CN112153763A - 耐高温岩芯夹持器以及岩芯温度追踪加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耐高温岩芯夹持器以及岩芯温度追踪加热系统，其中，一种耐高温岩芯夹持器，包括：具有腔体的釜体；所述釜体设有腔体上开口、以及设置于所述腔体下方的腔体底壁；安装在所述腔体内的紫铜套；所述腔体在所述紫铜套外形成围压腔；伸入到所述紫铜套的上端的上堵头；所述上堵头设有输入接口、温度检测通道、以及点火加热棒；所述温度检测通道用于安装测温件；所述上堵头和所述紫铜套的内壁之间通过第一石墨密封圈密封；伸入到所述紫铜套的下端的下堵头；固定安装于所述釜体上端的上顶块；所述上顶块套设于所述上堵头外并将所述第一石墨密封圈压紧密封；所述上顶块和所述釜体的腔体内壁之间设有被压紧密封的第三石墨密封圈。

Description

耐高温岩芯夹持器以及岩芯温度追踪加热系统

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种岩芯夹持器，特别是一种可实现岩芯燃烧前缘温度追踪和热量补偿的耐高温多功能岩芯夹持器。

背景技术

空气作为一种廉价易得的驱油剂，被逐渐应用于热力开采稠油油藏和非常规油气资源。利用高压空气与储层原油之间的氧化反应或燃烧反应，形成稳定的高温燃烧带，升高储层温度，降低原油粘度，以期实现储层快速增压和提高波及系数的效果。

常规的岩芯夹持器通过橡胶套包裹岩芯，使用橡胶垫圈完成高压室进出口的法兰密封，从而模拟储层岩石在油藏压力和围岩应力作用下的驱替过程。但是，橡胶材料的耐温极限只有180℃左右，高温下易发生融化、变形，不能保证良好的气密性，存在严重的安全隐患，这对于模拟高温热采过程是不可行的。

与此同时，钢制结构导热系数和比热容较大，热采物理模拟过程中会引起严重的热损失，不能达到实际储层中的绝热条件，最终导致岩芯的燃烧反应熄灭，实验失败。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提出了一种即能保证在高温条件下安全稳定地进行高压空气岩芯驱油实验，又能对岩芯中原油氧化放热反应实现温度追踪和热量补偿，减小热损的耐高温岩芯夹持器以及岩芯温度追踪加热系统。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种耐高温岩芯夹持器，包括：

具有腔体的釜体；所述釜体设有腔体上开口、以及设置于所述腔体下方的腔体底壁；所述釜体的壁上还设有加热器、以及测温部；所述腔体底壁上设有围压腔测温口以及围压泵入口；

安装在所述腔体内的紫铜套；所述腔体在所述紫铜套外形成围压腔；

伸入到所述紫铜套的上端的上堵头；所述上堵头设有输入接口、温度检测通道、以及点火加热棒；所述温度检测通道用于安装测温件；所述上堵头和所述紫铜套的内壁之间通过第一石墨密封圈密封；

伸入到所述紫铜套的下端的下堵头；所述下堵头和所述上堵头之间形成岩芯腔体；所述上堵头设有将所述输入接口与所述岩芯腔体连通的输入通道；所述下堵头设有通入所述岩芯腔体的回压通道；所述回压通道用于连通位于所述釜体外的回压阀；所述下堵头和所述紫铜套的内壁之间设有第二石墨密封圈；所述下堵头外套设有将所述第二石墨密封圈压紧密封的下顶块；

固定安装于所述釜体上端的上顶块；所述上顶块套设于所述上堵头外并将所述第一石墨密封圈压紧密封；所述上顶块和所述釜体的腔体内壁之间设有被压紧密封的第三石墨密封圈；所述上顶块和所述下堵头通过螺柱固定连接。

作为一种优选的实施方式，所述上堵头的外壁设有环形坡度；所述第一石墨密封圈的下端内侧具有锥形部；所述第一石墨密封圈套设在上堵头外，所述锥形部与所述环形坡度形成紧密装配。

