CN106706684A - 一种用于ct扫描的岩心夹持器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于CT扫描的岩心夹持器，涉及油气田开发技术领域，该岩心夹持器包括由内向外依次套设并均为上下贯通筒状体的橡胶套筒、碳纤维筒和电加热套，橡胶套筒和碳纤维筒之间形成有环形的围压腔，围压腔内设有热电偶，热电偶和电加热套均与温度控制器电连接，碳纤维筒的顶端密封连接有堵头，碳纤维筒底端密封连接有底座，堵头、底座和橡胶套筒的内壁面围合形成容纳岩心的夹持腔，堵头内设有与夹持腔连通的液体流出孔，底座内设有与夹持腔连通的液体注入孔和与围压腔连通的围压液注入孔，该岩心夹持器能够满足在高温高压条件下对岩心进行稳定的扫描。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及用于研究孔喉尺度下微观剩余油动态分布表征及变化规律的一种用于CT扫描的岩心夹持器。
背景技术
精确描述地层中剩余油的分布在油田开发中是一项很困难的工作。清楚了解地层孔隙结构形态、颗粒性质、流体分布以及两相流体动态运移特征，是剩余油研究的基本方法，同时也是提高采收率的基础。近年来，CT扫描技术被国内外广泛应用于油气田开发领域。CT扫描技术可以对岩心进行多尺度的结构表征，同时不会对岩石内部结构造成损伤，该技术在石油工程领域的应用，终于使精确获得孔隙结构及其流体分布的三维信息图像成为了可能，特别是对于研究孔喉尺度下(精确到纳米级别以下)微观剩余油动态分布表征及变化规律成为了一种可能。通过孔隙结构的提取以及各相流体的分离，可以精确计算多孔介质的孔隙度、渗透率、各相流体体积及表面积等特征参数，为剩余油动态特征的研究提供极大的方便。现阶段经常使用的CT扫描方法，大多数是在没有岩芯夹持器的条件下对裸露岩芯进行CT扫描，不能考虑高温高压等地层条件，识别结果的准确性有待验证。
但是，现有的常规岩心夹持器并不能直接应用在CT扫描技术上。首先，常规岩心夹持器材质不能满足使X射线的无衰减穿透的要求，无法对岩心扫描成像；其次，常规岩心夹持器的直径做的不够小，导致CT扫描的分瓣率很低，不能清楚识别孔喉内剩余油的附存状态，无法对剩余油的变化规律进行研究；再次，现有的岩心夹持器不耐高温，不能实现在高温高压条件下的稳定扫描，也不能实现对夹持器内温度压力的自动控制。
鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种用于CT扫描的岩心夹持器，以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于CT扫描的岩心夹持器，能够满足在高温高压条件下进行驱替实验并对岩心进行稳定的CT扫描。
为达到上述目的，本发明提出一种用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述岩心夹持器包括由内向外依次套设并均为上下贯通筒状体的橡胶套筒、碳纤维筒和电加热套，所述橡胶套筒和所述碳纤维筒之间形成有环形的围压腔，所述围压腔内设有热电偶，所述热电偶和所述电加热套均与温度控制器电连接，所述碳纤维筒的顶端密封连接有堵头，所述碳纤维筒底端密封连接有底座，所述堵头、所述底座和所述橡胶套筒的内壁面围合形成容纳岩心的夹持腔，所述堵头内设有与所述夹持腔连通的液体流出孔，所述底座内设有与所述夹持腔连通的液体注入孔和与所述围压腔连通的围压液注入孔。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述碳纤维筒的顶端凸出于所述橡胶套筒并形成上接头，所述堵头呈柱状并由上向下地插装在所述上接头内，所述堵头的外壁面与所述上接头的内壁面密封配合，所述堵头的底端伸入所述橡胶套筒内形成凸出部，所述液体流出孔由上向下地贯穿所述堵头。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述上接头的内壁上具有至少一条沿所述上接头的周向设置的凸起，所述堵头的外壁上设有与所述凸起对应配合的凹槽，所述凸起卡合在所述凹槽内，所述堵头包括由上向下顺序设置且密封连接的第一堵头体和第二堵头体，所述凹槽设置在所述第一堵头体的外壁上，所述第二堵头体的底端形成所述凸出部，所述第二堵头体与所述碳纤维筒之间、所述第二堵头体与所述第一堵头体之间均设有密封圈。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述碳纤维筒的底端凸出于所述橡胶套筒并形成下接头，所述底座包括上底座和下底座，所述上底座具有上下贯通的安装腔，所述下接头套设在所述安装腔内并与所述上底座紧密贴合，所述下底座包括由上向下顺序设置的封堵部和固定部，所述封堵部呈柱状并插装于所述下接头内，所述封堵部的顶端伸入所述橡胶套筒内，所述封堵部的外壁与所述下接头的内壁密封配合，所述封堵部和所述下接头之间设有密封圈，所述固定部相对于所述封堵部扩径，所述固定部与所述上底座能拆卸地连接。