CN108931541A - 一种用于微ct设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备 - Google Patents
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Abstract
工业微CT机已广泛应用到原油开采领域中，但由于微CT机自身尺寸限制，现有常用的岩芯加持设备存在尺寸过大、结构复杂等问题，难以利用微CT机对岩芯试样内的动态多相驱替过程进行扫描研究。本发明提供一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备，可有效利用微CT机对多孔介质内动态渗流过程进行在线观察及分析。主体由夹持装置和驱替装置两部分组成，并采用X射线穿透损耗较小的PEEK材料及AB胶灌注而成，可耐受一定的压力，且基于小型化设计可放入微CT机测试腔中对其中岩芯试样内的动态多相驱替过程进行在线测试，测试完成后只需简单更换套筒便可继续使用。
Description
技术领域
本发明涉及多孔介质内动态渗流过程测试设备领域，具体是一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备。
背景技术
如今，工业微CT机已广泛应用到原油开采领域中。在针对地层条件驱采油过程的研究中，利用微CT机对岩芯试样进行扫描，并借助图像处理软件，可获得岩芯内部结构及其间多相流体驱替过程中各相饱和度分布信息。但由于微CT机自身尺寸限制，现有常用的岩芯加持设备存在尺寸过大、结构复杂等问题，难以利用微CT机对岩芯试样内的动态多相驱替过程进行扫描研究。
发明内容
本发明提供一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备，可有效利用微CT机对多孔介质内动态渗流过程进行在线观察及分析。
为了满足上述要求，本方法解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备，由1夹具调节螺母、2夹具爪卡锁、3盖板、4夹具座、5上端盖、6套筒、7夹具爪、8下端盖、9卡锁转动插槽、10盖板固定扣、11夹具爪槽、12卡锁三角形槽、13卡锁环形凸起、14进液口、15上垫圈、16多孔介质、17下垫圈、18橡胶垫、19注胶口塞、20多孔介质夹槽、21注胶槽、22夹具爪三角形凸起、23夹具爪转动槽Ⅰ、24夹具爪转动槽Ⅱ、25夹具爪转动槽Ⅲ、26通孔Ⅰ、27通孔Ⅱ、28环形槽、29螺栓Ⅰ、30螺栓Ⅱ组成的实验装置完成测量。
本设备主体共分两部分，分别是由夹具调节螺母1、夹具爪卡锁2、盖板3、夹具座4、夹具爪7组成的夹持装置，和由上端盖5、套筒6、下端盖8、多孔介质16和注胶口塞19组成的驱替装置。所述的夹具调节螺母1，采用X射线穿透损耗较小的PEEK(Polyetheretherketone，聚醚醚酮)材料制成(下文同理)，整体形状为圆柱体，最下方(以示意图方向为准，下文相同)为圆柱形底座，外径与上端盖5外径相同，底座上方为螺纹柱，由圆柱体开外螺纹制成，螺纹柱上方为正六边形柱体，供使用扳手旋紧夹具调节螺母1时夹持，正六边形柱体上方为空心圆柱体，外壁开有防滑槽，供手动旋紧夹具调节螺母1时使用。正六边形柱体与空心圆柱体为一体，通过螺栓Ⅰ29及螺栓Ⅱ30(螺栓同样为PEEK材料)安装在螺纹柱上，整个夹具调节螺母1沿中心轴方向开通孔，孔径等于进液口14外径。所述的夹具爪卡锁2，由PEEK材料制成，整体形状为圆柱体，沿中心轴开有通孔，孔径略大于上端盖5螺纹柱外径，防止干涉，整个圆柱体分两部分，上方直径小于下方直径，上方直径较小的圆柱体外壁设有卡锁转动插槽9，形状为一圆形通孔，沿夹具爪卡锁2的中心轴间隔90度分布，下方直径较大的圆柱体外壁设有卡锁三角形槽12，截面为顶角为45度的等腰三角形，沿圆柱体外壁旋转一周切除材料得到，作用是与夹具爪三角形凸起22配合，锁紧夹具爪7。