作为一种优选的实施方式，所述上堵头外固定套设有上顶盘；所述上顶盘位于所述上顶块的上方；所述上顶盘通过螺纹孔安装有用于下压所述上顶块的下压螺栓；所述下堵头外固定套设有下顶盘；所述下顶盘位于所述下顶块的下方；所述下顶盘通过螺纹孔安装有用于上顶所述下顶块的上顶螺栓；所述上顶块通过所述螺柱连接所述下顶盘，进而固定连接所述下堵头。

作为一种优选的实施方式，所述测温件包括通过所述温度检测通道进入所述岩芯腔体的热电偶；所述热电偶外套设有固定安装在所述温度检测通道上端的探针压帽以及位于探针压帽下方的探针压环；所述输入接口设有连接管线；所述连接管线外套设有固定安装在所述输入接口的管线压帽以及位于管线压帽下方的管线压环。

作为一种优选的实施方式，所述回压通道的下端固定连接有下出管；所述下出管穿过所述腔体底壁；所述下出管的下端设有下管转接头以连接回压阀；所述腔体底壁具有套设在所述下出管外的下端头；所述下端头固定连接有腔体下出口压帽；所述腔体下出口压帽的内部压紧有套设于所述下出管外的第四石墨密封圈。

作为一种优选的实施方式，所述测温部包括从所述釜体下端面朝向所述釜体上端延伸的测温槽、以及位于所述测温槽内的测温器；

所述釜体下端面还设有一个或更多个朝向所述釜体上端延伸的加热槽；所述加热器包括设置于所述加热槽中的移动加热棒；所述岩芯夹持器还包括用于移动所述移动加热棒的位移调节器。

作为一种优选的实施方式，所述上顶块外套设有将所述第三石墨密封圈压紧的法兰；所述法兰通过法兰螺柱固定连接在所述釜体上端；所述法兰螺柱连接有法兰螺母；所述法兰螺母和所述法兰之间具有套设于所述法兰螺柱外的法兰垫片；所述法兰还固定连接有法兰手柄。

作为一种优选的实施方式，所述上顶块外固定套设有法兰顶盘；所述法兰顶盘通过螺纹孔螺纹连接有被所述法兰所承托的法兰顶盘螺栓，完成腔体内部岩芯夹持器以及岩芯的上提，借此实现第三石墨密封圈的挤压膨胀密封。

作为一种优选的实施方式，所述釜体的上端还设有与所述腔体相通且可被封堵的排气孔。

一种岩芯驱替系统，包括：

如上任意一项实施方式所述岩芯夹持器；

连通所述输入接口的流体驱替机构；

连通所述围压泵入口的围压输入机构；

连接所述测温件、所述点火加热棒和加热器的温度采集与控制器；所述温度采集与控制器能够根据所采集到的岩芯燃烧前缘位置和温度，调节所述加热器位置和温度。

与现有技术相比，本申请一个实施例所提供的高温岩芯夹持器具有以下优点：

1、与常规的岩芯夹持器相比，该高温岩芯夹持器采用紫铜套对岩芯施加围压，采用石墨密封圈对岩芯孔隙压力和围岩压力的进出口完成密封，弥补了橡胶材料不耐高温的缺陷，同时紫铜套和石墨密封圈能够达到良好的密封性和安全性，保证了在高温条件下岩芯驱替实验的稳定进行。

2、通过岩芯多点测温、温度采集与控制器和追踪加热系统(温度检测补偿系统)，实现了对岩芯燃烧前缘温度和位置的追踪，岩芯的燃烧放热反应获得及时的温度补偿，岩芯的热量损失降低，创造了良好的储层绝热环境，有利于实验的成功实施。

3、紫铜套不仅具有耐高温的特性，而且具有良好的延展性。实验开始时，可增加围压，使紫铜套发生变形，紧紧地夹持住岩芯。实验结束时，可保持孔压不变，卸载围压，使紫铜套的变形复位，还原到原始尺寸，下次实验紫铜套可循环使用，降低了材料的损耗。

4、常规的燃烧管实验装置虽可以实现多点测温，但所用岩芯是由矿物颗粒充填而来，这不能反映非常规储层低孔隙度和超低渗透率的特点，且燃烧管不能施加围岩压力。该高温岩芯夹持器在实现多点测温的基础上，采用了地下或露头岩芯，既能够模拟真实储层中的孔隙度和渗透率条件，又能够模拟围岩压力状态，仿真效果更加接近真实储层的物性条件和压力环境。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的岩芯夹持器的结构示意图；