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述液体注入孔和所述围压液注入孔均开设在所述下底座内，所述液体注入孔的一端开口于所述封堵部的顶面并与所述夹持腔相连通，所述液体注入孔的另一端开口于所述固定部的侧壁面，所述围压液注入孔的一端开口于所述封堵部的侧壁面并与所述围压腔相连通，所述围压液注入孔的另一端开口于所述固定部的侧壁面。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述液体流出孔、所述液体注入孔和所述围压液注入孔均通过阀门组件能拆卸地连接有聚醚醚酮树脂管线，所述液体流出孔远离所述夹持腔的一端、所述液体注入孔远离所述夹持腔的一端和所述围压液注入孔远离所述围压腔的一端均设有安装腔，每个所述安装腔内均对应插装有所述阀门组件。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述阀门组件包括：
阀门接头，插装于所述安装腔内并与所述安装腔的内壁螺纹连接，所述阀门接头背向所述安装腔的一端为安装端，所述阀门接头插入所述安装腔的一端为连通端，所述连通端呈圆锥状，所述安装腔具有连通段，所述连通段的内壁面为与所述连通部对应配合的圆锥面，所述连通部顶抵在所述圆锥面上，所述阀门接头内设有液流通道，所述液流通道的一端开口于所述安装端的端面形成安装口，所述液流通道的另一端开口于所述阀门接头的侧壁面形成连通口，通过所述阀门接头在所述安装腔内的移动控制所述连通口与所述连通段的连通和隔断；
卡套压帽，插设于所述安装口内并与所述液流通道的内壁密封连接，所述聚醚醚酮树脂管线贯穿所述卡套压帽并延伸至所述液流通道内。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述下接头包括由上至下顺序设置的直径部与膨胀部，所述直径部呈筒状，所述膨胀部呈中空的锥台状，所述膨胀部夹紧在所述上底座和所述封堵部之间，所述膨胀部的侧壁厚度大于所述直径部的侧壁厚度。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述下底座内还可设有导线孔，所述导线孔的一端开口于所述封堵部的侧壁上并与所述围压腔相连通，所述导线孔的另一端开口于所述下底座的底面上，所述导线孔内穿设有导线，所述热电偶通过所述导线与所述温度控制器电连接，所述下底座的下表面还开设有线槽，所述线槽的一端与所述导线孔相连通，所述线槽的另一端开口在所述下底座的侧壁面上，所述导线嵌设在所述线槽内，所述下底座的下表面还设有多个固定槽，所述固定槽与CT扫描仪转盘样品台上的凸起对应配合，多个所述固定槽沿所述下表面的周向均布。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述导线孔内还设有导线接头，所述导线接头包括由上至下顺序设置的金属垫片、密封垫片和空心螺栓，所述金属垫片、所述密封垫片和所述空心螺栓均具有容许所述导线穿过的中心孔，所述空心螺栓与所述导线孔的内壁螺纹连接。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述下接头的底面开设有螺纹孔，所述下底座的下表面设有与所述螺纹孔对应配合的安装螺钉，所述安装螺钉贯穿所述固定部并螺纹连接在所述螺纹孔内。
如上所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其中，所述夹持腔内还设有至少一块用以夹紧所述岩心的岩心塞，所述岩心塞设置在所述岩心的上端或下端，所述岩心塞呈柱状，所述岩心塞的长度为1mm～20mm，所述岩心塞的直径与所述岩心的直径相同，所述碳纤维筒的长度为100mm～300mm，所述碳纤维筒的外径为8mm～15mm，所述碳纤维筒包括多个呈筒状的筒体单元，多个所述筒体单元顺序密封连接，所述热电偶的外径小于1mm，所述电加热套的侧壁厚度小于1mm。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：
本发明提出的用于CT扫描的岩心夹持器能够模拟地层高温高压条件进行驱替实验，通过CT扫描结果的分析，能够对微观状态下，特别是孔喉尺度下，剩余油的动态分布表征及变化规律进行研究。同时，由于本发明提出的用于CT扫描的岩心夹持器100能够在CT扫描仪载物台转盘上原位进行高温高压驱替，还保证整个扫描过程中CT扫描仪对同一位置的对准精度。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明提出的用于CT扫描的岩心夹持器的结构示意图；
图2为本发明中堵头的结构示意图；