下端面设有卡锁环形凸起13，与夹具座4上的环形槽相配合，起到定位与沿槽转动的作用。另外，在夹具爪卡锁2的外壁面上，沿中心轴间隔90度分布，开有四个矩形的夹具爪转动槽Ⅰ23，在使用时可用圆棒插入卡锁转动插槽9，转动夹具爪卡锁2，当夹具爪转动槽Ⅰ23与下方夹具座上的夹具爪转动槽Ⅱ24相重合时，夹具爪7可自由转动，当夹具爪卡锁2转至其他位置时，夹具爪7被锁死。所述的盖板3，由PEEK材料制成，形状为圆形板，沿中心轴开有通孔，孔径与夹具爪卡锁2的中心通孔相同。四周沿中心轴间隔90度分布，设有夹具爪转动槽Ⅲ25，防止干涉夹具爪7转动。另外在外壁面沿中心轴间隔90度分布(与夹具爪转动槽Ⅲ25呈45度夹角错开)，设有四个盖板固定扣10，作用是将盖板固定在夹具座4上，以及固定夹具爪卡锁2。所述的夹具座4，由PEEK材料制成，整体形状为圆柱体，沿中心轴方向开有通孔，通孔上下直径不同，通孔Ⅰ26的直径大于通孔Ⅱ27的直径。通孔Ⅰ26的直径与夹具爪卡锁2的外径相同，用于定位及安装夹具爪卡锁2，同时通孔Ⅰ26的底部设有环形槽28，作用是与卡锁环形凸起13相配合，实现夹具爪卡锁2的转动。通孔Ⅱ27开有内螺纹，直径与夹具调节螺母1上螺纹柱的外径相同，二者相配合，实现夹具座4沿轴线方向的升降。同时，沿中心轴间隔90度分布，设有夹具爪转动槽Ⅱ24,作用是与夹具爪转动槽Ⅰ23夹具爪转动槽Ⅲ25相配合，防止干涉夹具爪7的转动。槽内又设有夹具爪槽11，用于定位及安装夹具爪7。所述的上端盖5由铝制成，铝的密度相对其他金属较小，在微CT机中可以保证射线穿透，且不会在注胶后与上垫圈15、下垫圈17或套筒6粘死，可重复使用。整体形状为圆柱体，其上设有进液口14和多孔介质夹槽20，进液口14设在上端盖5的上端面，形状为圆柱体，外径与夹具调节螺母1的中心通孔相同。多孔介质夹槽20设在上端盖5的下端面，形状为空心圆柱体，用于放置多孔介质。同时，在进液口14的上端面，沿轴线方向对称的开有两个通孔，用于注入AB胶(两液混合硬化胶，A组分是丙烯酸改性环氧或环氧树脂，或含有催化剂及其他助剂，B组分是改性胺或其他硬化剂，或含有催化剂及其他助剂。按一定比例混合。催化剂可以控制固化时间，其他助剂可以控制性能)。通孔内壁设有螺纹，用于安装注胶口塞19。所述的下端盖8与上端盖的材料和结构完全相同。所述的套筒6，由PEEK材料制成，形状为圆柱体，沿中心轴方向开有通孔，安装于上端盖5与下端盖8之间，作用为固定上下端盖及承受驱替时的压力。所述的夹具爪7，由PEEK材料制成，形状是截面为矩形的L型柱体，上方设有两个圆柱形凸起，用于与夹具爪槽11相配合，实现夹具爪的转动。上方靠近中心轴一侧(以附图方向为准)，设有夹具爪三角形凸起22，作用是与卡锁三角形槽12相配合，在实验时锁死夹具爪，防止其转动。同时，在底部靠近下端盖一侧，设有橡胶垫18,作用是增大夹具爪与下端盖间的摩擦力，及保护下端盖表面。所述的上垫圈15，由橡胶制成，形状为圆环，安装于套筒6与上端盖5之间，实验时被二者挤压产生形变，起密封作用。所述的下垫圈17，安装与套筒6与下端盖8之间，材料形状及作用均与上垫圈15相同。所述的多孔介质16，为特制的人造岩心或天然岩心，形状为圆柱体，直径约为3mm，长度约为30mm。实验时外裹碳纤维膜插在多孔介质夹槽20内，由上下端盖沿轴向方向夹紧。所述的注胶槽21，为上下端盖夹紧多孔介质16后与套筒6之间形成的空腔，实验时打开注胶口塞19,由注胶口向空腔内注胶，起到固定及保护岩心的作用。
