CN114137012B - 一种真三轴实验磁信号捕集装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气开采勘探领域，公开了一种真三轴实验磁信号捕集装置及其应用方法，真三轴实验磁信号捕集装置包括应力加载系统、流体注入系统和信号采集系统，通过应力加载系统对试样施加三向应力,流体注入系统用于注入流体，信号采集系统用于采集流体信号。本发明通过应力加载系统、流体注入系统、信号采集系统相互配合，还原真实的地下赋存环境，实现多场耦合作用下，煤岩体微观孔裂隙结构演化实时监测，研究煤岩体内多相流体的赋存状态以及微观运移机理。

Description

一种真三轴实验磁信号捕集装置及应用方法

技术领域

本发明涉及油气开采勘探领域，具体的是一种真三轴实验磁信号捕集装置及应用方法。

背景技术

随着能源需求的上升以及常规能源的枯竭，非常规能源受到了越来越多的重视。油砂、致密气、煤层气和致密油等非常规油气资源已经成为了全球非常规能源勘探的重点领域。与常规能源相比，非常规油气的储集层非均质性强，孔隙与喉道小，不同微观尺度孔喉结构复杂多样，这导致非常规能源的开采十分困难。因此，搞清楚非常规油气储集层孔喉大小、形态、连通性等微观结构特征以及演化规律与油气赋存状态等基础地质问题显得尤为重要。

核磁共振监测技术，是一项无损监测技术，被广泛应用于油气开采勘探领域，其能有效的表征煤岩体的微观孔隙结构和孔隙流体的赋存状态，其监测精度达到纳米级别，能很好满足当前的研究需求。但是，现有的核磁共振技术的应力加载方式只能施加围压和孔隙压力，并不能真实的还原地层应力条件，从而导致测试结果存在误差。

目前，真三轴加载方式是能最准确的模拟地层岩体真实的受力状态的一种加载方式，而现阶段基于真三轴加载条件下，核磁监测技术的实时监测手段仍为空白。基于上述情况，迫切需要一种真三轴实验磁信号捕集装置，实现在真实地层应力条件下，核磁共振的实时监测，从而能够精确的表征原位赋存环境下，煤岩体内部微观孔裂隙结构、流体赋存状态，揭示多场耦合作用下多相流体的微观运移机理。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种真三轴实验磁信号捕集装置及应用方法，通过应力加载系统、流体注入系统、信号采集系统相互配合，还原真实的地下赋存环境，实现多场耦合作用下，煤岩体微观孔裂隙结构演化实时监测，研究煤岩体内多相流体的赋存状态以及微观运移机理。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种真三轴实验磁信号捕集装置，包括应力加载系统、流体注入系统和信号采集系统，通过应力加载系统对试样施加三向应力,流体注入系统用于注入流体，信号采集系统用于采集流体信号；

应力加载系统包括轴压控制器I、轴压控制器II、轴压控制器III、轴压控制器IV、轴压控制器V、支撑架、轴压直杆I、轴压直杆II、轴压直杆Ⅲ、轴压直杆Ⅳ、轴压直杆V、轴压直杆VI、传轴孔I、传轴孔II、传轴孔III、传轴孔IV、传轴孔V、传轴孔VI、侧向轴压液注入孔、轴向轴压液注入孔和温度控制环；

流体注入系统包括气液相注入孔I、气液相注入孔II、试样腔、实验试样、橡胶壳体、围压室和注液通孔；

信号采集系统包括内嵌环形体和信号激发线圈。

一种真三轴实验磁信号捕集装置的应用方法，包括以下步骤：

a、根据实验方案，确定所需加载的三轴应力、孔隙水压、地层温度以及注入流体种类；

b、将实验试样放置所述试验腔中并在所述试验腔外部用所述橡胶壳体包裹，然后放入核磁共振仪中。

c、通过所述轴压控制器I、轴压控制器II、轴压控制器III、轴压控制器IV、轴压控制器V、支撑架对所述实验试样进行三向应力加载；

d、通过所述注液通孔向所述围压室内注入无信号液体控制围压，使所述围压室内压力大于孔隙压力，从而使所述橡胶壳体紧贴试样，最后通过所述温度控制环对所述围压室控温；

e、按照设置的实验条件，从所述气液相注入孔I向所述试验腔内注入流体；

f、采用所述信号激发线圈激发核磁信号并采集，反演所得信号，得到所述实验试样微观结构以及内部流体运移分布特征。

本发明的有益效果：

本发明真三轴实验磁信号捕集装置具有应力加载系统、流体注入系统和信号采集系统，通过应力加载系统的五个加载器与支撑架提供三向应力，通过流体注入系统的气相液相注入孔注入流体，通过信号采集系统的内嵌环形体固定信号激发线圈，实时采集多相多场环境下的核磁信号，以达到实时监测真三轴加载条件下，流体的微观运移与分布状态的目的，最终探索研究真三轴应力加载下，煤岩体内部孔裂隙结构的演化特征以及流体的微观运移规律，为实际工程开发实践提供理论支撑。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明真三轴实验磁信号捕集装置的整体结构示意图；