图3为本发明中阀门组件的结构示意图；
图4为本发明中橡胶套筒的结构示意图；
图5为图4中A处的局部放大图；
图6为本发明中底座的结构示意图；
图7为本发明中底座的俯视图。
附图标记说明：
100 岩心夹持器； 110 橡胶筒；
120 碳纤维筒； 121 上接头121；
1211 凸起； 122 下接头；
1221 直径部； 1222 膨胀部；
1223 安装螺栓； 130 电加热套；
140 围压腔； 150 热电偶；
151 导线； 152 导线接头；
1521 金属垫片； 1522 密封垫片；
1523 空心螺栓； 160 堵头；
161 液体流出孔； 162 凸出部；
163 凹槽； 164 第一堵头体；
165 第二堵头体； 166 密封圈；
170 底座； 171 液体注入孔；
172 围压液注入孔； 173 上底座；
174 下底座； 1741 封堵部；
1742 固定部； 1743 导线孔；
1744 线槽； 1745 固定槽；
175 密封圈； 180 夹持腔；
181 岩心塞； 190 阀门组件；
191 阀门接头； 1911 安装端；
1912 连通端； 1913 液流通道；
1914 安装口； 1915 连通口；
192 卡套压帽； 193 安装腔；
1931 连通段； 201 PEEK管线；
202 PEEK管线； 203 PEEK管线；
300 岩心。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
请参考图1、图4和图5，图1为本发明提出的用于CT扫描的岩心夹持器的结构示意图；图4为本发明中橡胶套筒的结构示意图，图5为图4中A处的局部放大图。如图1所示，本发明提出的用于CT扫描的岩心夹持器100包括由内向外依次套设且均为上下贯通筒状体的橡胶套筒110、碳纤维筒120和电加热套130，如图3所示，橡胶套筒110和碳纤维筒120之间形成有环形的围压腔140，围压腔140内设有热电偶150，热电偶150和电加热套130均与温度控制器(图中未示出)电连接，碳纤维筒120的顶端密封连接有堵头160，碳纤维筒120底端密封连接有底座170，如图3所示，堵头160、底座170和橡胶套筒110的内壁面围合形成容纳待测岩心300的夹持腔180，堵头160内设有与夹持腔180连通的液体流出孔161，底座170内设有与夹持腔180连通的液体注入孔171和与围压腔140连通的围压液注入孔172。
本发明中，套设在碳纤维筒120外侧的电加热套130和设置于围压腔140内的热电偶与温度控制器电连接，能够实现对温度的自动控制，并模拟地层的高温环境；堵头160和底座170分别与碳纤维筒120的两端密封连接，保证了碳纤维筒120内能够模拟地层的高压环境；碳纤维筒120的材料为碳纤维树脂复合材料，碳纤维树脂复合材料是有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，是一种力学性能优异的材料，能够承受高温高压，使得碳纤维筒120重量轻、体积小，同时，碳纤维材料对X射线的吸收率极低，既保证了X射线可以穿透其侧壁，满足了X射线扫描的要求，又能保证侧壁不会随实验压力变化发生变形。因此，本发明提出的用于CT扫描的岩心夹持器100中能够模拟地层高温高压条件进行驱替实验，通过对CT扫描结果的分析，能够对微观剩余油的动态分布表征及变化规律进行研究。
在本发明中，碳纤维树脂复合材料可以为市售材料，例如聚砜，其为略带琥珀色非晶形透明或半透明聚合物，力学性能优异，刚性大、耐磨、耐高温。橡胶套筒110的材料可以选择氟橡胶，其对X射线的吸收率极低且耐高温、耐腐蚀。岩心夹持器100具体的外形尺寸可以根据X射线扫描设备的尺寸来设计，以满足X射线扫描要求，其中，氟橡胶也为已知材料。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图2所示，碳纤维筒120的顶端凸出于橡胶套筒110并形成上接头121，堵头160呈柱状并由上向下地插装在上接头121内，堵头160的外壁面与上接头121的内壁面密封配合，堵头160的底端具有伸入橡胶套筒110内的凸出部162，液体流出孔161由上向下地贯穿堵头160。这样，注入夹持腔180内的液体可以直接经液体流出孔161流出至岩心夹持器100的外部，而不会进入围压腔140内，减少围压腔140内压力和夹持腔180内压力之间的互相干扰。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图2所示，上接头121的内壁上具有至少一条沿上接头121的周向设置的凸起1211，堵头160的外壁上设有与凸起1211对应配合的凹槽163，凸起1211卡合在凹槽163内。