图2为图1的工作状态示意图。

图中，1-法兰垫片，2-法兰螺母，3-法兰螺柱，4-下压螺栓，5-探针压帽，6-热电偶，7-点火加热棒，8-连接管线，9-管线压环，10-上顶盘，11-上顶盘垫片，12-上顶块，13-法兰顶盘螺栓，14-法兰顶盘，15-法兰顶盘垫片，16-上堵头，17-法兰，18-第三石墨密封圈，19-第一石墨密封圈，20-保护罩套环，21-紫铜套，22-保护罩，23-釜体，24-固定桩，25-承重梁，26-移动加热棒，27-隔热层金属壁，28-下堵头，29-下顶块，30-下顶盘垫片，31-下顶盘，32-螺柱，33-围压泵入口，34-第四石墨密封圈，35-腔体下出口压环，36-腔体下出口压帽，37-下出管压帽，38-下出管压环，39-下出管，40-下管转接头，41-围压腔测温口，42-移动加热棒测温口，43-石棉隔热层，44-法兰手柄。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图2。本发明一个实施例提供了一种用于模拟岩芯(也可以称为岩心)高压空气驱替和氧化过程，可实现岩芯温度追踪和热量补偿的耐高温多功能岩芯夹持器。该岩芯夹持器主要由釜体23加压系统、点火系统以及温度检测补偿系统三大部分组成。岩芯夹持器的核心部分利用石墨密封圈的膨胀变形，对紫铜套21和釜体23进出口完成挤压密封，保证了良好的气密性。釜体23加压系统通过向釜体23环腔(围压腔)内泵入硅油，施加压力使紫铜套21变形，模拟岩芯在储层中所受的围岩压力状态。点火系统使用K型测温热电偶6、点火加热棒7和温度采集与控制器，将岩芯上表面加热到目标点火温度；通过恒速恒压驱替泵和原油活塞容器、空气活塞容器向岩芯夹持器内注入原油和高压空气，完成岩芯的点火和驱替过程。通过K型测温热电偶6进行岩芯多点位测温、以及温度采集与控制器与位移调节器之间的相互配合，对岩芯燃烧前缘的放热反应实现了温度追踪和热量补偿，以尽可能减小热量损失。

本实施例所提供的岩芯夹持器不仅可以在高温条件下安全稳定地实施岩芯高压空气驱替和氧化实验，克服常规岩芯夹持器不耐高温的弊端，而且还可以实现岩芯燃烧前缘的温度追踪和热量补偿，减小岩芯的热量损失，尽可能还原实际储层中的绝热条件。

请继续参阅图1。本发明一个实施例提供一种岩芯夹持器，包括：具有腔体的釜体23；安装在所述腔体内的紫铜套21；伸入到所述紫铜套21的上端的上堵头16；伸入到所述紫铜套21的下端的下堵头28；固定安装于所述釜体23上端的上顶块12。

其中，所述釜体23设有腔体上开口、以及设置于所述腔体下方的腔体底壁。所述釜体23的壁上还设有加热器、以及测温部。所述腔体底壁上设有围压腔测温口41以及围压泵入口33。围压腔测温口41可以伸入热电偶，以检测围压腔的温度。

所述腔体在所述紫铜套21外形成围压腔。所述上堵头16设有输入接口、温度检测通道、以及点火加热棒7。所述温度检测通道用于安装测温件。所述上堵头16和所述紫铜套21的内壁之间通过第一石墨密封圈19密封。

所述下堵头28和所述上堵头16之间形成岩芯腔体。所述上堵头16设有将所述输入接口与所述岩芯腔体连通的输入通道。所述下堵头28设有通入所述岩芯腔体的回压通道。所述回压通道用于连通位于所述釜体23外的回压阀。所述下堵头28和所述紫铜套21的内壁之间设有第二石墨密封圈。所述下堵头28外套设有将所述第二石墨密封圈压紧密封的下顶块29。

