CN111601946A - 用于岩心样品中的未固结沉积物的原位稳定的设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于岩心样品中的未固结沉积物的原位稳定的设备和方法。岩心取样设备包括取心器，该取心器具有内壁、外壁以及布置在内壁和外壁之间的多个浸渍管，其中，多个浸渍管平行于取心器的中心轴线。用于对岩心进行取样的方法包括：使用取心器提取岩心样品；以及通过用树脂浸渍岩心样品，使岩心样品中的未固结沉积物在取心器内原位稳定。树脂经由布置在取心器的壁之间的多个浸渍管来供应。

Description

用于岩心样品中的未固结沉积物的原位稳定的设备和方法

技术领域

本发明总体上涉及对来自大地的沉积物进行取心，并且更具体地涉及用于对来自大地的未固结沉积物进行取心的改进的设备和方法。

背景技术

有时在含有碳氢化合物的地下地层中钻出井筒，以允许进行碳氢化合物的采收。在地下地层中钻井时遇到的地层材料可能会根据期望的储层的位置和深度而有很大差异。为了适当地表征井筒中的材料，可以采集一个或多个样品并进行测试，以确定材料的各种性质。可以采集各种形式的特定样品，包括在钻井期间在返回的钻井流体中的来自地层的岩屑，或者为测试而切下的特殊样品，通常称为岩心样品。

可以使用岩心切割机切割出来岩心样品，以产生各种直径和长度的样品。然后，可以在测试设备中测试所得到的岩心样品，以确定样品的一种或多种物理性质，诸如样品中的渗透率、孔隙度、流体流动或者流体或气体饱和度。可以使用特殊的测试设备，并且可以执行特定的方法来确定样品的各种性质。通常用具有一次性内筒或一次性内筒衬套的岩心筒来采收在大地的地表下获取的岩心样品。在地面上，将岩心筒与取心组件分离并放置在钻机台或其它工作区域上。

如果岩心材料是未固结的，则使岩心“稳定”，以防止因处理和运输引起的机械损坏。岩心稳定可以通过用干冰进行冰冻以人工地将岩心固结来实现，或者通过用非反应性岩心稳定化合物(例如，环氧树脂或石膏)填充岩心筒的环形空间来实现。图1以横截面示出包围岩心样品104的内筒或内壁102。因为岩心样品104没有完全填充内筒或内壁102，所以在内筒102的内部留有空隙空间106，该空隙空间可以被填充以防止岩心样品104在内筒或内壁102内移动，从而防止因处理和运输样品而对岩心造成损坏。在环氧树脂填充或石膏填充两种技术中，都是首先将长度可能为三十英尺以上的内筒分成近似一米的段。将每段以接近水平的姿势放置在机架上，以从内筒中排出任何钻井流体或泥浆。然后使段的基部稳定。在基部被稳定之后，将段以接近竖直的姿势放置并使整个段稳定。因此，本方法需要对内筒和所包围的岩心样品进行大量处理，因此样品容易受到因振动、震击或其它移动引起的机械损坏的影响。

因此，本领域存在着降低岩心损坏的风险并使内筒中的岩心样品稳定的设备和方法。特别地，本领域存在着减少在稳定过程中对内筒和所包含的岩心进行移动和处理的技术，并且该技术有利地准许稳定完整长度的内筒，而无需将内筒和所包含的岩心样品分段。

发明内容

因此，所描述的示例性实施例涉及用于对未固结沉积物进行微取心以及利用树脂浸渍进行原位沉积物固化的岩心取样设备和方法。未固结沉积物可以是松散的沙子，或者它可以是渗流区中的有水分或没有水分的土壤。取心器被推入沉积物中并且基本上不受干扰地被取回。本岩心取样设备允许原位树脂浸渍，使得可以根据期望的数据类型，通过不同的岩相技术对固化的岩心进行检查和分析。