通过凸起1211和凹槽163之间的卡合，增加了上接头121和堵头160之间连接强度，如图1所示，可以根据需要在上接头121和堵头1620之间设置有多条凸起1211和多条凹槽163。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图2所示，堵头160包括由上向下顺序设置且密封连接的第一堵头体164和第二堵头体165，凹槽163设置在第一堵头体164的外壁上，第二堵头体165的底端形成凸出部162，第二堵头体165和碳纤维筒120之间、第二堵头体165和第一堵头体164之间均设有密封圈166。第一堵头体164为碳纤维堵头体，第一堵头体164选用的材料与碳纤维筒120的材料一致，进一步保证了堵头160和碳纤维筒120之间的连接强度，及对碳纤维筒120内部高压的抗压强度；第二堵头体165为哈氏合金堵头体，即第二堵头体165的材料为哈氏合金，哈氏合金为已知材料，是镍基合金的一种，具有良好的抗腐蚀性，能够有效防止用于驱替实验的液体的酸腐蚀。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图6所示，碳纤维筒120的底端凸出于橡胶套筒110并形成下接头122，底座170包括上底座173和下底座174，上底座173具有上下贯通的安装腔，下接头122套设在安装腔内并与上底座173紧密贴合，下底座174包括由上向下顺序设置的封堵部1741和固定部1742，封堵部1741呈柱状并插装于下接头122内，封堵部1741的顶端伸入橡胶套筒110内，封堵部1741的外壁与下接头122的内壁密封配合，固定部1742相对于封堵部1741扩径，固定部1742与上底座173能拆卸地连接，这样，下接头122被夹紧在上底座173和下底座174之间，实现了下接头122和底座170之间能拆卸地连接。其中，上底座173和下底座174均为哈氏合金材料，能够有效防止用于驱替实验室为液体的酸腐蚀。上底座173和下底座174可以通过安装螺栓能拆卸地连接。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图6所示，液体注入孔171和围压液注入孔172均开设在下底座174内，液体注入孔171的一端开口于固定部1742的侧壁面，液体注入孔171的另一端开口于封堵部1741的顶面并与夹持腔180相连通，围压液注入孔172的一端开口于固定部1742的侧壁面，围压液注入孔172的另一端开口于封堵部1741的侧壁面并与围压腔140相连通。这样，由围压液注入孔172注入的围压液可以直接进入围压腔140而不会进入夹持腔180，由液体注入孔171注入的用于驱替实验的液体可以直接进入夹持腔180而不会进入围压腔140，保证了围压腔140内压力和夹持腔180内压力的可控性。同时，由于用于驱替的液体可以由液体注入孔171进入夹持腔180再从液体流出孔161直接流出而不会进入围压腔140，这样在进行驱替实验时，在夹持腔180内部压力的作用下，橡胶套筒110会产生径向的膨胀，压缩围压腔140，这时设置于围压腔140内的热电偶150就会紧贴在橡胶套筒110的侧壁上，进一步保证了热电偶150可以准确测量出橡胶套筒110内待测岩心300的温度。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图2和图6所示，液体流出孔161、液体注入孔171和围压液注入孔172分别通过阀门组件190能拆卸地连接有聚醚醚酮树脂管线(PEEK管线)，液体流出孔161远离夹持腔180的一端、液体注入孔171远离夹持腔180的一端和围压液注入孔172远离围压腔140的一端均设有安装腔193，每个安装腔193中均对应插装有阀门组件190。具体的，液体注入孔171通过一阀门组件190与PEEK管线201相连接，围压液注入孔172通过另一阀门组件190与PEEK管线202相连接，液体流出孔161通过再一阀门组件190与PEEK管线203相连接。PEEK管线(聚醚醚酮树脂管线)能够耐高温、耐化学腐蚀且机械性能优异，能够满足高温高压驱替的要求。当然，聚醚醚酮树脂也为已知材料。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图2和图3所示，阀门组件190包括阀门接头191和卡套压帽192，阀门接头191插装于安装腔193内，阀门接头191的侧壁上设有外螺纹与安装腔193内壁上的内螺纹之间螺纹连接，阀门接头191背向安装腔193的一端为安装端1911，阀门接头191插入安装腔的一端为连通端1912，连通端1912呈圆锥状，安装腔193具有连通段1931，连通段1931的内壁面为与连通部1912对应配合的圆锥面，连通部1912的侧壁顶抵在圆锥面上，阀门接头191内设有液流通道1913，液流通道1913的一端开口于安装端1911的端面上形成安装口1914，液流通道1913的另一端开口于阀门接头191的侧壁面形成连通口1915，通过阀门接头191在安装腔193内的移动控制连通口1915与连通段1931的连通和隔断；卡套压帽192插设于安装口1914内并与液流通道1913的内壁密封连接，PEEK管线贯穿卡套压帽192并延伸至液流通道1913内。