CN110954460A - 一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置，包括耐温耐压容器、中间分隔装置、岩芯机构、岩芯支撑座；所述中间分隔装置位于耐温耐压容器内上半部，所述中间分隔装置与耐温耐压容器顶部之间设有限位筒；限位筒内有上腔体；岩芯支撑座位于耐温耐压容器内下半部，岩芯支撑座与耐温耐压容器底部留有下腔体；中间分隔装置、岩芯支撑座之间为中间腔体，岩芯机构安装在中间分隔装置、岩芯支撑座之间。本发明通过简易的机械结构设计，实现了模拟井下岩芯耐温耐压的条件，三个腔室可独立调节压力，且可承受高温和大压差，有效克服了现有技术中压力分隔困难，许可压差较小，耐温偏低的不足。

Description

一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置

技术领域

本发明属于石油开采射孔测试技术领域，具体涉及一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置。

背景技术

射孔是石油开采过程中重要的一环，起着“临门一脚”的关键作用，射孔作业过程中高速金属射流穿透油气层的同时也在孔眼附近形成压实带，造成油气层的孔隙度和渗透率损伤，严重影响油气井产能，因此，需要建立一套模拟井下条件的射孔流动测试装置。

目前对于射孔效果的检验多采用地面打靶实验进行检测，通过水泥靶的穿深和孔径判断射孔效果，少部分装置能够模拟一定压力温度条件下的射孔实验，但检测也仅局限于对穿深、孔径以及液测射孔流动效率分析；我国页岩气储量的比例很高，开发潜力巨大，实现模拟地层条件射孔并气测岩芯射孔流动效率意义巨大。

模拟地层压力的关键在于压力分腔结构，现今国内外多采用橡胶套筒配合金属法兰盘压紧的方式实现岩芯与压力介质的分隔和压力的传递。但随着钻井深度的增加，温度和压力也不断升高，井下压力温度可能高达100MPa，200℃，同时井筒压力、孔隙压力与上覆地层压力间差值也较大，在如此的高温高压条件下，起压力分隔作用的橡胶套筒极易损害，导致试验失败，造成资源浪费。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是克服现有模拟地层条件射孔测试装置的缺陷，提供一种耐温耐压下射孔测试连动的实验装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置，包括耐温耐压容器、中间分隔装置、岩芯机构、岩芯支撑座；

所述中间分隔装置位于耐温耐压容器内上半部，所述中间分隔装置与耐温耐压容器顶部之间设有限位筒；限位筒内有上腔体；

岩芯支撑座位于耐温耐压容器内下半部，岩芯支撑座与耐温耐压容器底部留有下腔体；

中间分隔装置、岩芯支撑座之间为中间腔体，岩芯机构安装在中间分隔装置、岩芯支撑座之间。

所述耐温耐压容器包括端盖、筒体、底部封头、陶瓷线圈加热层和保温层；筒体内孔设有多段密封面，上下端均设有开口，筒体上端与端盖配合密封，并由卡箍固定；筒体下端与底部封头配合密封，由螺栓堵头固定，筒体外表面分别设有陶瓷线圈加热层和保温层。

端盖上端、筒体及底部封头下端均设有传感器接口和进出压力介质口。

所述的岩芯机构包括包覆铁皮、柱状岩芯；所述包覆铁皮裹紧柱状岩芯，包覆铁皮上下端分别与中间分隔装置和岩芯支撑座固定连接，包覆铁皮外设有筛管套筒，筛管套筒上下端分别与中间分隔装置、岩芯支撑座固定连接。

所述中间分隔装置包括分隔盘一、分隔盘二；分隔盘一与耐温耐压容器之间设有腔体第一密封组件，分隔盘二位于分隔盘一中心，并与分隔盘一螺纹连接，分隔盘二下端与岩芯之间设有岩芯第一密封组件；

所述岩芯支撑座包括支撑座一、支撑座二、顶杆；支撑座一位于支撑座二下方，并与支撑座二孔轴间隙配合，支撑座一和支撑座二均设有介质流通孔；支撑座一与耐温耐压容器之间设有腔体第二密封组件，顶杆位于支撑座一中心，并与支撑座一螺纹连接，支撑座二与岩芯之间设有岩芯第二密封组件，通过顶杆紧抵支撑座二压紧密封。

