CN107435538A - 一种岩心密封装置及密封方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种岩心密封装置及密封方法，包括：两块金属压板、上岩心塞、下岩心塞、两个卡槽以及两个围压加载系统，两块金属压板对接后形成用于容置岩心的空腔，岩心的侧表面上涂覆有高温密封胶，上岩心塞和下岩心塞分别封堵岩心的上下两端，并且两块金属压板夹持所述岩心、上岩心塞和下岩心塞；所述两个卡槽将对接后的两块金属压板卡紧，并且两个卡槽上分别连接有一个围压加载系统。本发明的岩心密封装置及方法能够从室温到600℃始终保证岩心的密封性，解决目前300℃以上测量岩心的渗透率或开展岩心注气实验时岩心密封效果差，无法从室温到高温(600℃以上)条件下始终保持岩心有效密封的问题。

Description

一种岩心密封装置及密封方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量岩心的渗透率的实验装置，特别涉及一种高温状态下测量岩心渗透率或开展注气实验的岩心密封装置及密封方法。
背景技术
高温条件下测量岩心的渗透率或开展岩心注气实验难度很大，核心问题是如何在高温条件下密封岩心，岩心密封的效果决定了实验的成功率及实验结果的准确性。
目前，该类实验的密封装置主要由胶质等有机材料制成的密封筒和夹设在密封筒外的夹持器组成，实验时将岩心放置在密封筒内，采用气体或液体作为加压介质施加围压，从而实现在岩心夹持器内胶质等有机材料制成的密封筒对岩心侧表面的密封。还有一种是依靠机械加压的方式，通过千斤顶、丝扣或卡盘加压等方式机械压实厚壁橡胶套来密封岩心侧表面。以上这些密封方法受限于胶质等有机材料类密封材料，而耐温一般低于200℃，因此使用非常受限。
如果将胶质等有机材料制成的密封筒换为铜质或铅质等硬度较低、延展性较好的金属密封筒，耐温可以达到350℃左右，但由于金属高温时易变形，密封效果并不好，测量结果误差较大。由于一些特殊过程，实验温度达到350℃甚至更高，采用以上密封方法不能满足实验要求。
用固体盐作为围压加载介质受限于盐的熔融温度，只有当温度高于盐的熔融温度时才能实现岩心的密封并传递压力，且围压传递误差很大，因此更适用于超高温和超高压下的实验，如超深地层岩石的流变学研究等。
而对于一些过程，例如油页岩原位干馏或煤地下气化等，由于此类矿藏埋藏浅，压力低，实验过程需要了解从较低温度到高温同一岩心的渗透性变化过程，因此有必要设计出一种从室温到高温(600℃以上)条件下始终保持岩心有效密封的岩心密封装置及方法来解决这个问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种岩心密封装置及密封方法，该岩心密封装置及方法能够从室温到600℃始终保证岩心的密封性，解决目前300℃以上测量岩心的渗透率或开展岩心注气实验时岩心密封效果差，无法从室温到高温(600℃以上)条件下始终保持岩心有效密封的问题。
为达上述目的，本发明提供一种岩心密封装置，其包括：两块金属压板、上岩心塞、下岩心塞、两个卡槽以及两个围压加载系统，
其中，所述两块金属压板对接后形成用于容置岩心的空腔，所述岩心的侧表面上涂覆有高温密封胶，所述上岩心塞和下岩心塞分别封堵岩心的上下两端，并且所述两块金属压板夹持所述岩心、上岩心塞和下岩心塞；
所述两个卡槽将对接后的两块金属压板卡紧，并且所述两个卡槽上分别连接有一个围压加载系统。
所述的岩心密封装置，其中，所述两块金属压板对接的表面是平面或是相互配合的非平面。
所述的岩心密封装置，其中，所述下岩心塞中贯穿设有进气管线，并且所述进气管线在下岩心塞的侧面上设有流体入口；所述上岩心塞中贯穿设有出气管线，并且所述进气管线在上岩心塞的侧面上设有流体出口。