当需要连通段1931和PEEK管线连通时，将阀门接头191向外旋出，连通端1912与连通段1931的内壁面产生间隙，连通口1915与连通段1931相连通，安装腔193处于打开状态；当需要连通段1931和PEEK管线200隔断时，将阀门接头191向内拧紧，连通端1912顶抵在连通段1931的内壁面上，连通段1931被封堵死，连通口1915与连通段1931隔断，阀门组件190处于关闭状态。这样十分方便地控制液体流出孔161与PEEK管线203、液体注入孔171与PEEK管线201以及围压液注入孔172与PEEK管线202的连通和隔断。另外，拧紧阀门接头191，可断开连接拆卸下PEEK管线201、202、203，方便快捷，避免了PEEK管线201、202、203拉扯对CT扫描过程中转盘样品台旋转的影响。
在一个可选的例子中，阀门接头191的外螺纹靠近安装端1911，连通口1915靠近连通端1912，在阀门接头191和安装腔193的内壁之间还设有密封圈194，密封圈194呈O型并设置在阀门接头191的外螺纹和连通口1915之间，防止PEEK管线和连通段1931内的液体外泄至阀门接头191之外。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图6所示，下接头122包括由上至下顺序设置的直径部1221与膨胀部1222，直径部1221呈筒状，膨胀部1222呈中空的锥台状，膨胀部1222夹紧在上底座173和下底座174之间，膨胀部1222的侧壁厚度大于直径部1221的侧壁厚度。膨胀部1222的侧壁增厚，进一步提高了下接头122和底座170之间的连接强度。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图6所示，封堵部1741和下接头122之间设有密封圈175，进一步保证了夹持腔180内的液体和围压腔140内的液体不会外泄。
在本发明一个可选的例子中，如图1所示，下底座174内还设有导线孔1743，导线孔1743的一端开口于封堵部1741的侧壁上并与围压腔140相连通，导线孔1743的另一端开口于下底座174的下表面，导线孔1743内穿设有导线151，热电偶150通过导线151与温度控制器电连接。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图6所示，导线孔1743内还设有导线接头152，导线接头152包括由上至下顺序设置的金属垫片1521、密封垫片1522和空心螺栓1523，金属垫片1521、密封垫片1522和空心螺栓1523均具有容许导线151穿过的中心孔，空心螺栓1523与导线孔1743的内壁螺纹连接。导线接头152中设置有密封垫片1522能够对导线孔1743实现密封，防止围压腔140内的液体经导线孔1743泄漏。
在本发明一个可选的例子中，如图1、图7所示，下底座174的下表面还开设有线槽1744，线槽1744的一端与导线孔1743相连通，线槽1744的另一端开口在下底座174的侧壁面上，导线151嵌设在线槽1744内。这样，导线151不会凸出于下底座174的下表面，保证了下底座174下表面能与CT扫描仪转盘样品台(图中未示出)紧密贴合，保证整个岩心夹持器100可以平稳地放置在CT扫描仪转盘样品台上。
在本发明一个可选的例子中，如图7所示，下接头122的底面开设有螺纹孔，下底座174的下表面设有与螺纹孔对应配合的安装螺钉1223，安装螺钉1223贯穿下底座174的固定部1742并螺纹连接在该螺纹孔内。进一步加强了下接头122与底座170之间的连接强度，保证即使在高温高压的条件下底座170也不会与碳纤维筒120相分离开裂，进而保障实验的顺利进行。安装螺钉1223可以根据试验的需要设置有多个，多个安装螺钉1223沿下接头122的周向均布。
在本发明一个可选的例子中，如图7所示，下底座174的下表面还设有多个固定槽1745，固定槽1745与CT扫描仪转盘样品台上的凸起(图中未示出)对应配合，多个固定槽1745沿下表面的周向均布。这样，用于CT扫描的岩心夹持器100放置在CT扫描仪转盘样品台上后，CT扫描仪转盘样品台上的凸起对应卡合在固定槽1745内，使得用于CT扫描的岩心夹持器100可以随CT扫描仪转盘样品台一同稳定旋转，进一步保证了整个扫描过程中同一位置的对准精度。