所述的分隔盘一、筛管套筒、支撑座一相互为孔轴间隙配合，实现同轴安装；包覆铁皮上下端分别与分隔盘一及支撑座一密封连接。

本发明提供的一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置，通过简易的机械结构设计，实现了模拟井下岩芯耐温耐压的条件(上腔体模拟井筒压力、中间腔体和包覆铁皮模拟上覆地层压力、下腔体模拟孔隙压力)，三个独立腔室可独立调节压力，且可承受高温和大压差，有效克服了现有技术中压力分隔困难，许可压差较小，耐温偏低的不足；本装置可用于石油射孔及射孔效果研究，在压力P≤100MPa、温度T≤200℃的条件下建立三腔压力来评判各类射孔器材的穿孔性能。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的压力分隔结构的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置，包括耐温耐压容器、中间分隔装置A、岩芯机构、岩芯支撑座B；分隔装置A、岩芯机构、岩芯支撑座B组成压力分隔结构；

所述中间分隔装置A位于耐温耐压容器内上半部，所述中间分隔装置A与耐温耐压容器顶部之间设有限位筒10；限位筒10内有上腔体a；

岩芯支撑座B位于耐温耐压容器内下半部，岩芯支撑座B与耐温耐压容器底部留有下腔体c；

中间分隔装置A、岩芯支撑座B之间为中间腔体b，岩芯机构安装在中间分隔装置A、岩芯支撑座B之间。

整体形成三个可独立调节的压力腔；通过上下共6接口调节压力，传输测试数据。

所述耐温耐压容器包括端盖1、筒体3、底部封头6、陶瓷线圈加热层4和保温层5；筒体3内孔设有多段密封面，上下端均设有开口，筒体3上端与端盖1配合密封，并由卡箍2固定；筒体3下端与底部封头6通过下密封件9配合密封，由螺栓堵头7固定，筒体3外表面分别设有陶瓷线圈加热层4和保温层5；端盖1上端、筒体3及底部封头6下端均设有传感器接口和进出压力介质口，接口采用大尺寸公制螺纹扣型，统一规格方便拆装的同时结构强度高，不易损坏。

耐温耐压容器采用卡箍2形式固紧，卡箍2与筒体3、端盖1之间配合斜面角度为6°，竖直面之间留有间隙2mm，拆装方便，承压能力强；筒体3外表面采用陶瓷加热线圈4接触式加热，热传递效率高，升温速度快；端盖1与筒体3密封采用径向和轴向双重密封8，密封能力强；筒体3内孔从上到下直径由大到小，并设有多处导向斜面，方便压力分腔结构放入。

耐温耐压容器上下端设有传感器和流体进出接口，避免筒体3侧向开口，提高结构强度。

如图2所示，压力分隔结构具体的结构为：

所述的岩芯机构包括包覆铁皮23、柱状岩芯15；所述包覆铁皮23裹紧柱状岩芯15，包覆铁皮23上下端分别与中间分隔装置A和岩芯支撑座B固定连接，包覆铁皮23外设有筛管套筒14，筛管套筒14上下端分别与中间分隔装置A、岩芯支撑座B固定连接。筛管套筒14分布若干通气孔，保证压力介质流通。

采用包覆铁皮23分隔中间腔体b的压力介质和岩芯15，在高压下将压力介质的作用力传递给岩芯15的同时，具有较高的耐温耐剪切性能，不易损坏且成本低廉。

所述中间分隔装置A包括分隔盘一11、分隔盘二12；分隔盘一11与耐温耐压容器之间设有腔体第一密封组件21，分隔盘二12位于分隔盘一11中心，并与分隔盘一11螺纹连接，分隔盘二12下端与岩芯15之间设有岩芯第一密封组件22；

分隔盘一11上放置限位筒10，防止压力分腔结构因压差过大向上移动。

所述岩芯支撑座B包括支撑座一19、支撑座二18、顶杆20；支撑座一19位于支撑座二18下方，并与支撑座二18孔轴间隙配合，支撑座一19和支撑座二18均设有介质流通孔；支撑座一19与耐温耐压容器之间设有腔体第二密封组件25，顶杆20位于支撑座一19中心，并与支撑座一19螺纹连接，支撑座二18与岩芯15之间设有岩芯第二密封组件24，通过顶杆20紧抵支撑座二18压紧密封。

顶杆20拧紧使分隔盘二12、支撑座二18与岩芯15并紧，配合岩芯第一密封组件22、岩芯第二密封组件24，约束测试介质只能从端面流入流出，减少旁通，降低测试误差。

所述的分隔盘一11、筛管套筒14、支撑座一19相互为孔轴间隙配合；分隔盘一11、支撑座一19设有凸台与筛管套筒14间隙配合限位，使压力分隔结构整体同轴，方便压力分隔结构与筒体3之间的密封配合。