本发明的有益效果是，一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备，主体采用X射线穿透损耗较小的PEEK材料及AB胶灌注而成，并可通过更换不同厚度的套筒6来模拟不同的地层压力情况，且基于小型化设计可放入微CT机测试腔中对其中岩芯试样内的动态多相驱替过程进行在线测试。整套设备设计精巧，操作简单，实验完成后只需更换套筒6(套筒6只需在PEEK圆棒中心开一通孔，无需其他加工)即可重复使用，且本设备的夹持装置在更换夹具调节螺母1上的螺纹柱后(增加或减少螺纹柱长度)，还可适应不同长度的多孔介质，且夹具调节螺母1上同时设有扳手夹持位置与手动旋紧位置，可灵活施力，防止多孔介质被夹断或密封不严。同时夹持装置中还设有锁紧机构(夹具爪卡锁2)，防止实验时夹具爪7脱离，真正做到了安全可靠。此发明可以被应用到石油化工，油藏工程，地下水利等与多孔介质相关的行业以及领域，应用范围广。
附图说明
图1是一种可实现多孔介质动态渗流过程可视化研究的驱替设备的装配图。
图2是一种可实现多孔介质动态渗流过程可视化研究的驱替设备的剖面图。
图3是夹具爪卡锁2的三视图及立体图。
图4是夹具座4的两视图及立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种可实现多孔介质动态渗流过程可视化研究的驱替设备，进一步说明具体在实验中的安装及测量方法：
参照图，本设备是由1夹具调节螺母、2夹具爪卡锁、3盖板、4夹具座、5上端盖、6套筒、7夹具爪、8下端盖、9卡锁转动插槽、10盖板固定扣、11夹具爪槽、12卡锁三角形槽、13卡锁环形凸起、14进液口、15上垫圈、16多孔介质、17下垫圈、18橡胶垫、19注胶口塞、20多孔介质夹槽、21注胶槽、22夹具爪三角形凸起、23夹具爪转动槽Ⅰ、24夹具爪转动槽Ⅱ、25夹具爪转动槽Ⅲ、26通孔Ⅰ、27通孔Ⅱ、28环形槽、29螺栓Ⅰ、30螺栓Ⅱ组成。
首先说明安装过程：
一种可实现多孔介质动态渗流过程可视化研究的驱替设备。在实验中，首先，将多孔介质(人造岩心或天然岩心)切割成直径为3mm长度为30mm的圆柱体，对多孔介质进行预处理(饱水、饱油或抽真空等操作)后，在其外壁面包裹一层碳纤维，以此防止完成注胶后胶渗入多孔介质影响实验结果，故仅留圆柱两端面进行驱替。然后，将套筒6装入上端盖5，并在二者之间装上垫圈15，再将包裹好的多孔介质插入上端盖5的多孔介质夹槽20内，随后依次安装下垫圈17和下端盖8。安装位置见附图。然后使用注胶口塞19塞住下端盖8上的两个注胶口，用上端盖5上的两个注胶口将胶注入注胶槽21中，完成后使用注胶口塞19塞住上端盖5上的两个注胶口。然后进行夹持装置的安装，夹持装置由夹具调节螺母1、夹具爪卡锁2、盖板3、夹具座4、夹具爪7组成，首先，将夹具座4通过螺纹安装到夹具调节螺母1的螺纹柱上，并旋转至底部(以附图方向为准)，然后将四个夹具爪7上的圆柱形凸起安入夹具爪槽11内，随后通过卡锁环形凸起13将夹具爪卡锁2安入夹具座4上的环形槽28中，并确保夹具爪三角形凸起22对准卡锁三角形槽12，然后通过盖板固定扣10将盖板3安装到夹具座4上，再通过螺栓Ⅰ29、螺栓Ⅱ30将夹具调节螺母1上的手持旋转部分及扳手夹持部分(发明内容中夹具调节螺母1的正六边形柱体与空心圆柱体部分)安装到螺纹柱上，完成夹持装置的安装。夹持装置安装完成后，使用两根圆棒，对置插入卡锁转动插槽9中，旋转夹具爪卡锁2，将夹具爪转动槽Ⅰ23与夹具爪转动槽Ⅱ24对齐。完成后将四根夹具爪7依次抬起，并通过夹具调节螺母1的中心通孔与进液口14的配合，将整个夹持装置安装到之前完成注胶的驱替装置(由上端盖5、套筒6、下端盖8、多孔介质16和注胶口塞19组成)上，随后依次放下四根夹具爪7，然后转动夹具爪卡锁2,使夹具爪转动槽Ⅰ23与夹具爪转动槽Ⅱ24错开，以此锁住夹具爪7，完成后，用手或扳手顺时针旋转夹具调节螺母1，使夹具爪7受力，以此顶紧上下端盖，等待注胶凝固后，将上下端盖两头接上管路，在将整个设备放入显微CT机中，即可进行实验。
然后说明工作过程：