一个示例性实施例是一种岩心取样设备，其包括取心器，该取心器具有内壁、外壁以及布置在内壁和外壁之间的多个浸渍管。浸渍管可以平行于取心器的中心轴线。多个浸渍管中的每一个可以具有多个孔。内壁可以包括与浸渍管上形成的多个孔对应的多个孔，并且多个孔可以隔开0.5厘米(cm)以上的距离。外壁具有光滑的外表面，以利于钻入到沉积物中。设备可以进一步包括：取心器盖，取心器盖配置有泵连接部，该泵连接部适于连接到真空泵，以产生真空以便于岩心的取样。设备还可以包括：可移除的树脂容器；以及环，环被构造为在顶部连接至可移除的树脂容器并在底部连接至取心器，环包括与取心器中的多个浸渍管对应的多个入口。在一个实施例中，泵连接部可以连接至真空泵，以利于树脂浸渍并使不期望的气泡最少化，或者它可以在钻孔期间使用，以利于取样过程。树脂可以包括环氧树脂、乙烯基酯和聚酯中的至少一种。作为替代方案，设备可以包括：树脂枪；以及环，环被构造为在顶部连接至树脂枪并在底部连接至取心器，环包括与取心器中的多个浸渍管对应的多个入口。设备还可以包括：岩心捕获器，岩心捕获器附接至取心器的下端，岩心捕获器被构造为收集并固定岩心样品。

另一示例性实施例是用于对岩心进行取样的方法。方法可以包括：使用取心器提取岩心样品；以及使岩心样品中的未固结沉积物在取心器内原位稳定。设备还可以包括：岩心捕获器，岩心捕获器附接至取心器的下端，岩心捕获器被构造为收集并固定岩心样品。使未固结沉积物稳定的步骤可以包括用树脂浸渍岩心样品。方法还可以包括：经由在取心器的内壁上形成的多个孔，引入树脂。方法可以进一步包括：为取心器提供外壁；以及在内壁与外壁之间布置多个浸渍管。在一个实施例中，浸渍管可以平行于取心器的中心轴线布置。方法还可以包括：为多个浸渍管中的每一个提供多个孔。在内壁上的多个孔与在浸渍管上形成的多个孔对应，反之亦然。方法还可以包括：提供具有泵连接部的取心器盖；以及将泵连接部连接至真空泵，以产生真空以便于岩心的取样。方法还可以包括：在已经收集到岩心样品之后，取下取心器盖；以及借助环将可移除的树脂容器连接至取心器，该环被构造为在顶部连接至可移除的树脂容器并在底部连接至取心器，环包括与取心器上的多个浸渍管对应的多个入口。方法可以进一步包括：为环提供泵连接部，以及将泵连接部连接至真空泵，以利于树脂浸渍并使不期望的气泡最少化。作为替代方案，方法可以包括：在已经收集到岩心样品之后取下取心器盖；以及借助环将树脂枪连接至取心器，该环被构造为在顶部连接至树脂枪并在底部连接至取心器。环包括与取心器上的多个浸渍管对应的多个入口。

附图说明

为了用于获得并可以更详细理解示例性实施例的特征、优点和目的以及可能变得显而易见的其它特征、优点和目的的方式，可以通过参考构成本说明书一部分的附图中所示出的实施例来对上面简要概述的示例性实施例进行更具体的描述。然而，需要注意的是，附图仅示出示例性实施例，因此不应被视为限制其范围，因为本发明可允许其它等效实施例。

图1是根据现有技术教导的取心器的内筒或内壁的横截面图。

图2A至图2C示出根据本发明的公开的一个或多个示例性实施例的岩心取样设备。

图3A至图3B是根据本发明的公开的一个或多个示例性实施例的岩心取样设备中的取心器的截面图。

图4A至图4D是根据本发明的公开的一个或多个示例性实施例的岩心取样设备的附加部件的示意图。

图5示出根据本发明的公开的一个或多个示例性实施例的、用于岩心样品中的未固结沉积物的原位稳定的方法中的示例性步骤。

图6示出根据本发明的公开的一个或多个示例性实施例的、用于岩心样品中的未固结沉积物的原位稳定的方法中的示例性步骤。

具体实施方式

现在将参考示出实施例的附图更全面地描述本发明的公开的方法和系统。本发明的公开的方法和系统可以具有许多不同的形式，并且不应被解释为限于本发明的公开中阐述的所示实施例；相反，这些实施例是为了使本发明的公开更加透彻和完整并将其范围充分地传达给本领域技术人员而提供的。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。

所描述的示例性实施例涉及用于对未固结沉积物进行微取心以及利用树脂浸渍进行原位沉积物固化的岩心取样设备和方法。未固结沉积物可以是松散的沙子，或者可以是渗流区中的有水分或没有水分的土壤。沉积物被推入取心器中并且基本上不受干扰地被取回。本岩心取样设备允许原位树脂浸渍，使得可以根据期望的数据类型，通过不同的岩相技术对固化的岩心进行检查和分析。