筛管套筒14通过上螺栓13、下螺栓17分别与分隔盘一11、支撑座一19相连，并用螺母16锁紧。

包覆铁皮23上下端分别与分隔盘一11及支撑座一19密封连接。包覆铁皮23厚度1mm，两端焊接采用钎焊。

耐温耐压容器顶部设有第一上接口1.1、第二上接口1.2，第二上接口1.2与上腔体a连通；

底部设有第一下接口3.1、第二下接口3.2、第三下接口3.3、第四下接口6.1，其中第一下接口3.1与中间腔体b连通，第三下接口3.3与下腔体c连通；

第一上接口1.1连接发火组件和温度计或流量计，第二下接口3.2、第四下接口6.1连接温度计。

本发明的工作原理分为射孔状态和流动测试状态：

射孔时，将装配好的中间分隔装置A、岩芯机构、岩芯支撑座B整体吊入筒体3内，盖上端盖1，固紧卡箍2，加热升温到预定值，上腔体a通过第二上接口1.2打入实际井筒压力值，中间腔体b从第一下接口3.1处打入上覆地层压力值，下腔体c从第三下接口3.3打入孔隙压力值，第一上接口1.1连接发火组件和温度计，第二下接口3.2、第四下接口6.1连接温度计；这样，即可模拟地层三项压力进行岩芯射孔。

流动测试时，加热升温到预定值，上腔体a通过接口1.2外接流量计与大气联通，中间腔体b从第一下接口3.1处打入等效上覆地层压力值(1个大气压+实际上覆地层压力与孔隙压力压差)，下腔体c从第三下接口3.3打入等效孔隙压力值(1个大气压+实际孔隙压力与井筒压力压差)，第一上接口1.1、第二下接口3.2、第四下接口6.1连接温度计，这样，即可模拟地层三项压力进行岩芯流动测试。

Claims (5)

1.一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置，其特征在于，包括耐温耐压容器、中间分隔装置(A)、岩芯机构、岩芯支撑座(B)；

所述中间分隔装置(A)位于耐温耐压容器内上半部，所述中间分隔装置(A)与耐温耐压容器顶部之间设有限位筒(10)；限位筒(10)内有上腔体(a)；

岩芯支撑座(B)位于耐温耐压容器内下半部，岩芯支撑座B与耐温耐压容器底部留有下腔体(c)；

中间分隔装置(A)、岩芯支撑座(B)之间为中间腔体(b)，岩芯机构安装在中间分隔装置(A)、岩芯支撑座(B)之间。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置，其特征在于，所述耐温耐压容器包括端盖(1)、筒体(3)、底部封头(6)、陶瓷线圈加热层(4)和保温层(5)；筒体(3)内孔设有多段密封面，上下端均设有开口，筒体(3)上端与端盖(1)配合密封，并由卡箍(2)固定；筒体(3)下端与底部封头(6)配合密封，由螺栓堵头(7)固定，筒体(3)外表面分别设有陶瓷线圈加热层(4)和保温层(5)；端盖(1)上端、筒体(3)及底部封头(6)下端均设有传感器接口和进出压力介质口。

3.根据权利要求1或2所述的一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置，其特征在于，所述的岩芯机构包括包覆铁皮(23)、柱状岩芯(15)；所述包覆铁皮(23)裹紧柱状岩芯(15)，包覆铁皮(23)上下端分别与中间分隔装置(A)和岩芯支撑座(B)固定连接，包覆铁皮(23)外设有筛管套筒(14)，筛管套筒(14)上下端分别与中间分隔装置(A)、岩芯支撑座(B)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置，其特征在于，所述中间分隔装置(A)包括分隔盘一(11)、分隔盘二(12)；分隔盘一(11)与耐温耐压容器之间设有腔体第一密封组件(21)，分隔盘二(12)位于分隔盘一(11)中心，并与分隔盘一(11)螺纹连接，分隔盘二(12)下端与岩芯(15)之间设有岩芯第一密封组件(22)；

所述岩芯支撑座(B)包括支撑座一(19)、支撑座二(18)、顶杆(20)；支撑座一(19)位于支撑座二(18)下方，并与支撑座二(18)孔轴间隙配合，支撑座一(19)和支撑座二(18)均设有介质流通孔；支撑座一(19)与耐温耐压容器之间设有腔体第二密封组件(25)，顶杆(20)位于支撑座一(19)中心，并与支撑座一(19)螺纹连接，支撑座二(18)与岩芯(15)之间设有岩芯第二密封组件(24)，通过顶杆(20)紧抵支撑座二(18)压紧密封。

5.根据权利要求4所述的一种大尺寸砂岩靶射孔流动效率测试装置，其特征在于，所述的分隔盘一(11)、筛管套筒(14)、支撑座一(19)相互为孔轴间隙配合，实现同轴安装；包覆铁皮(23)上下端分别与分隔盘一(11)及支撑座一(19)密封连接。

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