通过以上操作将设备安装完成后，将整个设备竖直放入微CT机中，安装在特制的旋转底座上，然后根据实验所需来选择从上端盖5或下端盖8打入驱替液进行驱替实验，待实验过程稳定后，开启显微CT机及旋转底座，此时显微CT机释放射线并旋转扫描整个设备，由于实验设备、多孔介质、油相和驱替液的密度均不相同，通过特定的图像处理软件即可获得动态驱替过程中某一时刻的驱替情况，以相同间隔时间扫描多次后，即可获得整个驱替过程的动态过程。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备，由(1)夹具调节螺母、(2)夹具爪卡锁、(3)盖板、(4)夹具座、(5)上端盖、(6)套筒、(7)夹具爪、(8)下端盖、(9)卡锁转动插槽、(10)盖板固定扣、(11)夹具爪槽、(12)卡锁三角形槽、(13)卡锁环形凸起、(14)进液口、(15)上垫圈、(16)多孔介质、(17)下垫圈、(18)橡胶垫、(19)注胶口塞、(20)多孔介质夹槽、(21)注胶槽、(22)夹具爪三角形凸起、(23)夹具爪转动槽Ⅰ、(24)夹具爪转动槽Ⅱ、(25)夹具爪转动槽Ⅲ、(26)通孔Ⅰ、(27)通孔Ⅱ、(28)环形槽、(29)螺栓Ⅰ、(30)螺栓Ⅱ组成的实验装置完成测量。
2.根据权利要求1所述的一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备，其特征在于，所述的夹具调节螺母(1)，采用X射线穿透损耗较小的PEEK(Polyetheretherketone，聚醚醚酮)材料制成(下文同理)，整体形状为圆柱体，最下方(以示意图方向为准，下文相同)为圆柱形底座，底座上方为螺纹柱，螺纹柱上方为正六边形柱体，供使用扳手旋紧夹具调节螺母(1)时夹持，正六边形柱体上方为空心圆柱体，外壁开有防滑槽，供手动旋紧夹具调节螺母(1)时使用，整个夹具调节螺母(1)沿中心轴方向开通孔。
3.根据权利要求1所述的一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备，其特征在于，所述的夹具爪卡锁(2)，由PEEK材料制成，整体形状为圆柱体，沿中心轴开有通孔，孔径略大于上端盖(5)螺纹柱外径，整个圆柱体分两部分，上方直径小于下方直径，上方直径较小的圆柱体外壁设有卡锁转动插槽(9)，形状为一圆形通孔，沿夹具爪卡锁(2)的中心轴间隔90度分布，下方直径较大的圆柱体外壁设有卡锁三角形槽(12)，截面为顶角为45度的等腰三角形，沿圆柱体外壁旋转一周切除材料得到，作用是与夹具爪三角形凸起(22)配合，锁紧夹具爪(7)。
4.根据权利要求1所述的一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备，其特征在于，所述的夹具爪卡锁(2)，下端面设有卡锁环形凸起(13)，与夹具座(4)上的环形槽相配合，起到定位与沿槽转动的作用，在使用时可用圆棒插入卡锁转动插槽(9)，转动夹具爪卡锁(2)，当夹具爪转动槽Ⅰ(23)与下方夹具座上的夹具爪转动槽Ⅱ(24)相重合时，夹具爪(7)可自由转动，当夹具爪卡锁(2)转至其他位置时，夹具爪(7)被锁死。
5.根据权利要求1所述的一种用于微CT设备可视化研究多孔介质动态渗流过程的岩芯夹持设备，其特征在于，所述的夹具座(4)，由PEEK材料制成，整体形状为圆柱体，沿中心轴方向开有通孔，同时通孔Ⅰ(26)的底部设有环形槽(28)，作用是与卡锁环形凸起(13)相配合，实现夹具爪卡锁(2)的转动，通孔Ⅱ(27)开有内螺纹，直径与夹具调节螺母(1)上螺纹柱的外径相同，二者相配合，实现夹具座(4)沿轴线方向的升降。
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- 2018-05-05 CN CN201810422761.4A patent/CN108931541A/zh active Pending
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