现在转到附图，图2A至图2C示出根据本发明的公开的一个或多个示例性实施例的岩心取样设备100的透视图。岩心取样设备100包括取心器120，以及附接到取心器120的下端上的岩心捕获器40。岩心捕获器40可以被构造为收集并固定岩心样品，并且可以采取适合于该目的的任何形式。取心器具有内壁10、外壁20、以及布置在内壁10与外壁20之间的多个浸渍管30。浸渍管30可以平行于取心器120的中心轴线布置。诸如环氧树脂或乙烯基酯或聚酯之类的树脂35可以经由这些浸渍管30被供应，以输送到取心器120中，用于使岩心样品中的未固结沉积物原位稳定。

图3A是沿着图2A中的线A-A’截取的取心器120的横截面图。虽然该图中仅示出四个浸渍管30，但是该描述仅是出于说明的目的，并且取心器120可以在内壁10与外壁20之间具有任何数量的浸渍管30。小的浸渍管30充当通道，以便在对岩心样品中的未固结沉积物25进行的原位浸渍期间树脂流动。四个浸渍管30在内壁10与外壁20之间平行于取心器120的长轴线设置，将内壁10的外圆周四等分，如图3A所示。图3B是沿着图3A中的线B-B’截取的取心器120的截面图。如该图所示，多个浸渍管30中的每一个可以具有多个孔15。内壁10可以包括与浸渍管30上形成的多个孔15对应的多个孔45。孔45可以隔开0.25cm以上或0.5cm以上或1cm以上的距离。小孔45可以将浸渍管30和内壁10连接起来，并允许树脂进入未固结样品25。这些孔提供了足够紧密的孔图案，以确保将待取心的沉积物彻底浸渍。然而，外壁20具有光滑的外表面，以利于钻入到沉积物中。

图4A至图4D是根据本发明的公开的一个或多个示例性实施例的岩心取样设备100的附加部件的示意图。如图4B所示，设备100可以包括取心器盖50，该取心器盖50可以配置有泵连接部55。泵连接部55可以连接至真空泵(未示出)，以产生真空以便于使用岩心取样设备100进行岩心取样。如图4A所示，设备100还可以包括可移除的树脂容器70、以及环60，该环60可以被构造为在顶部连接至可移除的树脂容器70并且在底部连接至取心器120。图4C是沿着图4A中的线C-C’截取的环60的剖视图。如图所示，环60可以具有与取心器120中的多个浸渍管30对应的多个入口75。入口75可以呈微型漏斗的形式，该微型漏斗可以从贮存器70接收树脂，并将其沿漏斗输送到取心器120中的浸渍管30内。贮存器70可以配备有延伸部分65，以使得环60与贮存器70之间容易连接。贮存器可以被构造为接收树脂的粒料并将熔融树脂35提供至环60。环60可以具有另一泵连接部55，该泵连接部55也可以连接至真空泵，以利于树脂浸渍并使树脂中气泡的形成最少化。虽然为了该目的可以使用本领域技术人员已知的任何树脂，但是环氧树脂、乙烯基酯、聚酯及其组合仅是几个实例。在一些实施例中，树脂可以具有低粘度，例如小于600厘泊(cps)，以使得能够容易地浸渍到沉积物中。树脂还可以具有快速的干燥速率，以使其在不到两个小时或者甚至不到一个小时的时间内使沉积物稳定。

图4D示出取心器120的顶部部分，其中浸渍管30从取心器120的主体突出，以确保与环60上的入口75的正确接合。可能需要完全密封，以防止微型漏斗与浸渍管30的顶部之间的泄漏。树脂贮存器70是供应用于原位沉积物固化的树脂的装置。它具有漏斗形状并且在浸渍期间经由微型漏斗连接至浸渍管30。树脂贮存器70可以在固化过程期间被移除以重新填充树脂。作为可移除的树脂容器70的替代方案，设备100可以包括树脂枪(未示出)、以及环60，该环60被构造为在顶部连接至树脂枪并且在底部连接至取心器120。树脂枪可以用于将树脂注入入口75，使得树脂以期望的压力流动经过取心器120中的浸渍管30。树脂35的流量应该足以在树脂混合物的工作时间内填充空隙空间106。然而，流量必须足够慢，以使得空隙空间106内的树脂35的流量不会在岩心样品104中产生可能干扰或破坏样品的应力。在稳定化合物为环氧树脂的实施例中，可以使用每分钟0.8加仑的流量，然而，其它流量也是可以使用的并且将落入本发明的公开的精神和范围内。