在本发明一个可选的例子中，如图1所示，夹持腔180内还设有至少一块用以夹紧岩心300的岩心塞181，岩心塞181设置在岩心300的上端或下端。这样，可以实现同一岩心夹持器100对不同长度的待测岩心300进行CT扫描实验，当放入夹持腔180内的岩心长度小于夹持腔180的长度时，将岩心塞181放置在岩心300的上端或下端，岩心塞181的一端顶抵在岩心300上，岩心塞181的另一端顶抵在堵头160或底座170上，实现对岩心300两端的夹紧。当然，根据夹持腔180长度与待测岩心300长度的差值，以及岩心塞181自身长度，可以在夹持腔180内设置多个岩心塞181，多个岩心塞181可以设置在岩心300的两端，也可以仅设置在岩心300的一端，能保证待测岩心300的长度和多个岩芯塞181的长度之和与夹持腔180的长度相同，实现对待测岩心300的夹紧即可。通过改变岩心塞181的数量，可以实现利用同一用于CT扫描的岩心夹持器100对不同长度的待测岩心进行夹持。
在一个可选的例子中，岩心塞181呈柱状，岩心塞181的长度范围为0mm～20mm，优选为5mm，岩心塞181的直径与待测岩心300的直径相同。
在一个可选的例子中，岩心塞181和橡胶套筒110之间设置有密封圈，以此到达密封的作用。
在本发明一个可选的例子中，如图1所示，碳纤维筒120的长度为100mm～300mm，碳纤维筒的外径为8mm～15mm，能够对直径5mm～8mm，长度为10mm～50mm的待测岩芯进行加持。这样，能够更加针对CT扫描距离与分辨率等限制的特点，使分辨率至少达到5微米，纳米级别也可以达到，进而能根据扫描图像清楚分辨油水分布形态。在一个优选的例子中，碳纤维筒120长度设计为159mm，碳纤维筒120外径尺寸为14mm，待测岩心300直径为8mm，待测岩心300长度为50mm。
由于碳纤维筒120采用了碳纤维材料，即使在如此小的体积下，碳纤维筒120依然具有良好的高温高压性能，不会发生变形。同时，本发明中提出的堵头160的结构及其与碳纤维筒120的连接方式、底座170的结构及其与碳纤维筒120的连接方式，保证了堵头160的与碳纤维筒120的连接强度以及底座170与碳纤维筒120的连接强度，也使得在如此小的体积下，岩心夹持器100的整体也具有良好的高温高压性能，不会发生变形和泄漏。
在本发明一个可选的例子中，碳纤维筒120包括多个呈筒状的筒体单元，多个筒体单元顺序密封连接。在组装碳纤维筒120时，可以根据实验需要及待测岩心的长度选择筒体单元的数量，使组装后的筒体长度满足实验要求。
在本发明一个可选的例子中，电加热套130侧壁的厚度小于1mm，热电偶150直径小于1mm，以减少其对X射线成像的影响。
在一个可选的例子中，热电偶150为外径为0.25mm的超细热电偶，电加热套130的侧壁厚度为0.12mm。进一步减少热电偶150和电加热套130对X射线成像的影响。电加热套130可以为呈筒状的电加热膜制成，具有一定的弹性，使用时将其套在碳纤维筒120外，并使其紧贴碳纤维筒120的外壁进行加热。电加热膜可以采用聚酰亚胺电热膜，具体的，为封装在两层铜箔元件之间的聚酰亚胺膜，为已知材料。
在一个可选的例子中，橡胶套筒110其内径可以设计为8.5mm，橡胶套筒110的长度可以设计为60mm。
在一个可选的例子中，底座170露出下接头的部分其高度设计为58mm，其直径设计为45mm。
在一个可选的例子中，密封圈166、密封圈175均为O型氟橡胶密封圈，对X射线的吸收率极低且耐高温、耐腐蚀。
本发明提出的用于CT扫描的岩心夹持器100的工作过程如下：
安装本发明提出的用于CT扫描的岩心夹持器100，首先将碳纤维筒120、热电偶150和橡胶套筒110由外向内顺序套设连接好；然后，将岩芯塞181从碳纤维筒120底端塞入橡胶套筒110内的夹持腔180，岩心塞181滑至橡胶套筒110顶端。然后，将待测试岩心300从碳纤维筒120底端塞入夹持腔180中，然后，将另一岩心塞181从碳纤维筒120底端塞入夹持腔180中并与待测岩心300紧挨。再然后，将底座170与上述装好待测岩心300的碳纤维筒120相连，其中封堵部1741和碳纤维筒120之间放入密封圈175进行密封，使热电偶150的导线151经导线孔1743和线槽1744引出岩心夹持器100。之后，将液体注入孔171通过阀门组件190与PEEK管线201连接，围压液注入孔172通过另一阀门组件190与PEEK管线202连接，并使两个阀门组件190均处于打开的状态。接下来，将堵头160安装在碳纤维筒120的顶端，在上接头121和第二堵头体165之间、第二堵头体165和第一堵头体164之间均放置密封圈166，并使第一堵头体164与上接头121螺纹连接；通过再一阀门组件190连接液体流出孔161和PEEK管线203，具体为，首先将阀门接头191插入第一堵头体164的安装腔193内并与安装腔193的内壁螺纹连接，然后在阀门接头191的安装口1914内放入密封圈194，再将卡套压帽192从安装口1914插入并使卡套压帽192与阀门接头191固定连接，最后将用于出液的PEEK管线203与卡套压帽192相连。最后，将组装好的用于CT扫描的岩心夹持器100放置到CT扫描仪载转盘样品台上并使岩心夹持器100的底座上的固定槽1745对应卡合于的转盘样品台的凸起上。