所述上顶块12套设于所述上堵头16外并将所述第一石墨密封圈19压紧密封。所述上顶块12和所述釜体23的腔体内壁之间设有被压紧密封的第三石墨密封圈18。所述上顶块12和所述下堵头28通过螺柱32固定连接。

如图2所示，该岩芯夹持器还可以应用在岩芯驱替系统中。具体的，岩芯驱替系统包括：如上任意一项实施例所述岩芯夹持器，连通所述输入接口的流体驱替机构，连通所述围压泵入口33的围压输入机构，连接所述测温件、所述加热器、所述点火加热棒7的温度采集与控制器。该温度采集与控制器具体可以为图2中的温度采集与控制器。流体驱替机构和围压输入机构采用不同的驱替泵。在流体驱替机构中，驱替泵和输入接口之间还设有原油活塞容器以及空气活塞容器。

在本实施例中，所述上堵头16的外壁设有环形坡度。所述第一石墨密封圈19的下端内侧具有锥形部；所述第一石墨密封圈19套设在上堵头16外，所述锥形部与所述环形坡度形成紧密装配。与第一石墨密封圈相类似，下堵头28位于腔体内，下堵头28的外壁设有环形坡度，第二石墨密封圈的上端内侧具有锥形部；第二石墨密封圈套设在下堵头28外，锥形部和环形坡度形成紧密装配。

紫铜套21经腔体上开口进入到腔体中，并安装在腔体中。紫铜套21外可以套设有保护罩22，保护罩22的两端分别固定套有保护罩套环20。上顶块12以及上堵头16经腔体上开口伸入到腔体中。所述上顶块12外套设有将所述第三石墨密封圈18压紧的法兰17。所述法兰17通过法兰螺柱3固定连接在所述釜体23上端。所述法兰螺柱3连接有法兰螺母2。所述法兰螺母2和所述法兰17之间具有套设于所述法兰螺柱3外的法兰垫片1。所述法兰17还固定连接有法兰手柄44。釜体23上还安装有固定桩24和承重梁25。为隔热考虑，釜体23的侧面还设有石棉隔热层43，石棉隔热层43外还安装有隔热层金属壁27。

与第一石墨密封圈19、第二石墨密封圈压紧膨胀密封相类似的，为起到较佳的高温密封效果，第三石墨密封圈18位于第一石墨密封圈19的上方，第三石墨密封圈18的下端内侧具有锥形部，上顶块的外壁设有环形坡度。第三石墨密封圈18套设在上顶块12外，锥形部与环形坡度形成紧密装配。

所述上堵头16外固定套设有上顶盘10。所述上顶盘10位于所述上顶块12的上方。所述上顶盘10通过螺纹孔安装有用于下压所述上顶块12的下压螺栓4。所述下堵头28外固定套设有下顶盘31。所述下顶盘31位于所述下顶块29的下方。所述下顶盘31通过螺纹孔安装有用于上顶所述下顶块29的上顶螺栓。所述上顶块12通过所述螺柱连接所述下顶盘31，进而固定连接所述下堵头28。

所述上顶块12外固定套设有法兰顶盘14。所述法兰顶盘14通过螺纹孔螺纹连接有下压所述法兰的法兰顶盘螺栓13。所述釜体23的上端还设有与所述腔体相通且可被封堵的排气孔。

在本实施例中，点火加热棒7可以居中或同轴安装在上堵头16上。上堵头16可以设有从上向下延伸的加热槽孔，点火加热棒7伸入安装在该加热槽孔中。温度检测通道以及输入通道为直线型通道，并设置在点火加热棒7的周侧。

所述测温件包括通过所述温度检测通道进入所述岩芯腔体的热电偶6。该热电偶6可以为K型测温热电偶。所述热电偶的探针外套设有固定安装在所述温度检测通道上端的探针压帽5以及位于探针压帽5下方的探针压环。所述输入接口设有连接管线8。所述连接管线8外套设有固定安装在所述输入接口的管线压帽(类似于探针压帽)以及位于管线压帽下方的管线压环9。