图5示出根据本发明的公开的一个或多个示例性实施例的用于岩心样品中的未固结沉积物的原位稳定的方法500中的示例性步骤。方法包括：在步骤502处，使用取心器(诸如之前的附图中所示的取心器)提取岩心样品。步骤504包括：经由取心器的内壁上形成的多个孔引入树脂。步骤506包括：用树脂(诸如环氧树脂或聚酯或乙烯基酯)浸渍岩心样品，并由此使岩心样品中的未固结沉积物在取心器内稳定。方法可以进一步包括：为取心器提供外壁，并且在内壁与外壁之间布置多个浸渍管。在一个实施例中，浸渍管可以平行于取心器的中心轴线布置。方法还可以包括：为多个浸渍管中的每一个提供多个孔，使得内壁上的多个孔与浸渍管上形成的多个孔对应。

图6示出根据本发明的公开的一个或多个示例性实施例的用于岩心样品中的未固结沉积物的原位稳定的方法600中的附加步骤。方法还可以包括：在步骤602处，提供具有第一泵连接部的取心器盖；以及在步骤604处，将第一泵连接部连接至真空泵，以产生真空以便于岩心的取样。方法还可以包括：在步骤606处，在取心器中已经收集到岩心样品之后取下取心器盖；以及在步骤608处，借助环将可移除的树脂容器连接至取心器，该环被构造为在顶部连接至可移除的树脂容器并在底部连接至取心器。环可以包括与取心器中的多个浸渍管对应的多个入口。方法可以进一步包括：在步骤610处，为环提供第二泵连接部；以及在步骤612处，将第二泵连接部连接至真空泵，以利于树脂浸渍并使气泡的形成最少化。作为替代方案，方法可以包括：在在步骤606中已经收集到岩心样品之后取下取心器盖，并且借助环将树脂枪代替地连接至取心器，该环构造为在顶部连接至树脂枪并在底部连接至取心器。

以该方式，提供岩心稳定设备和方法。内壁内的岩心样品可以使用树脂混合物被稳定，而无需首先将内壁和所包围的岩心样品分段。通过经由内壁上设置的多个端口将树脂同时注入壁中，来沿着整个长度的内壁使岩心样品稳定。经由布置在取心器的壁之间的多个浸渍管，来提供树脂混合物向注入端口的输送。在注入树脂混合物之前，使用引入到设置在内壁中的多个通气端口中的置换气体，将留在内壁内的钻井泥浆排出。通气端口还准许在岩心稳定混合物的注入期间在内壁空隙空间内进行气体的置换，并且另外地，允许在注入过程期间供应的任何过量树脂的逸出。虽然为了该目的可以使用本领域技术人员已知的任何树脂，但是环氧树脂、乙烯基酯、聚酯及其组合仅是几个实例。在一些实施例中，树脂可以具有低粘度，例如小于600厘泊(cps)，以使得能够容易地浸渍到沉积物中。树脂还可以具有快速的干燥速率，以使其在不到两个小时或者甚至不到一个小时的时间内使沉积物稳定。

包括发明内容、附图说明和具体实施方式的本说明书以及所附权利要求书指的是本发明的公开的特定特征(包括过程或方法步骤)。本领域技术人员理解，本发明包括本说明书中描述的特定特征的所有可能的组合和使用。本领域技术人员理解，本发明的公开不限于或不受本说明书中给出的实施例的描述限制。

本领域技术人员还理解，用于描述特定实施例的术语不限制本发明的公开的范围或广度。在解释本说明书和所附权利要求书时，应以与每个术语的上下文一致的尽可能广泛的方式解释所有术语。除非另有定义，否则本说明书和所附权利要求书中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。

如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另外明确指出。动词“包括”及其变形形式应解释为以非排他性方式指代元件、部件或步骤。所引用的元件、部件或步骤可以存在、被利用或与未明确引用的其它元件、部件或步骤组合。