在安装好整个用于CT扫描的岩芯夹持器100以及待测岩心300后，执行CT扫描前，进行驱替实验。需要说明的是，待测岩心300在装入岩芯夹持器100的碳纤维筒120之前，已经按照实验要求所需进行预先处理过。首先，使液体注入孔171处、液体流出孔161处和围压液注入孔172处的阀门组件190均处于打开状态。从PEEK管线202经围压液注入孔172向围压腔140内注入流体进行加围压直至围压腔140内的压力达到20MPa，拧紧围压液注入孔172处的阀门接头191，断开连接拆卸下PEEK管线202。打开热电偶150和电加热套130，通过温度控制器设置温度为85℃，对整个用于CT扫描的岩芯夹持器100进行加温，待温度稳定在85℃后，在从PEEK管线201经液体注入孔171向夹持腔180内注入液体(驱替液)进行流体驱替实验，驱替液经过液体流出孔161和PEEK管线203流出并被收集。待驱替结束后，分别拧紧处于液体注入孔171处的阀门接头191和液体流出孔161处的阀门接头191，再分别断开连接并拆卸下PEEK管线201、203。在温度稳定在85℃后，进行CT扫描。在一次CT扫描结束后，进行下一次驱替实验时，只需通过阀门组件190分别连接液体注入孔171和PEEK管线201、围压液注入孔172和PEEK管线202、液体流出孔161和PEEK管线203，再分别松开位于上述三个位置处的阀门接头190，进行第二次驱替实验。依次类推，岩芯夹持器100可以实现在CT扫描仪载物台转盘上原位驱替，保证整个扫描过程中同一位置的对准精度。
当待测岩心300的长度发生变化时，可以通过调整岩心塞的长度和数量来保证岩心夹持器100对待测岩心300两端的夹紧。例如，若橡胶套筒的长度为60mm，待测岩心的长度为50mm时，在待测岩心的两端各加一个长度为5mm的岩芯塞；若待测岩心长度为40mm时，在待测岩心的两端各加一个长度为10mm的岩芯塞，或一端放置一个长度为15mm的岩芯塞，另一端放置一个长度为5mm的岩心塞；当待测岩心为其他长度时，组合方式类似，不再一一列出。优选地，可以使每个岩芯塞长度均为5mm，再根据待测岩心的长度，在两端加入相应数量的岩芯塞，来保证待测岩心刚好在橡胶套筒的中间，并且使岩芯塞与待测试件总长度和等于夹持腔的长度。
还可以同时准备多个用于CT扫描的岩心夹持器，并使每个用于CT扫描的岩心夹持器其夹持腔的规格和尺寸均不相同，实验时，根据待测岩心300的直径尺寸来选择相应规格的岩心夹持器，例如，当待测岩心的直径为5mm时，选用与5mm直径匹配的碳纤维筒体、橡胶套筒、堵头以及底座进行安装连接组成与5mm直径匹配的岩心夹持器；当待测岩心的直径为8mm，选用与8mm直径匹配的碳纤维筒体、橡胶套筒、堵头以及底座进行安装连接组成与8mm直径匹配的岩心夹持器，当然，岩芯塞与待测岩心的组合方式与之前描述中的组合方式相同，不在此赘述。
针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。
Claims (12)
1.一种用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述岩心夹持器包括由内向外依次套设并均为上下贯通筒状体的橡胶套筒、碳纤维筒和电加热套，所述橡胶套筒和所述碳纤维筒之间形成有环形的围压腔，所述围压腔内设有热电偶，所述热电偶和所述电加热套均与温度控制器电连接，所述碳纤维筒的顶端密封连接有堵头，所述碳纤维筒底端密封连接有底座，所述堵头、所述底座和所述橡胶套筒的内壁面围合形成容纳岩心的夹持腔，所述堵头内设有与所述夹持腔连通的液体流出孔，所述底座内设有与所述夹持腔连通的液体注入孔和与所述围压腔连通的围压液注入孔。
2.如权利要求1所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述碳纤维筒的顶端凸出于所述橡胶套筒并形成上接头，所述堵头呈柱状并由上向下地插装在所述上接头内，所述堵头的外壁面与所述上接头的内壁面密封配合，所述堵头的底端伸入所述橡胶套筒内形成凸出部，所述液体流出孔由上向下地贯穿所述堵头。
3.如权利要求2所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述上接头的内壁上具有至少一条沿所述上接头的周向设置的凸起，所述堵头的外壁上设有与所述凸起对应配合的凹槽，所述凸起卡合在所述凹槽内，所述堵头包括由上向下顺序设置且密封连接的第一堵头体和第二堵头体，所述凹槽设置在所述第一堵头体的外壁上，所述第二堵头体的底端形成所述凸出部，所述第二堵头体与所述碳纤维筒之间、所述第二堵头体与所述第一堵头体之间均设有密封圈。