所述回压通道的下端固定连接有下出管39。所述下出管39穿过所述腔体底壁。所述下出管39的下端设有下管转接头40以连接回压阀。下出管39的下端还通过连接有下出管压帽37、下出管压环38以连接转接头40。所述腔体底壁具有套设在所述下出管39外的下端头。所述下端头固定连接有腔体下出口压帽36；所述腔体下出口压帽36的内部压紧有套设于所述下出管39外的第四石墨密封圈34。

所述测温部包括从所述釜体23下端面朝向所述釜体23上端延伸的测温槽、以及位于所述测温槽内的测温器。测温槽在釜体23的下端面形成移动加热棒测温口42。加热棒测温口42可以紧邻移动加热棒26设置。每个移动加热棒26的附近均设有一个加热棒测温口42，通过加热棒测温口42可以测量移动加热棒26的加热温度。该测温口42可以连接温度采集与控制器，以采集移动加热棒26的加热温度。所述釜体23下端面还设有一个或更多个朝向所述釜体23上端延伸的加热槽(本实施例中为8个沿周向均匀分布的加热槽，相对应的，设有8个可在加热槽中沿长度方向移动的移动加热棒26)。所述加热器包括设置于所述加热槽中的移动加热棒26。所述岩芯夹持器还包括用于移动所述移动加热棒26的位移调节器。

在本实施例中，该岩芯夹持器可以包括加压系统、点火系统以及温度检测补偿系统。具体的，加压系统可以包括：用于夹持岩芯的可变形紫铜套21、用于孔隙压力和围岩压力进出口密封的第一、第二、第三、第四石墨密封圈(18、19、34)以及用于施加围岩压力的耐压耐高温釜体23。

所述紫铜套21内装有露头岩芯。紫铜套21的两端被上堵头16、下堵头28和第一、第二石墨密封圈所密封。所述上堵头16内部有通孔形成的输送通道、温度检测通道，作为驱替流体注入、液体采出和测温件(例如测温探针，也即K型测温热电偶6)放置的通道。上、下堵头28外侧均有环形坡度。所述第一、第二石墨密封圈一端内侧有锥形部，第一、第二石墨密封圈套入上、下堵头16、28后，与上、下堵头16、28外部的环形坡度形成紧密装配。

上堵头16在第一石墨密封圈19的上方套入上顶块12，并在上顶块12的上方螺纹旋入上顶盘10。所述上顶盘10通过与上堵头16间的螺纹固定连接，保持其位置固定不变。通过拧紧上顶盘10中的内六角螺栓(下压螺栓4)，推动上顶块12向下移动，下压第一石墨密封圈19。所述第一石墨密封圈19沿着上堵头16外侧坡度向外膨胀，完成对紫铜套21的挤压密封。

相似的，下堵头28在第二石墨密封圈的下方套入下顶块29，并在下顶块29的下方螺纹旋入下顶盘31。所述下顶盘31通过与下堵头28间的螺纹固定连接，保持其位置固定不变。通过拧紧下顶盘31中的内六角螺栓(上顶螺栓)，推动下顶块29向上移动，上挤第二石墨密封圈。所述第二石墨密封圈沿着下堵头28外侧坡度向外膨胀，完成对紫铜套21的挤压密封。

所述下堵头28的回压通道的出口与一根下出管39螺纹密封连接。腔体底壁设有腔体下出口。下出管39从腔体下出口伸出。下出管39还可以用于伸入到岩芯腔体的热电偶，该热电偶可以用于检测岩芯下表面的温度。所述腔体下出口和腔体上开口所采取的密封方式与上述石墨膨胀密封方式相同。所述釜体23下端有围压泵入口33，通过恒速恒压驱替泵连接该围压泵入口33向腔体(围压腔)内注入硅油，以模拟岩芯所受到的围岩压力状态。所述釜体23上部有排气孔，用于排尽釜腔内积压的空气，在围压腔中填满硅油后将排气孔封堵，避免硅油泄漏以及无法加压的情况。

