状前端；所述承压套筒置于双腔岩心夹持器的腔体内部，承压套筒为高分子合成橡胶材质，整体形状呈空心圆柱体；在承压套筒顶部的左右两端分别设置有流道，流道的形状为楔形状，倾斜角度设置为30°；所述承压套筒内设置有环形承压腔，用于承载所注入的围压流体，实现对岩心施加围压；所述承压套筒的空心圆柱体部分用于装载岩心胶套，承压套筒与岩心胶套相接触的内壁面上设置有固定卡槽，用于将压力传感器固定在承压套筒内；在承压套筒的端部设置导线通道，以便将压力传感器的导线接出至夹持器的导线接口处；

所述双腔岩心夹持器内部的轴向密封装置包括波纹吸盘、管线接帽、压缩弹簧、弹簧顶杆、弹簧压帽和密封顶块；其中，波纹吸盘的一端通过螺纹的连接方式固定在管线接帽的内部，所述压缩弹簧套在弹簧顶杆与管线接帽之间，弹簧顶杆的端部设置有连接螺纹，弹簧压帽通过螺纹与弹簧顶杆相连接，同时将压缩弹簧固定；所述弹簧压帽的外部设置有环状凸卯，并与密封顶块的前端的环形凹槽相互卯合，使二者相互固定，同时密封顶块将弹簧压帽向前顶进，使前端的波纹吸盘与岩心胶套内的岩心相互压紧；

所述压力传感器用于采集岩心胶套的围压变化数据，通过导线将电信号传递至外部的围压控制器内，实现对围压数据的处理并输出结果显示，通过围压控制器对围压泵的调节作用，实现围压流体的精确注入；

所述除泡器通过机组内闭合水循环系统将液体中的游离态气体及溶解态气体去除，达到分离脱气的目的，并通过围压泵将液体注入双腔岩心夹持器内。

本发明具有如下有益效果：利用该装置可实现双岩心同时进行驱替实验，有效避免因气泡的不稳定性扰动对围压产生的波动干扰，实现精确控制不同或同一地层的围压变化情况，便于设置对照试验，从而可探究不同或同一地层条件下岩石的储渗性能随围压的变化规律，确定储层在不同围压下合理生产压差等规律，测试各项流动参数，并且该装置又可实现驱替过程中围压多点动态监测以及高压地层驱替过程的仿真模拟，同时在此基础上解决了模拟高压地层驱替实验过程中原有岩心胶套由于密封性不良致使岩心进水的问题。本发明结构简单，操作方便高效，有效避免了实验过程中不确定性因素对实验过程的干扰，给科研工作创造了极大便利。

附图说明：

图1是本发明双腔岩心夹持器结构剖面图。

图2是本发明承压套筒内部结构示意图。

图3是本发明岩心轴向密封装置结构示意图。

图4是本发明围压控制系统整体结构示意图。

图中1-驱替管线通道，2-第一旋紧盖，3-围压进口，4-夹持器筒体，5-环形承压腔，6-承压套筒筒体，7-流道，8-泄压口，9-第二旋紧盖，10-第三旋紧盖，11-导线接口，12-导线通道，13-密封顶块，14-岩心堵头，15-岩心室，16-岩心胶套，17-堵头座，18-压力传感器，19-卡槽，20-弹簧压帽，21-弹簧顶杆，22-压缩弹簧，23-管线接帽，24-波纹吸盘，25-除泡器，26-围压泵，27-围压控制器，28-导线，29-泄压罐，30-第四球阀，31-双腔岩心夹持器，32-第三球阀，33-驱替管线，34-第一三通阀，35-第一球阀，36-第二球阀，37-泄压管线，38-注压管线，39-第二三通阀。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图4所示，该一种用于岩心驱替实验的围压控制装置，包括双腔岩心夹持器31、围压承压套筒6、围压泵26、围压控制器27、泄压罐29、除泡器25、第一球阀35、第二球阀36、第三球阀32、第四球阀30、第一三通阀34、第二三通阀33、注压管线38、泄压管线37。其中除泡器31的流体出口通过管线连接到围压泵26的入口端，围压泵26的流体出口端通过注压管线38与双腔岩心夹持器31的围压进口3相连接，并在双腔岩心夹持器31的围压进口3处分别设置第一球阀35、第三球阀32控制围压流体的注入，双腔岩心夹持器的泄压口8通过泄压管线37与泄压罐29的进液口相连接，并在双腔岩心夹持器31的泄压口处分别设置第二球阀36、第四球阀30控制围压流体的排出。双腔岩心夹持器31的导线接口11分别通过导线连接到围压控制器27的接线口处。围压控制器27通过导线与围压泵相连接。

