CN110441221B - 全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置及测量工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置及其测量工艺，夹持装置的接头与筒体同轴密封配合且固定连接形成一封闭内腔，筒体内壁上设置有两级台阶面，第一级台阶面处的内径大于第二级台阶面，岩芯与密封套同轴配合置于第二级台阶面底部，推筒Ⅰ大端外表面与筒体第一级台阶面同轴密封配合，小端端面与岩芯端面接触配合，推筒Ⅱ大端和小端外表面分别与第一级台阶面和第二级台阶面同轴密封配合，小端端面与密封套端面接触配合；接头端面设置有与内腔连通的泵注入口Ⅰ，筒体上设置有泵注入口Ⅱ和用于测试岩芯轴向和径向流出液量的通道。本发明能有效解决现有实验装置无法实现水平层理缝在真实应力应变条件下的渗流过程模拟等技术问题。

Description

全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置及测量工艺

技术领域

本发明涉及一种全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置及测量工艺，用于评价页岩岩芯层天然层理缝渗透能力，属于非常规储层增产改造技术领域。

背景技术

页岩气藏储层具有超低孔、超低渗的物性特征，发育有相当数量的天然裂缝，为页岩气的渗流提供空间和通道，而天然裂缝中层理缝占有较大比例。如何评价页岩储层层理缝的渗透能力，将直接影响压裂设计参数的针对性和压后产能预测的准确性。由于层理缝多以水平缝为主，是导致页岩流动能力各向异性的主要因素，层理缝的长度及其与渗流方向的角度是影响岩样流动能力的关键因素。

当前传统的压裂中常用的二维或三维模型的施工净压力分析结果除判定主裂缝和天然裂缝之外，无法描述层理缝所提供的导流能力信息，对层理缝的影响尚无有效手段进行判定，目前室内常规评价普遍采用的标准尺寸岩芯（直径2.54cm，长度4-5cm）夹持器进行室内评价试验。但要使得页岩岩芯层理缝的测试更加接近储层真实情况，特别是层理缝内的径向流动状态，需要进行更大尺度的岩芯流动模拟试验。

因此亟需全直径真实岩芯工程模拟装置实现层理缝对页岩储层在压裂施工、返排过程中对渗流的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置及测量工艺。采用本发明能有效解决现有技术中所存在的现有实验装置无法实现水平层理缝在真实应力应变条件下的渗流过程模拟等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置，其特征在于：包括接头、推筒Ⅰ、筒体、推筒Ⅱ和密封套，接头与筒体同轴密封配合且固定连接形成一封闭内腔，筒体内壁上设置有两级台阶面，第一级台阶面处的内径大于第二级台阶面，岩芯与密封套同轴配合置于第二级台阶面底部，推筒Ⅰ大端外表面与筒体第一级台阶面同轴密封配合，小端端面与岩芯端面接触配合，推筒Ⅱ大端和小端外表面分别与第一级台阶面和第二级台阶面同轴密封配合，小端端面与密封套端面接触配合；接头端面设置有与内腔连通的泵注入口Ⅰ，筒体上设置有泵注入口Ⅱ和用于测试岩芯轴向和径向流出液量的通道。

所述泵注入口Ⅱ为一个或多个，泵注入口Ⅱ位于推筒Ⅰ大端和推筒Ⅱ大端之间的筒体上，泵注入口Ⅱ与推筒Ⅰ大端和推筒Ⅱ大端之间的内腔连通。

所述推筒Ⅰ上设置有过流孔，内部轴向设置有盲孔，盲孔与岩芯配合的一端为开口端，推筒Ⅰ大端和推筒Ⅱ大端之间的内腔通过过流孔与盲孔连通。

所述密封套径向分布有孔，一径向引流管径向穿过筒体和该孔至岩芯外表面，形成用于测试岩芯径向流出液量的液体出口径向通道，且孔与径向引流管密封配合。

所述密封套径向分布的孔为多个，径向引流管为多根，分别与孔密封配合，形成多个液体出口径向通道。

所述筒体端面设置有轴向引流管，轴向引流管轴向穿过筒体端面至岩芯外表面，形成用于测试岩芯轴向流出液量的液体出口轴向通道。

所述接头与筒体连接处设置有密封圈Ⅰ，推筒Ⅰ大端外表面与筒体第一级台阶面之间设置有密封圈Ⅱ，推筒Ⅱ大端外表面与筒体第一级台阶面之间设置有密封圈Ⅲ，推筒Ⅱ小端外表面与筒体第二级台阶面之间设置有密封圈Ⅳ。