所述的岩心密封装置，其中，所述下岩心塞与岩心的下端面之间设有带耐高温石墨密封圈的进气筛，并且所述上岩心塞与岩心的上端面之间也设有带耐高温石墨密封圈的出气筛。
所述的岩心密封装置，其中，所述围压加载系统包括围压加载短程液压缸和围压跟踪泵。
所述的岩心密封装置，其中，所述上岩心塞通过轴压跟踪泵驱动轴向短程液压缸，将压力加载到下岩心塞上。
本发明还提供一种岩心密封方法，其包括以下步骤：
(1)提供两块金属压板，所述两块金属压板对接后能够形成用于容置岩心的空腔，将岩心制备与所述空腔相配合的形状；
(2)将高温密封胶均匀涂覆在所述岩心的侧表面；
(3)在涂覆好高温密封胶的岩心两端放置上岩心塞和下岩心塞，并将上岩心塞、岩心及下岩心塞放入其中一块金属压块的半圆形空腔内；
(4)将两块金属压块对接并夹持所述岩心、上岩心塞和下岩心塞，将对接后的两块金属压块放置到两个卡槽内，并在两个卡槽上分别连接围压加载系统；
(5)启动围压加载系统，将推力通过两个卡槽传递到两块金属压块上，转变为加载到涂覆高温密封胶的岩心上的围压，围压使得涂覆的高温密封胶均匀分散开，在围压作用下高温密封胶的超细固体粉料将金属压块与岩心间的缝隙填满，并保持内聚力使密封膜不破裂，实现对岩心的密封。
所述的岩心密封方法，其中，还包括步骤(6)，其中所述上岩心塞连接有轴向压力加载系统，通过轴压跟踪泵驱动轴向短程液压缸，将压力加载到下岩心塞上。
所述的岩心密封方法，其中，在步骤(3)中，在所述下岩心塞中贯穿设有进气管线，并且在所述进气管线在下岩心塞的侧面上设有流体入口；在所述上岩心塞中贯穿设有出气管线，并且在所述进气管线在上岩心塞的侧面上设有流体出口。
所述的岩心密封方法，其中，在步骤(3)中，在所述下岩心塞与岩心的下端面之间设有带耐高温石墨密封圈的进气筛，并且在所述上岩心塞与岩心的上端面之间也设有带耐高温石墨密封圈的出气筛。
综上所述，发明具有以下技术效果：
1)本发明最高耐温达到600℃以上，能够在高达20MPa的流体注入压力下保持岩心与夹持器间的有效密封；
2)能从室温到600℃连续保持岩心有效密封；
3)本发明可用于油页岩、煤、砂岩、碳酸盐岩、火山岩等各种岩性岩心的密封，可根据岩心的形状和尺寸制造相应形状及尺寸的金属压块满足密封要求；
4)本发明可用于热蒸汽、气体，热、冷水，轻质燃油、润滑剂，原油及天然气等多种注入流体，适用范围广泛；
5)本发明操作简单，单次实验成本很低，每次实验结束用抹布和刷子可轻易擦除金属压块和岩心表面的高温密封胶，便于实验的反复进行，取出的岩心也可以用于其它后续实验。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是根据本发明的岩心密封装置的结构示意图。
图2是根据本发明的岩心密封装置的俯视图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，分别是根据本发明的岩心密封装置的结构示意图和俯视图。本发明提供了一种岩心密封装置，其用于对岩心8进行密封。所述岩心密封装置主要包括：左侧金属压板1、右侧金属压板2、上岩心塞9以及下岩心塞3。
其中，所述左侧金属压板1和右侧金属压板2分别为内圆外方的结构，即当二者将岩心8夹持于中间时，左侧金属压板1和右侧金属压板2能够形成内部具有圆柱形的空腔、而外部为立方体的结构，外部的立方体结构便于传递围压。当然，左侧金属压板1和右侧金属压板2的内腔形状应与岩心8的外部形状相配合，而且金属压板(1、2)与岩心8之间可通过涂覆高温密封胶7而实现对岩心8的密封。
优选地，所述左侧金属压板1与右侧金属压板2对接的表面可以是平面，也可以是如图2所示的相互配合的台阶面，从而进一步增强密封的效果。左侧金属压板1与右侧金属压板2对接的表面并不以上述形式为限，还可以采用其他形状的表面。