除非另有明确说明或在所使用的上下文中另外理解，否则条件性语言(除其它之外，诸如“能够”、“可能”、“可能会”或“可以”等)通常旨在传达某些实施可能包括而其它实施不包括某些功能、元件或操作。因此，这种条件性语言通常不旨在暗示一个或多个实施以任何方式要求特征、元件或操作，也不旨在暗示一个或多个实施必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下确定在任何特定实施中是否包括或将要执行这些特征、元件或操作的逻辑。

因此，所描述的系统和方法非常适合于实现目标并获得所提及的目的和优点以及可能固有的其它目的。尽管已经出于公开目的给出了系统和方法的示例性实施例，但是在用于实现期望结果的程序的细节上存在许多改变。这些和其它类似的修改可以容易地向本领域技术人员表明自己，并且意图被包含在所公开的系统和方法的精神和所附权利要求的范围之内。

Claims (22)

1.一种岩心取样设备，包括：

取心器，其具有内壁、外壁以及布置在所述内壁和所述外壁之间的多个浸渍管，其中，所述多个浸渍管平行于所述取心器的中心轴线。

2.根据权利要求1所述的岩心取样设备，其中，所述多个浸渍管中的每一个具有多个孔。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的岩心取样设备，其中，所述内壁包括与所述浸渍管上形成的所述多个孔对应的多个孔。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的岩心取样设备，其中，所述浸渍管上的所述多个孔或所述内壁上的所述多个孔隔开0.5cm以上的距离。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的岩心取样设备，其中，所述外壁具有光滑的外表面，以利于钻入到沉积物中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的岩心取样设备，进一步包括：

取心器盖，其配置有泵连接部，所述取心器盖的所述泵连接部适于连接到真空泵，以产生真空以便于岩心的取样。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的岩心取样设备，进一步包括：

能移除的树脂容器；以及

环，其被构造为在顶部连接至所述能移除的树脂容器并在底部连接至所述取心器，所述环包括与所述取心器中的所述多个浸渍管对应的多个入口。

8.根据权利要求7所述的岩心取样设备，其中，所述环包括泵连接部，所述环的所述泵连接部适于连接至真空泵，以利于树脂浸渍并使不期望的气泡最少化。

9.根据权利要求7所述的岩心取样设备，其中，所述树脂包括环氧树脂、乙烯基酯和聚酯中的至少一种。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的岩心取样设备，进一步包括：

树脂枪；以及

环，其被构造为在顶部连接至所述树脂枪并在底部连接至所述取心器，所述环包括与所述取心器中的所述多个浸渍管对应的多个入口。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的岩心取样设备，进一步包括：

岩心捕获器，其附接至所述取心器的下端，所述岩心捕获器被构造为收集并固定岩心样品。

12.一种用于对岩心进行取样的方法，所述方法包括：

使用取心器提取岩心样品；以及

使所述岩心样品中的未固结沉积物在所述取心器内原位稳定。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，使未固结沉积物稳定的步骤包括用树脂浸渍所述岩心样品。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

经由在所述取心器的内壁上形成的多个孔，引入所述树脂。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

为所述取心器提供外壁；以及

在所述内壁与所述外壁之间布置多个浸渍管，所述多个浸渍管平行于所述取心器的中心轴线布置。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

为所述多个浸渍管中的每一个提供多个孔。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述内壁上的所述多个孔与在所述多个浸渍管上形成的所述多个孔对应。

18.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

提供具有泵连接部的取心器盖；以及

将所述泵连接部连接至真空泵，以产生真空以便于所述岩心的取样。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

在已经收集到所述岩心样品之后，取下所述取心器盖；以及

借助环将能移除的树脂容器连接至所述取心器，该环被构造为在顶部连接至所述能移除的树脂容器并在底部连接至所述取心器，所述环包括与所述取心器上的所述多个浸渍管对应的多个入口。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：

将所述泵连接部连接至真空泵，以利于树脂浸渍并使不期望的气泡最少化。

21.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

在已经收集到所述岩心样品之后取下所述取心器盖；以及

借助环将树脂枪连接至所述取心器，该环被构造为在顶部连接至所述树脂枪并在底部连接至所述取心器，所述环包括与所述取心器上的所述多个浸渍管对应的多个入口。

22.一种取心器，包括：

内壁；

外壁；以及

多个浸渍管，其布置在所述内壁与所述外壁之间，其中，所述多个浸渍管平行于所述取心器的中心轴线。

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