一种全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置的测量工艺，其特征在于，包括如下步骤：

①将含层理缝的全直径页岩岩芯放入筒体内部；

②从泵注入口Ⅰ泵注液体推动推筒Ⅰ对岩芯进行加压；

③从泵注入口Ⅱ泵注液体推动推筒Ⅱ对密封套进行加压，压缩密封套密封岩芯与筒体第二级台阶面间的环形空间，同时液体通过过流孔及盲孔进入岩芯；

④关闭液体出口轴向通道出口，液体经过岩芯，通过径向引流管，从液体出口径向通道流出，测量通过各液体出口径向通道流出的液量，得出岩芯相应方向的渗透能力；

⑤关闭液体出口径向通道，液体从液体出口轴向通道出口流出，测量通过液体出口轴向通道流出的液量，得出岩芯轴向渗透能力。

采用本发明的优点在于：

1、本发明可对含层理缝全直径页岩岩芯进行各向异性流动能力测试，轴向采用推筒Ⅰ推动岩芯模拟轴向压力，径向采用推筒Ⅱ压缩胶筒模拟围压，可模拟地层真实应力存在情况下的流动能力，测量方法高效准确；

2、本发明装置轴向上采用了三轴压力密闭系统，可针对含有不同层理缝页岩岩芯进行渗透能力测试；

3、本发明用于模拟页岩岩芯天然层理缝各向流动能力，能有效解决现有技术中所存在现有实验装置无法实现水平层理缝在真实应力应变条件下的渗流过程模拟等技术问题，对页岩气储层压裂设计及返排优化控制具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图中标记为：1、接头，2、推筒Ⅰ，3、筒体，4、泵注入口Ⅱ，5、推筒Ⅱ，6、密封套，7、液体出口径向通道，8、径向引流管，9、岩芯，10、轴向引流管，11、液体出口轴向通道，12、泵注入口Ⅰ，13、第一级台阶面，14、过流孔，15、第二级台阶面，16、盲孔，17、密封圈Ⅰ，18、密封圈Ⅱ，19、密封圈Ⅲ，20、密封圈Ⅳ。

具体实施方式

实施例1

一种全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置，包括接头1、推筒Ⅰ2、筒体3、推筒Ⅱ5和密封套6，接头1与筒体3同轴密封配合且固定连接形成一封闭内腔，筒体3内壁上设置有两级台阶面，第一级台阶面13处的内径大于第二级台阶面15，岩芯9与密封套6同轴配合置于第二级台阶面15底部，推筒Ⅰ2大端外表面与筒体3第一级台阶面13同轴密封配合，小端端面与岩芯9端面接触配合，推筒Ⅱ5大端和小端外表面分别与第一级台阶面13和第二级台阶面15同轴密封配合，小端端面与密封套6端面接触配合；接头1端面设置有与内腔连通的泵注入口Ⅰ12，筒体3上设置有泵注入口Ⅱ4和用于测试岩芯9轴向和径向流出液量的通道。