所述上岩心塞9将岩心8上方的空间堵塞住，所述下岩心塞3将岩心8下方的空间堵塞住，并且部分上岩心塞9和部分下岩心塞3均由左侧金属压板1和右侧金属压板2夹持。优选地，所述上岩心塞9和下岩心塞3分别采用不锈钢材质制成。
优选地，所述下岩心塞3中贯穿设有进气管线5，并且所述进气管线5在下岩心塞3的侧面上设有流体入口4，用于气体的注入。此外，所述下岩心塞3与岩心8的下端面之间还设有带耐高温石墨密封圈的进气筛6，用于岩心8下端面的密封。
再优选地，所述上岩心塞9中贯穿设有出气管线11，并且所述进气管线11在上岩心塞9的侧面上设有流体出口12，用于气体的排出。此外，所述上岩心塞9与岩心8的上端面之间还设有带耐高温石墨密封圈的出气筛10，用于岩心8上端面的密封。
再有，所述左侧金属压块1与右侧金属压块2分别由左卡槽13和右卡槽14卡紧，所述左卡槽13上连接有左侧围压加载系统15，右卡槽14上连接有右侧围压加载系统16，围压加载系统包括围压加载短程液压缸和围压跟踪泵，用于提供围压，而左、右卡槽13用于传递短程围压到金属压块(1、2)上。优选地，所述左卡槽13和右卡槽14可由不锈钢制成。
所述高温密封胶可采用单组份、膏状密封剂，在金属压块的预加压力作用下，依靠其超细固体粉料将金属压块与岩心间的缝隙填满，并保持内聚力使密封膜不破裂而产生良好的密封效果。
本发明还提供一种岩心密封方法，包括以下步骤：
1)将岩心8制备成与金属压块(1、2)相匹配的尺寸，直径比两个金属压块(1、2)合拢后所形成的空腔内径小1mm左右，沿试件高度，直径的误差不超过0.3mm，试件两端面不平行度误差，最大不超过0.05mm，端面应垂直于轴线，最大偏差不超过0.25°；
2)使用灰泥刀或橡胶刮刀将高温密封胶7均匀涂覆在表面光滑岩心8的侧表面；
3)在涂覆好高温密封胶的岩心8两端放置上、下岩心塞(9、3)，居中放入其中一个金属压块1的半圆形内腔；
4)将另外一个金属压块2与前一块金属压块1对齐，压在加上上、下岩心塞(9、3)的岩心上，将组装好的夹持器放置到不锈钢卡槽(13、14)内；
5)启动围压跟踪泵驱动短程液压缸，缓慢上升压力，将推力通过不锈钢卡槽(13、14)传递到金属压块(1、2)，从而转变为加载到涂覆高温密封胶7的岩心8上的围压，围压使得涂覆的高温密封胶7均匀分散开，在围压作用下高温密封胶超细固体粉料将金属压块(1、2)与岩心8间的缝隙填满，并保持内聚力使密封膜不破裂，实现对岩心的密封。
相应地，将上岩心塞9用支承板(图中未示出)固定，并且上岩心塞9连接有轴向压力加载系统(图中未示出)所述轴向压力加载系统包括轴压跟踪泵和轴向短程液压缸，通过轴压跟踪泵驱动轴向短程液压缸而将压力加载到下岩心塞3上，配合围压加载系统，即可实现岩心三轴向应力的加载，从而实现模拟地层条件下的岩心密封。
实施例
(1)在本实施例中，岩心夹持器由耐高温合金制成的内圆外方，一个凸形、一个凹形的两个中空长方体金属压块组成，两个压块合拢后组成长度为200mm、侧面为边长100mm正方形的长方体，内部空心圆柱的直径为25mm；
(2)加工出直径25mm、长度50mm、表面光滑的岩心，使用橡胶刮刀将高温密封胶均匀涂覆在表面光滑岩心的侧表面，涂覆厚度控制在1mm左右，高温密封胶采用德国博科思(BIRKOSIT Dichtungskitt)F2000型产品，也可以采用其它品牌或自行研发的类似产品；
(3)在涂覆好高温密封胶的岩心两端加上上下岩心塞，居中放入凸形金属压块的半圆形内腔；
(4)将凹形金属压块与凸形金属压块对齐，压在加上上下岩心塞的岩心上，将组装好的夹持器放置到不锈钢卡槽内；
(5)启动围压跟踪泵驱动短程液压缸，缓慢上升压力，将推力通过不锈钢卡槽传递到金属压块，从而转变为加载到涂覆高温密封胶岩心上的围压，围压使得涂覆的高温密封胶均匀分散开，在围压作用下高温密封胶超细固体粉料将金属压块与岩心间的缝隙填满，并保持内聚力使密封膜不破裂，实现岩心的密封。
综上所述，发明具有以下技术效果：
