CN107894382A - 一种高温高压岩心夹持器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高压岩心夹持器，属油气开发、核废料埋存和地热开发等领域用于开展高温高压岩心渗流实验的装置。该装置由承压筒体、轴压活塞、岩心座、锥度岩心、轴压堵头、水冷装置、通气装置、液压装置、密封铜环、密封挡圈组成。岩心座内壁与锥度岩心壁面贴合且具有相同锥度，通过轴压活塞将轴压作用于锥度岩心的较大端面，锥度岩心受到轴向作用力，岩心座内壁面对锥度岩心壁面产生反作用力，该反作用力即为围压。该装置可与管式加热炉配合使用，配有水冷装置确保高温下的气密性和液压系统密封性，配有通气系统用于测试岩心渗透性并制造实验的气体氛围。
Description
技术领域
本发明涉及油气开发、核废料埋存和地热开发等领域使用的实验装置，具体涉及高温高压条件下用于开展岩心气体渗流实验的岩心夹持器。
背景技术
石油与天然气储存于数百至数千米深的地层中，研究储层岩石渗透性对于经济开发油气资源具有重要意义。储层岩石处在高温高压环境下，开展模拟原地条件的岩心气体渗流实验对于评价岩石渗透性是一项不可或缺的工作，实验室通常使用岩心夹持器对岩心施加围压以模拟原地有效应力。岩心夹持器是一种用于开展各类岩心驱替实验的专门装置。常规岩心夹持器采用液压油加压胶套的方式施加围压，但是使用常规岩心夹持器进行实验存在很多局限性，尤其是进行高温高压实验时，胶套无法承受高温，因而不能满足温度变化范围较大的实验条件。因此，研制开发一种能够在高温环境下对岩心施加可控围压的岩心夹持器具有重要意义。
核废料的无害化处理是核工业中的重要议题，通常采取在地下岩体中进行埋存的方式进行处理。相关研究表明，高放射性核废料在地下会继续裂变生热，极易引发热破裂效应，导致岩石内部产生裂缝，岩石渗透性增加，最终可能沟通地下水而危及生态环境。因此，开展以核废料埋存岩体为对象的高温高压岩心气体渗流实验，对于开展有关核废料埋存的室内实验具有重要意义。
地热资源是一种总量巨大的可再生能源，其中高温岩体地热资源极具开发前景，其埋深通常达数千米。开发方式为对高温岩体实施水力压裂，形成渗流通道，然后通过注入井注入流体使其与高温岩体进行热交换，再由生产井采出用于发电。以高温岩体为实验对象，开展高温高压岩心气体渗流实验以评估其渗透性，对于合理制定高温岩体地热开发方案具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的能够在高温条件下对岩心施加围压的岩心夹持器。该发明能够实现：通过液压泵对轴压活塞施加轴压以间接实现对锥度岩心施加围压，并在高温和气体氛围条件下进行气体渗流实验。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案。
该高温高压岩心夹持器岩心座内壁与岩心均具有一定锥度，且岩心座的内壁锥度与岩心的锥度相同。通过液压装置对轴压活塞施加轴压，基于力的传导作用，施加于轴压活塞上的轴向压力作用于锥度岩心较大的端面上。基于力的相互作用原理，岩心座内壁对岩心壁面产生反作用力，该反作用力即为锥度岩心的围压。
为了消除高温对密闭性的影响，本装置引入了循环水冷却系统。具体方案为，在轴压施加端设计循环水路和橡胶密封圈，实验时通入循环冷却水对轴压施加端进行降温，可以保证橡胶密封圈不被高温损坏，从而确保在高温状态下装置的气密性和液压系统的密封性能。
地层中通常为无氧环境，同时，在实际施工过程中又可能使得地层岩石的气体氛围发生变化，为了真实模拟各种气体氛围，使用本装置实验时可根据实际情况通入相应的气体，从而在相应的气体氛围中开展岩心气体渗流实验。
附图说明
图1为高温高压岩心夹持器剖面示意图；
图中1.锥度岩心，2.轴压活塞，3.岩心座，4.承压筒体，5.轴压堵头，6.液压缸，7.水冷缸，8.液压油入口，9.冷却水入口，10.冷却水出口，11.气体入口，12.气体出口。
具体实施方式
下面结合附图详细阐明本发明的实施方式。
如图1所示的高温高压岩心夹持器，由承压筒体4、轴压活塞2、岩心座3、轴压堵头5、液压缸6、水冷缸7构成。其中锥度岩心1的壁面具有一定锥度，岩心座3内壁具有与岩心相同的锥度，且岩心座3中岩心缸长度大于锥度岩心1的长度以保证岩心缸底面不会和锥度岩心1较小端面产生相互作用力。岩心座3和轴压堵头5分别通过螺纹与承压筒体4相连接，轴压活塞2直径略小于承压筒体4的内径，且轴压活塞2表面和承压筒体4内壁面均润滑。液压装置通过液压油入口8将液压油注入液压缸6中，液压通过轴压活塞2将轴压作用于锥度岩心1的较大端面，锥度岩心1由此受到轴向作用力，岩心座3内壁面对锥度岩心1产生反作用力，此反作用力即为岩心围压。
实验时高温高压岩心夹持器岩心座端可放入管式加热炉内加热，气体从气体入口11进入高温高压岩心夹持器，通过轴压活塞2和承压筒体4之间的环形通道进入锥度岩心1，最后通过气体出口12流出，通入的气体一方面可作为岩心渗流实验的气体介质，另一方面可用于制造相应的气体氛围。
Claims (4)
1.一种高温高压岩心夹持器，该夹持器由承压筒体、轴压活塞、岩心座、轴压堵头、水冷系统、通气口、密封铜环、密封挡圈组成。
2.根据权利要求1所述的高温高压岩心夹持器，其特征在于，该高温高压岩心夹持器，其岩心座与承压筒体通过螺纹连接，岩心座内壁具有一定锥度，相应的，岩心侧面具有相同的锥度。
3.根据权利要求1所述的高温高压岩心夹持器，其特征在于，该高温高压岩心夹持器还包括轴压传导装置，由管状中空的承压筒体及其内部杆状的轴压活塞构成，其中承压筒体内壁和轴压活塞表面均润滑。
4.根据权利要求1、2、3所述的高温高压岩心夹持器，其特征在于，液压装置对轴压活塞施加轴压，经轴压活塞的传导作用在锥度岩心的较大端面上，锥度岩心同时受到轴压活塞作用在较大端面上的力和岩心座内壁面作用在锥度岩心侧面上的反向作用力，该反向作用力即为作用在锥度岩心上的围压。
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