所述泵注入口Ⅱ4为一个或多个，泵注入口Ⅱ4位于推筒Ⅰ2大端和推筒Ⅱ5大端之间的筒体3上，泵注入口Ⅱ4与推筒Ⅰ2大端和推筒Ⅱ5大端之间的内腔连通。

所述推筒Ⅰ上设置有过流孔14，内部轴向设置有盲孔16，盲孔16与岩芯9配合的一端为开口端，推筒Ⅰ2大端和推筒Ⅱ5大端之间的内腔通过过流孔14与盲孔16连通。

所述密封套6径向分布有孔，一径向引流管8径向穿过筒体3和该孔至岩芯9外表面，形成用于测试岩芯9径向流出液量的液体出口径向通道7，且孔与径向引流管8密封配合。

所述密封套6径向分布的孔为多个，径向引流管8为多根，分别与孔密封配合，形成多个液体出口径向通道7。

所述筒体3端面设置有轴向引流管10，轴向引流管10轴向穿过筒体端面至岩芯9外表面，形成用于测试岩芯9轴向流出液量的液体出口轴向通道11。

所述接头1与筒体3连接处设置有密封圈Ⅰ17，推筒Ⅰ2大端外表面与筒体3第一级台阶面13之间设置有密封圈Ⅱ18，推筒Ⅱ5大端外表面与筒体3第一级台阶面13之间设置有密封圈Ⅲ19，推筒Ⅱ5小端外表面与筒体3第二级台阶面15之间设置有密封圈Ⅳ20。

一种全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置的测量工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将含层理缝的全直径页岩岩芯9进行烘干，并将其放入筒体3内部；

（2）从泵注入口Ⅰ12泵注液体推动推筒Ⅰ2对岩芯9进行加压；

（3）从泵注入口Ⅱ4泵注液体推动推筒Ⅱ5对密封套6进行加压，压缩密封套6密封岩芯9与筒体第二级台阶面15间的环形空间，同时液体通过推筒Ⅰ2过流孔14及盲孔16进入岩芯9；

（4）关闭液体轴向通道11出口，液体经过岩芯9，通过径向引流管8，从液体出口径向通道7流出，测量通过各液体出口径向通道7流出的液量，便可测出岩芯9相应方向的渗透能力；

（5）关闭液体出口径向通道7各出口，液体从液体出口轴向通道11出口流出，测量通过液体出口轴向通道11流出的液量，便可测出岩芯9轴向渗透能力。

实施例2

作为本发明的最佳实施方式，如图所示，其主要包括接头1、推筒Ⅰ2、筒体3、推筒Ⅱ5、密封套6，接头1与筒体3通过螺纹同轴密封配合，筒体3内部设置有两级台阶面，即第一级台阶面13和第二级台阶面15，岩芯9与密封套6同轴配合置于筒体3第二级台阶面15底部，推筒Ⅰ2大端外表面与筒体3第一级台阶面13同轴密封配合，小端端面与岩芯9端面接触配合，推筒Ⅱ5外表面分别与筒体3第一级台阶面13和第二级台阶面15同轴密封配合，小端端面与密封套6端面接触配合。

所述接头1端面设置有泵注入口Ⅰ12。

所述筒体3表面设置有若干泵注入口Ⅱ4和液体出口径向通道7，端面设置有液体出口轴向通道11。

所述推筒Ⅰ2表面设置有过流孔14，内部轴向设置有盲孔16。

所述密封套6由橡胶制作，径向分布若干小孔，与径向引流管8密封配合。

所述接头1与筒体3连接处设置有密封圈Ⅰ17，推筒Ⅰ2大端外表面与筒体3第一级台阶面13设置有密封圈Ⅱ18，推筒Ⅱ5大端外表面与筒体3第一级台阶面13设置有密封圈Ⅲ19，推筒Ⅱ5小端外表面与筒体3第二级台阶面15设置有密封圈Ⅳ20。

本发明的工作原理如下：

将烘干的全直径岩芯9放入密封套6中，并将密封套6安装于筒体3第二级台阶15底部，依次安装推筒Ⅱ5、推筒Ⅰ2与筒体3内表面密封配合，最后将接头1与筒体3连接。

从接头1泵注入口Ⅰ12泵注液体推动推筒Ⅰ2，实现对岩芯9轴向加压。

从筒体3泵注入口Ⅱ4泵注液体推动推筒Ⅱ5对密封套6进行轴向加压，即实现对岩芯9施加围压，模拟岩芯9在地层中所受应力条件，同时液体通过推筒Ⅰ2过流孔14及盲孔16进入岩芯9。

密封套6径向分布若干小孔，与径向引流管8密封配合，形成液体出口径向通道7，采用泵入液体推动推筒Ⅱ5挤压密封套6增加围压的同时，密封套6贴紧岩芯9外表面和筒体3第二级台阶阶面15，从面实现密封岩芯9与筒体3第二级台阶面15之间的环形空间。