点火系统包括点火加热棒7、(一根或多根)K型测温热电偶6(测温件)和与点火加热棒7、K型测温热电偶6相电性连接的温度采集与控制器。所述点火加热棒7插入上堵头16的中心孔位(安装槽孔)中，以对岩芯的上表面进行加热点火。所述K型测温热电偶6插入到点火加热棒7旁边的细孔(温度检测通道)中，测量点火加热棒7的加热温度，以及岩芯温度(例如岩芯上表面、中间位置的温度)。所述温度采集与控制器用于设置点火加热棒7的点火温度、采集点火加热棒7的加热温度和自动调节加热功率。也即，当点火加热棒7的加热温度低于设置温度时，温度采集与控制器保持开路，点火加热棒7持续加热。当点火加热棒7的加热温度超过设置温度时，温度采集与控制器断开，点火加热棒7停止加热。

温度检测补偿系统包括K型测温热电偶6(测温件)、温度采集与控制器和(补偿)加热器。所述温度采集与控制器能够根据所采集到的岩芯燃烧前缘位置移动所述加热器。所述K型测温热电偶6插入并穿过上堵头16内部的通孔(温度检测通道)和下出管39中，分别接触岩芯的上表面、中心和下表面，实现岩芯的多点测温。所述温度检测通道采用探针压环和探针压帽对K型测温热电偶6的探针进行螺纹密封。所述温度采集与控制器通过热电偶6采集岩芯的多点位温度，通过温控软件判断岩芯燃烧前缘的温度和位置，实时更新补偿加热器的追踪温度(SV)，并自动调节加热器的加热功率，始终保持加热器温度与岩芯燃烧前缘温度相同，实现对岩芯燃烧前缘温度的追踪。

在本实施例中，所述温度采集与控制器能够控制位移调节器移动所述移动加热棒26，并将移动加热棒的中间位置与岩芯燃烧前缘位置的高度相平齐，补偿岩芯燃烧热量，维持岩芯燃烧。同时，温度采集与控制器还能够控制围压腔的温度与岩芯燃烧前缘温度保持一致，当然，所述温度采集与控制器可以通过控制移动加热棒的加热温度来控制围压腔的温度。

所述补偿加热器包括8根移动加热棒26。移动加热棒26分别插入釜体23的壁上(沿圆周方向)均匀分布的8个孔位(加热槽)中。根据温控软件采集到的岩芯燃烧前缘温度和位置，使用位移控制器调节移动加热棒26的位置以及调节移动加热棒26的加热温度，始终保持加热器位置与岩芯燃烧前缘位置相同，实现对岩芯燃烧前缘位置的追踪。通过以上对岩芯燃烧前缘的温度追踪和位置追踪，有效地实现了对岩芯燃烧放热反应的温度补偿，以尽可能降低岩芯的热损失，建立近似绝热的实验条件。

请继续参阅图1，下面详细描述本实施例所提供的岩芯夹持器的安装工作步骤，以便更好地理解本实施例。

(1)、首先将岩芯装入紫铜套21的中心位置。然后，依次组装上堵头16、第一石墨密封圈19、上顶块12、上顶盘垫片11、上顶盘10、下压螺栓4；以及组装下堵头28、第二石墨密封圈、下顶块29、下顶盘垫片30、下顶盘31、上顶螺栓。随后将上堵头16及其组件以及下堵头28及其组件分别装入紫铜套21的两端。对角拧紧上、下顶盘的下压螺栓4和上顶螺栓，使第一石墨密封圈19、第二石墨密封圈膨胀，完成挤压密封。

(2)、再将下堵头28与下出管39通过腔体下出口压帽37和腔体下出口压环38螺纹连接。下堵头28与上顶块12通过螺柱32螺纹连接。上顶块12上方依次装入腔体上开口石墨密封圈18(第三石墨密封圈)、法兰17、法兰顶盘垫片15、法兰顶盘14、法兰顶盘螺栓13(优选为内六角螺栓)，组装后一起装入釜体23的腔体中。将法兰垫片1和法兰螺母2套入法兰螺柱3，拧紧法兰螺母2。拧紧法兰顶盘螺栓13，通过将法兰17下压，上提腔体内岩芯夹持器以及岩芯，使腔体下出口石墨密封圈18(第三石墨密封环)膨胀，完成挤压密封。随后，依次将腔体下出口石墨密封圈34(第四石墨密封圈)和腔体下出口压环35套入下出管39，螺纹旋入并拧紧腔体下出口压帽36，完成挤压密封。