所述双腔岩心夹持器31的结构为双腔结构，上下两部分呈轴对称，整体为不锈钢材质，其中夹持器筒体4的上端分别设置围压进口3和泄压口8，在夹持器筒体4的下端设置导线接口11，在夹持器腔体内部的两端分别设置有连接螺纹。所述双腔岩心夹持器31设置有第一旋紧盖2、第二旋紧盖9、第三旋紧盖10，均为不锈钢材质，整体呈凸状，并且其内部均设置成空心圆柱状。其中所述第一旋紧盖2的内外表面分别设置有连接螺纹，第一旋紧盖2与岩心夹持器筒体31之间通过螺纹相连接，并将夹持器内部的承压套筒6固定。所述第二旋紧盖9的内外表面分别设置有连接螺纹，第二旋紧盖9与第一旋紧盖2之间通过螺纹进行连接。所述第三旋紧盖10的外表面设置有连接螺纹，第三旋紧盖10与第二旋紧盖9之间通过螺纹相连接，在第三旋紧盖10的内部留有驱替管线通道1，以便将管线从中穿过。所述双腔岩心夹持器31内部设置有岩心堵头14和堵头座17，均为不锈钢材质，并且内部呈空心圆柱状。其中岩心堵头14的外表面设置有连接螺纹，在堵头座17的内表面设置连接螺纹，岩心堵头14与堵头座17之间通过螺纹连接的方式进行连接固定。所述密封顶块13为不锈钢材质，置于第三旋紧盖10与堵头座17之间，其凸状前端嵌入至堵头座17内部，并通过第三旋紧盖10的旋紧作用来调整密封顶块的嵌入位置。所述岩心胶套16固定于岩心堵头14的凸状前端。所述承压套筒6置于双腔岩心夹持器的腔体内部，承压套筒6为高分子合成橡胶材质，整体形状呈空心圆柱体。在承压套筒6顶部的左右两端分别设置有流道7，为充分隔挡分离气泡，增加气泡进入阻力，并考虑气泡的贾敏效应，将流道7的形状设置为楔形状，倾斜角度设置为30°，以达到最大的气泡分离效果。所述承压套筒6内设置有环形承压腔5，用于承载所注入的围压流体，实现对岩心施加围压。所述承压套筒6的空心圆柱体部分用于装载岩心胶套16，承压套筒6与岩心胶套16相接触的内壁面上设置有固定卡槽19，用于将压力传感器27固定在承压套筒6内。在承压套筒6的端部设置导线通道12，以便将压力传感器27的导线接出至夹持器的导线接口处11。

所述双腔岩心夹持器内部的轴向密封装置包括波纹吸盘24，管线接帽23，压缩弹簧22，弹簧顶杆21、弹簧压帽20、密封顶块13。其中，波纹吸盘24的一端通过螺纹的连接方式固定在管线接帽23的内部。所述压缩弹簧22套在弹簧顶杆21与管线接帽之间，弹簧顶杆21的端部设置有连接螺纹，弹簧压帽20通过螺纹与弹簧顶杆21相连接，同时将压缩弹簧22固定。所述弹簧压帽20的外部设置有环状凸卯，并与密封顶块13的前端的环形凹槽相互卯合，使二者相互固定，同时密封顶块13将弹簧压帽20向前顶进，使前端的波纹吸盘24与岩心胶套16内的岩心相互压紧。

所述压力传感器18用于采集岩心胶套16的围压变化数据，通过导线将电信号传递至外部的围压控制器27内，实现对围压数据的处理并输出结果显示，通过围压控制器27对围压泵26的调节作用，实现围压流体的精确注入。

所述除泡器25通过机组内闭合水循环系统将液体中的游离态气体及溶解态气体去除，达到分离脱气的目的，并通过围压泵将液体注入双腔岩心夹持器31内。

本种装置已经在东北石油大学进行了实验性应用，应用数据证明了本装置可以很好地解决岩心驱替实验中围压无法实现精确控制以及岩心胶套密封性不良的问题。

Claims (1)