接头1与筒体3连接处设置有密封圈Ⅰ17，推筒Ⅰ2大端外表面与筒体3第一级台阶面13设置有密封圈Ⅱ18，推筒Ⅱ5大端外表面与筒体3第一级台阶面13设置有密封圈Ⅲ19，推筒Ⅱ5小端外表面与筒体3第二级台阶面15设置有密封圈Ⅳ，可以实现夹持装置内密封，防止压力与工作液体泄露。

通过泵注入口Ⅱ4注入工作液体，关闭液体出口径向通道7，可测量岩芯9轴向渗透能力；关闭液体出口轴向通道11，可测量岩芯9径向渗透能力。

Claims (4)

1.一种全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置，其特征在于：包括接头（1）、推筒Ⅰ（2）、筒体（3）、推筒Ⅱ（5）和密封套（6），接头（1）与筒体（3）同轴密封配合且固定连接形成一封闭内腔，筒体（3）内壁上设置有两级台阶面，第一级台阶面（13）处的内径大于第二级台阶面（15），岩芯（9）与密封套（6）同轴配合置于第二级台阶面（15）底部，推筒Ⅰ（2）大端外表面与筒体（3）第一级台阶面（13）同轴密封配合，小端端面与岩芯（9）端面接触配合，推筒Ⅱ（5）大端和小端外表面分别与第一级台阶面（13）和第二级台阶面（15）同轴密封配合，小端端面与密封套（6）端面接触配合；接头（1）端面设置有与内腔连通的泵注入口Ⅰ（12），筒体（3）上设置有泵注入口Ⅱ（4）和用于测试岩芯（9）轴向和径向流出液量的通道；所述推筒Ⅰ上设置有过流孔（14），内部轴向设置有盲孔（16），盲孔（16）与岩芯（9）配合的一端为开口端，推筒Ⅰ（2）大端和推筒Ⅱ（5）大端之间的内腔通过过流孔（14）与盲孔（16）连通；所述密封套（6）径向分布有孔，一径向引流管（8）径向穿过筒体（3）和该孔至岩芯（9）外表面，形成用于测试岩芯（9）径向流出液量的液体出口径向通道（7），且孔与径向引流管（8）密封配合；所述筒体（3）端面设置有轴向引流管（10），轴向引流管（10）轴向穿过筒体端面至岩芯（9）外表面，形成用于测试岩芯（9）轴向流出液量的液体出口轴向通道（11）。

2.根据权利要求1所述的全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置，其特征在于：所述密封套（6）径向分布的孔为多个，径向引流管（8）为多根，分别与孔密封配合，形成多个液体出口径向通道（7）。

3.根据权利要求2所述的全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置，其特征在于：所述接头（1）与筒体（3）连接处设置有密封圈Ⅰ（17），推筒Ⅰ（2）大端外表面与筒体（3）第一级台阶面（13）之间设置有密封圈Ⅱ（18），推筒Ⅱ（5）大端外表面与筒体（3）第一级台阶面（13）之间设置有密封圈Ⅲ（19），推筒Ⅱ（5）小端外表面与筒体（3）第二级台阶面（15）之间设置有密封圈Ⅳ（20）。

4.根据权利要求1所述的全直径页岩岩芯环形密封舱夹持装置的测量工艺，其特征在于，包括如下步骤：

①将含层理缝的全直径页岩岩芯（9）放入筒体（3）内部；

②从泵注入口Ⅰ（12）泵注液体推动推筒Ⅰ（2）对岩芯（9）进行加压；

③从泵注入口Ⅱ（4）泵注液体推动推筒Ⅱ（5）对密封套（6）进行加压，压缩密封套（6）密封岩芯（9）与筒体第二级台阶面（15）间的环形空间，同时液体通过过流孔（14）及盲孔（16）进入岩芯（9）；

④关闭液体出口轴向通道（11）出口，液体经过岩芯（9），通过径向引流管（8），从液体出口径向通道（7）流出，测量通过各液体出口径向通道（7）流出的液量，得出岩芯（9）相应方向的渗透能力；

⑤关闭液体出口径向通道（7），液体从液体出口轴向通道（11）出口流出，测量通过液体出口轴向通道（11）流出的液量，得出岩芯（9）轴向渗透能力。

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