(3)、连接上堵头16的连接管线8(例如3毫米管线)与空气活塞容器、原油活塞容器，并用管线压帽5和管线压环9进行螺纹密封。下出管39螺纹连接下出管转接头40，下出管转接头40螺纹连接回压阀。釜体的围压泵入口33连接围压输入机构。该围压输入机构同样可以为驱替泵管线。利用两个驱替泵交替向岩芯腔体以及围压腔体打压。

下面结合图1和图2，详细描述本实施例的岩芯夹持器的使用工作步骤，以便更好地理解本发明。

(1)、设置腔体下出口处的回压阀为初始油藏压力。使用恒速恒压驱替泵交替向岩芯注入原油，向釜腔注入导热硅油，且保持围压始终高于孔压4Mpa，逐步建立初始油藏孔隙压力和围岩压力。与此同时，打开加热器，设置初始油藏温度，从而建立初始油藏温度条件。随后保压24小时，使岩芯充分饱和原油。

(2)、将K型测温热电偶插入到点火加热棒7旁边的温度检查通道中，设置点火加热棒的目标温度为350℃，用温度采集与控制器调节点火加热棒功率，直到岩芯上表面达到了目标点火温度。

(3)、随即通过恒速恒压驱替泵注入高压空气，会观测到岩芯上表面温度迅速上升，岩芯孔隙中的原油开始燃烧。待岩芯上表面温度稳定以后，使用温控软件采集岩芯多点位温度。

(4)启动燃烧前缘温度和位置追踪功能，始终保持加热器温度与岩芯上表面、中心和下表面温度的最大值Tmax一致，并控制位移调节器始终保持移动加热棒位置与燃烧前缘位置相同。

(5)在回压阀出口处收集采出的液体和气体，实验结束时，对采出液进行称重，气体送去做气相色谱分析(GC)。

综上所述，与现有技术相比，本实施例所提供的高温岩芯夹持器具有以下优点：

1、与常规的岩芯夹持器相比，该高温岩芯夹持器采用紫铜套对岩芯施加围压，采用石墨密封圈对岩芯孔隙压力和围岩压力的进出口完成密封，弥补了橡胶材料不耐高温的缺陷，同时紫铜套和石墨密封圈能够达到良好的密封性和安全性，保证了在高温条件下岩芯驱替实验的稳定进行。

2、通过岩芯多点测温、温度采集与控制器和追踪加热系统(温度检测补偿系统)，实现了对岩芯燃烧前缘温度和位置的追踪，岩芯的燃烧放热反应获得及时的温度补偿，岩芯的热量损失降低，创造了良好的储层绝热环境，有利于实验的成功实施。

3、紫铜套不仅具有耐高温的特性，而且具有良好的延展性。实验开始时，可增加围压，使紫铜套发生变形，紧紧地夹持住岩芯。实验结束时，可保持孔压不变，卸载围压，使紫铜套的变形复位，还原到原始尺寸，下次实验紫铜套可循环使用，降低了材料的损耗。

4、常规的燃烧管实验装置虽可以实现多点测温，但所用岩芯是由矿物颗粒充填而来，这不能反映非常规储层低孔隙度和超低渗透率的特点，且燃烧管不能施加围岩压力。该高温岩芯夹持器在实现多点测温的基础上，采用了地下或露头岩芯，既能够模拟真实储层中的孔隙度和渗透率条件，又能够模拟围岩压力状态，仿真效果更加接近真实储层的物性条件和压力环境。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种耐高温岩芯夹持器，其特征在于，包括：

具有腔体的釜体；所述釜体设有腔体上开口、以及设置于所述腔体下方的腔体底壁；所述釜体的壁上还设有加热器、以及测温部；所述腔体底壁上设有围压腔测温口以及围压泵入口；

安装在所述腔体内的紫铜套；所述腔体在所述紫铜套外形成围压腔；

伸入到所述紫铜套的上端的上堵头；所述上堵头设有输入接口、温度检测通道、以及点火加热棒；所述温度检测通道用于安装测温件；所述上堵头和所述紫铜套的内壁之间通过第一石墨密封圈密封；