1.一种用于岩心驱替实验的围压控制装置，由双腔岩心夹持器（31）、围压承压套筒（6）、围压泵（26）、围压控制器（27）、泄压罐（29）、除泡器（25）、第一球阀（35）、第二球阀（36）、第三球阀（32）、第四球阀（30）、第一三通阀（34）、第二三通阀（33）、注压管线（38）以及泄压管线（37）组成；其中，除泡器（31）的流体出口通过管线连接到围压泵（26）的入口端，围压泵（26）的流体出口端通过注压管线（38）与双腔岩心夹持器（31）的围压进口（3）相连接，并在双腔岩心夹持器（31）的围压进口（3）处分别设置第一球阀（35）、第三球阀（32）控制围压流体的注入，双腔岩心夹持器的泄压口（8）通过泄压管线（37）与泄压罐（29）的进液口相连接，并在双腔岩心夹持器（31）的泄压口处分别设置第二球阀（36）、第四球阀（30）控制围压流体的排出，双腔岩心夹持器（31）的导线接口（11）分别通过导线连接到围压控制器（27）的接线口处，围压控制器（27）通过导线与围压泵相连接；

所述双腔岩心夹持器（31）的结构为双腔结构，上下两部分呈轴对称，整体为不锈钢材质，其中夹持器筒体（4）的上端分别设置围压进口（3）和泄压口（8），在夹持器筒体（4）的下端设置导线接口（11），在夹持器腔体内部的两端分别设置有连接螺纹；所述双腔岩心夹持器（31）设置有第一旋紧盖（2）、第二旋紧盖（9）、第三旋紧盖（10），均为不锈钢材质，整体呈凸状，并且其内部均设置成空心圆柱状；其中，所述第一旋紧盖（2）的内外表面分别设置有连接螺纹，第一旋紧盖（2）与岩心夹持器筒体（31）之间通过螺纹相连接，并将夹持器内部的承压套筒（6）固定；所述第二旋紧盖（9）的内外表面分别设置有连接螺纹，第二旋紧盖（9）与第一旋紧盖（2）之间通过螺纹进行连接；所述第三旋紧盖（10）的外表面设置有连接螺纹，第三旋紧盖（10）与第二旋紧盖（9）之间通过螺纹相连接，在第三旋紧盖（10）的内部留有驱替管线通道（1），以便将管线从中穿过；所述双腔岩心夹持器（31）内部设置有岩心堵头（14）和堵头座（17），均为不锈钢材质，并且内部呈空心圆柱状；其中岩心堵头（14）的外表面设置有连接螺纹，在堵头座（17）的内表面设置连接螺纹，岩心堵头（14）与堵头座（17）之间通过螺纹连接的方式进行连接固定；所述密封顶块（13）为不锈钢材质，置于第三旋紧盖（10）与堵头座（17）之间，其凸状前端嵌入至堵头座（17）内部，并通过第三旋紧盖（10）的旋紧作用来调整密封顶块的嵌入位置；所述岩心胶套（16）固定于岩心堵头（14）的凸状前端；所述承压套筒（6）置于双腔岩心夹持器的腔体内部，承压套筒（6）为高分子合成橡胶材质，整体形状呈空心圆柱体；在承压套筒（6）顶部的左右两端分别设置有流道（7），流道（7）的形状为楔形状，倾斜角度设置为30°；所述承压套筒（6）内设置有环形承压腔（5），用于承载所注入的围压流体，实现对岩心施加围压；所述承压套筒（6）的空心圆柱体部分用于装载岩心胶套（16），承压套筒（6）与岩心胶套（16）相接触的内壁面上设置有固定卡槽（19），用于将压力传感器（27）固定在承压套筒（6）内；在承压套筒（6）的端部设置导线通道（12），以便将压力传感器（27）的导线接出至夹持器的导线接口处（11）；

所述双腔岩心夹持器内部的轴向密封装置包括波纹吸盘（24）、管线接帽（23）、压缩弹簧（22）、弹簧顶杆（21）、弹簧压帽（20）和密封顶块（13）；其中，波纹吸盘（24）的一端通过螺纹的连接方式固定在管线接帽（23）的内部，所述压缩弹簧（22）套在弹簧顶杆（21）与管线接帽之间，弹簧顶杆（21）的端部设置有连接螺纹，弹簧压帽（20）通过螺纹与弹簧顶杆（21）相连接，同时将压缩弹簧（22）固定；所述弹簧压帽（20）的外部设置有环状凸卯，并与密封顶块（13）的前端的环形凹槽相互卯合，使二者相互固定，同时密封顶块（13）将弹簧压帽（20）向前顶进，使前端的波纹吸盘（24）与岩心胶套（16）内的岩心相互压紧；

所述压力传感器（18）用于采集岩心胶套（16）的围压变化数据，通过导线将电信号传递至外部的围压控制器（27）内，实现对围压数据的处理并输出结果显示，通过围压控制器（27）对围压泵（26）的调节作用，实现围压流体的精确注入；

所述除泡器（25）通过机组内闭合水循环系统将液体中的游离态气体及溶解态气体去除，达到分离脱气的目的，并通过围压泵将液体注入双腔岩心夹持器（31）内。