4.如权利要求1所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述碳纤维筒的底端凸出于所述橡胶套筒并形成下接头，所述底座包括上底座和下底座，所述上底座具有上下贯通的安装腔，所述下接头套设在所述安装腔内并与所述上底座紧密贴合，所述下底座包括由上向下顺序设置的封堵部和固定部，所述封堵部呈柱状并插装于所述下接头内，所述封堵部的顶端伸入所述橡胶套筒内，所述封堵部的外壁与所述下接头的内壁密封配合，所述封堵部和所述下接头之间设有密封圈，所述固定部相对于所述封堵部扩径，所述固定部与所述上底座能拆卸地连接。
5.如权利要求4所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述液体注入孔和所述围压液注入孔均开设在所述下底座内，所述液体注入孔的一端开口于所述封堵部的顶面并与所述夹持腔相连通，所述液体注入孔的另一端开口于所述固定部的侧壁面，所述围压液注入孔的一端开口于所述封堵部的侧壁面并与所述围压腔相连通，所述围压液注入孔的另一端开口于所述固定部的侧壁面。
6.如权利要求1、2或5所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述液体流出孔、所述液体注入孔和所述围压液注入孔均通过阀门组件能拆卸地连接有聚醚醚酮树脂管线，所述液体流出孔远离所述夹持腔的一端、所述液体注入孔远离所述夹持腔的一端和所述围压液注入孔远离所述围压腔的一端均设有安装腔，每个所述安装腔内均对应插装有所述阀门组件。
7.如权利要求6所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述阀门组件包括：
阀门接头，插装于所述安装腔内并与所述安装腔的内壁螺纹连接，所述阀门接头背向所述安装腔的一端为安装端，所述阀门接头插入所述安装腔的一端为连通端，所述连通端呈圆锥状，所述安装腔具有连通段，所述连通段的内壁面为与所述连通部对应配合的圆锥面，所述连通部顶抵在所述圆锥面上，所述阀门接头内设有液流通道，所述液流通道的一端开口于所述安装端的端面形成安装口，所述液流通道的另一端开口于所述阀门接头的侧壁面形成连通口，通过所述阀门接头在所述安装腔内的移动控制所述连通口与所述连通段的连通和隔断；
卡套压帽，插设于所述安装口内并与所述液流通道的内壁密封连接，所述聚醚醚酮树脂管线贯穿所述卡套压帽并延伸至所述液流通道内。
8.如权利要求4所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述下接头包括由上至下顺序设置的直径部与膨胀部，所述直径部呈筒状，所述膨胀部呈中空的锥台状，所述膨胀部夹紧在所述上底座和所述封堵部之间，所述膨胀部的侧壁厚度大于所述直径部的侧壁厚度。
9.如权利要求4所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述下底座内还可设有导线孔，所述导线孔的一端开口于所述封堵部的侧壁上并与所述围压腔相连通，所述导线孔的另一端开口于所述下底座的底面上，所述导线孔内穿设有导线，所述热电偶通过所述导线与所述温度控制器电连接，所述下底座的下表面还开设有线槽，所述线槽的一端与所述导线孔相连通，所述线槽的另一端开口在所述下底座的侧壁面上，所述导线嵌设在所述线槽内，所述下底座的下表面还设有多个固定槽，所述固定槽与CT扫描仪转盘样品台上的凸起对应配合，多个所述固定槽沿所述下表面的周向均布。
10.如权利要求9所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述导线孔内还设有导线接头，所述导线接头包括由上至下顺序设置的金属垫片、密封垫片和空心螺栓，所述金属垫片、所述密封垫片和所述空心螺栓均具有容许所述导线穿过的中心孔，所述空心螺栓与所述导线孔的内壁螺纹连接。
11.如权利要求4所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述下接头的底面开设有螺纹孔，所述下底座的下表面设有与所述螺纹孔对应配合的安装螺钉，所述安装螺钉贯穿所述固定部并螺纹连接在所述螺纹孔内。
12.如权利要求1所述的用于CT扫描的岩心夹持器，其特征在于，所述夹持腔内还设有至少一块用以夹紧所述岩心的岩心塞，所述岩心塞设置在所述岩心的上端或下端，所述岩心塞呈柱状，所述岩心塞的长度为1mm～20mm，所述岩心塞的直径与所述岩心的直径相同，所述碳纤维筒的长度为100mm～300mm，所述碳纤维筒的外径为8mm～15mm，所述碳纤维筒包括多个呈筒状的筒体单元，多个所述筒体单元顺序密封连接，所述热电偶的外径小于1mm，所述电加热套的侧壁厚度小于1mm。
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