1)本发明最高耐温达到600℃以上，能够在高达20MPa的流体注入压力下保持岩心与夹持器间的有效密封；
2)能从室温到600℃连续保持岩心有效密封；
3)本发明可用于油页岩、煤、砂岩、碳酸盐岩、火山岩等各种岩性岩心的密封，可根据岩心的形状和尺寸制造相应形状及尺寸的金属压块满足密封要求；
4)本发明可用于热蒸汽、气体，热、冷水，轻质燃油、润滑剂，原油及天然气等多种注入流体，适用范围广泛；
5)本发明操作简单，单次实验成本很低，每次实验结束用抹布和刷子可轻易擦除金属压块和岩心表面的高温密封胶，便于实验的反复进行，取出的岩心也可以用于其它后续实验。
相关技术术语的名词解释虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种岩心密封装置，其特征在于，包括：两块金属压板、上岩心塞、下岩心塞、两个卡槽以及两个围压加载系统，
其中，所述两块金属压板对接后形成用于容置岩心的空腔，所述岩心的侧表面上涂覆有高温密封胶，所述上岩心塞和下岩心塞分别封堵岩心的上下两端，并且所述两块金属压板夹持所述岩心、上岩心塞和下岩心塞；
所述两个卡槽将对接后的两块金属压板卡紧，并且所述两个卡槽上分别连接有一个围压加载系统。
2.根据权利要求1所述的岩心密封装置，其特征在于，所述两块金属压板对接的表面是平面或是相互配合的非平面。
3.根据权利要求1所述的岩心密封装置，其特征在于，所述下岩心塞中贯穿设有进气管线，并且所述进气管线在下岩心塞的侧面上设有流体入口；所述上岩心塞中贯穿设有出气管线，并且所述进气管线在上岩心塞的侧面上设有流体出口。
4.根据权利要求3所述的岩心密封装置，其特征在于，所述下岩心塞与岩心的下端面之间设有带耐高温石墨密封圈的进气筛，并且所述上岩心塞与岩心的上端面之间也设有带耐高温石墨密封圈的出气筛。
5.根据权利要求1所述的岩心密封装置，其特征在于，所述围压加载系统包括围压加载短程液压缸和围压跟踪泵。
6.根据权利要求1所述的岩心密封装置，其特征在于，所述上岩心塞通过轴压跟踪泵驱动轴向短程液压缸，将压力加载到下岩心塞上。
7.一种岩心密封方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供两块金属压板，所述两块金属压板对接后能够形成用于容置岩心的空腔，将岩心制备与所述空腔相配合的形状；
(2)将高温密封胶均匀涂覆在所述岩心的侧表面；
(3)在涂覆好高温密封胶的岩心两端放置上岩心塞和下岩心塞，并将上岩心塞、岩心及下岩心塞放入其中一块金属压块的半圆形空腔内；
(4)将两块金属压块对接并夹持所述岩心、上岩心塞和下岩心塞，将对接后的两块金属压块放置到两个卡槽内，并在两个卡槽上分别连接围压加载系统；
(5)启动围压加载系统，将推力通过两个卡槽传递到两块金属压块上，转变为加载到涂覆高温密封胶的岩心上的围压，围压使得涂覆的高温密封胶均匀分散开，在围压作用下高温密封胶的超细固体粉料将金属压块与岩心间的缝隙填满，并保持内聚力使密封膜不破裂，实现对岩心的密封。
8.根据权利要求7所述的岩心密封方法，其特征在于，还包括步骤(6)，其中所述上岩心塞连接有轴向压力加载系统，通过轴压跟踪泵驱动轴向短程液压缸，将压力加载到下岩心塞上。
9.根据权利要求7所述的岩心密封方法，其特征在于，在步骤(3)中，在所述下岩心塞中贯穿设有进气管线，并且在所述进气管线在下岩心塞的侧面上设有流体入口；在所述上岩心塞中贯穿设有出气管线，并且在所述进气管线在上岩心塞的侧面上设有流体出口。
10.根据权利要求9所述的岩心密封方法，其特征在于，在步骤(3)中，在所述下岩心塞与岩心的下端面之间设有带耐高温石墨密封圈的进气筛，并且在所述上岩心塞与岩心的上端面之间也设有带耐高温石墨密封圈的出气筛。
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