伸入到所述紫铜套的下端的下堵头；所述下堵头和所述上堵头之间形成岩芯腔体；所述上堵头设有将所述输入接口与所述岩芯腔体连通的输入通道；所述下堵头设有通入所述岩芯腔体的回压通道；所述回压通道用于连通位于所述釜体外的回压阀；所述下堵头和所述紫铜套的内壁之间设有第二石墨密封圈；所述下堵头外套设有将所述第二石墨密封圈压紧密封的下顶块；

固定安装于所述釜体上端的上顶块；所述上顶块套设于所述上堵头外并将所述第一石墨密封圈压紧密封；所述上顶块和所述釜体的腔体内壁之间设有被压紧密封的第三石墨密封圈；所述上顶块和所述下堵头通过螺柱固定连接。

2.如权利要求1所述耐高温岩芯夹持器，其特征在于，所述上堵头的外壁设有环形坡度；所述第一石墨密封圈的下端内侧具有锥形部；所述第一石墨密封圈套设在上堵头外，所述锥形部与所述环形坡度形成紧密装配。

3.如权利要求1或2所述耐高温岩芯夹持器，其特征在于，所述上堵头外固定套设有上顶盘；所述上顶盘位于所述上顶块的上方；所述上顶盘通过螺纹孔安装有用于下压所述上顶块的下压螺栓；所述下堵头外固定套设有下顶盘；所述下顶盘位于所述下顶块的下方；所述下顶盘通过螺纹孔安装有用于上顶所述下顶块的上顶螺栓；所述上顶块通过所述螺柱连接所述下顶盘，进而固定连接所述下堵头。

4.如权利要求3所述耐高温岩芯夹持器，其特征在于，所述测温件包括通过所述温度检测通道进入所述岩芯腔体的热电偶；所述热电偶外套设有固定安装在所述温度检测通道上端的探针压帽以及位于所述探针压帽下方的探针压环；所述输入接口设有连接管线；所述连接管线外套设有固定安装在所述输入接口的管线压帽以及位于管线压帽下方的管线压环。

5.如权利要求1所述耐高温岩芯夹持器，其特征在于，所述回压通道的下端固定连接有下出管；所述下出管穿过所述腔体底壁；所述下出管的下端设有下管转接头以连接回压阀；所述腔体底壁具有套设在所述下出管外的下端头；所述下端头固定连接有腔体下出口压帽；所述腔体下出口压帽的内部压紧有套设于所述下出管外的第四石墨密封圈。

6.如权利要求1所述耐高温岩芯夹持器，其特征在于，所述测温部包括从所述釜体下端面朝向所述釜体上端延伸的测温槽、以及位于所述测温槽内的测温器；

所述釜体下端面还设有一个或更多个朝向所述釜体上端延伸的加热槽；所述加热器包括设置于所述加热槽中的移动加热棒；所述耐高温岩芯夹持器还包括用于移动所述移动加热棒的位移调节器。

7.如权利要求1所述耐高温岩芯夹持器，其特征在于，所述上顶块外套设有将所述第三石墨密封圈压紧的法兰；所述法兰通过法兰螺柱固定连接在所述釜体上端；所述法兰螺柱连接有法兰螺母；所述法兰螺母和所述法兰之间具有套设于所述法兰螺柱外的法兰垫片；所述法兰还固定连接有法兰手柄。

8.如权利要求7所述耐高温岩芯夹持器，其特征在于，所述上顶块外固定套设有法兰顶盘；所述法兰顶盘通过螺纹孔螺纹连接有被所述法兰所承托的法兰顶盘螺栓。

9.如权利要求1所述耐高温岩芯夹持器，其特征在于，所述釜体的上端还设有与所述腔体相通且可被封堵的排气孔。

10.一种岩芯温度追踪加热系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任意一项所述岩芯夹持器；

连通所述输入接口的流体驱替机构；

连通所述围压泵入口的围压输入机构；

连接所述测温件、所述点火加热棒和加热器的温度采集与控制器；所述温度采集与控制器能够根据所采集到的岩芯燃烧前缘位置和温度，调节所述加热器位置和温度。

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