图2是本发明本发明真三轴实验磁信号捕集装置信号采集系统的结构示意图；

图3是本发明本发明真三轴实验磁信号捕集装置的剖面图。

图中：

1-轴压控制器I；2-轴压控制器II；3-轴压控制器III；4-轴压加载器Ⅳ；5-轴压控制器V；6-支撑架；7-轴压直杆I；8-轴压直杆II；9-轴压直杆III；10-轴压直杆IV；11-轴压直杆V；12-轴压直杆VI；13-传轴孔I；14-传轴孔II；15-传轴孔III；16-传轴孔IV；17-传轴孔V；18-传轴孔VI；19-内嵌环形体；20-信号激发线圈；21-围压室；22-注液通孔；23-温度控制环；24-试验腔；25-轴向轴压液注入孔；26-侧向轴压液注入孔；27-橡胶壳体；28-实验试样；29-夹持腔体；30-气液相注入孔I；31-气液相注入孔II。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-3所示，一种真三轴实验磁信号捕集装置，包括应力加载系统、流体注入系统与信号采集系统，通过应力加载系统对试样施加三向应力，流体注入系统用于注入流体，信号采集系统用于采集流体信号，从而研究多场耦合作用下，煤岩体微观孔裂隙结构演化特征，煤岩体内多相流体的赋存状态以及微观运移机理。

应力加载系统中，所述轴压控制器I1底端与所述轴压直杆I 7连接，所述轴压控制器II 2底端与所述轴压直杆II 8相连接，所述轴压控制器III 3底端与所述轴压直杆Ⅲ9相连接，所述轴压控制器IV 4底端与所述轴压直杆IV 10相连接，所述轴压控制器V 5底端与所述轴压直杆V11相连接，所述支撑架6与所述轴压直杆VI 12相连接，所述侧向轴压液注入孔26分别置于所述轴压控制器I1、轴压控制器II 2、轴压控制器III 3、轴压加载器Ⅳ4端部，所述温度控制环23置于所述围压室21内，所述夹持腔体29具有放置所述内嵌环形体19的容纳室，所述传轴孔I13置于所述内嵌环形体19侧面，所述传轴孔II 14置于所述内嵌环形体19侧面，所述传轴孔III 15置于所述内嵌环形体19侧面，所述传轴孔IV 16置于所述内嵌环形体19侧面，所述传轴孔V17置于所述内嵌环形体19上端部，所述传轴孔VI 18置于所述内嵌环形体19下端部，所述轴压直杆I7贯穿所述传轴孔I13与所述轴压控制器I1连接，所述轴压直杆II8贯穿所述传轴孔II 14与所述轴压控制器II 2连接，所述轴压直杆III 9贯穿所述传轴孔III 15与所述轴压控制器III 3连接，所述轴压直杆IV 10贯穿所述传轴孔IV16与所述轴压控制器IV 4连接，所述轴压直杆V11贯穿所述传轴孔V17与所述轴压控制器V5连接，所述轴压直杆VI 12贯穿所述传轴孔VI 18与所述支撑架6相连接。

流体注入系统中，所述橡胶壳体27置于所述实验试样28外部，所述试验腔24位于所述内嵌环形体19内，所述气液相注入孔I 30贯穿所述轴压控制器V 5、轴压直杆V11，所述气液相注入孔II 31贯穿所述轴压直杆VI 12、支撑架6，所述围压室21位于所述夹持腔体29内，所述注液通孔22置于所述夹持腔体29侧壁。

信号采集系统中，所述内嵌环形体19位于所述围压室21内，所述信号激发线圈20置于所述内嵌环形体19表壁，所述夹持器腔体29内。

上述真三轴实验磁信号捕集装置的应用方法其具体步骤大致如下：

a、根据实验方案，确定所需加载的三轴应力、孔隙水压、地层温度以及注入流体种类；

b、将实验试样放置所述试验腔24中并在所述试验腔24外部用所述橡胶壳体27包裹，然后放入核磁共振仪中。

c、通过所述轴压控制器I1、轴压控制器II 2、轴压控制器III 3、轴压控制器IV 4、轴压控制器V 5、支撑架6对所述实验试样28进行三向应力加载；

d、通过所述注液通孔22向所述围压室21内注入无信号液体控制围压，使所述围压室21内压力大于孔隙压力，从而使所述橡胶壳体27紧贴试样，最后通过所述温度控制环23对所述围压室21控温；

e、按照设置的实验条件，从所述气液相注入孔I30向所述试验腔24内注入流体；

f、采用所述信号激发线圈20激发核磁信号并采集，反演所得信号，得到所述实验试样28微观结构以及内部流体运移分布特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (2)

1.一种真三轴实验磁信号捕集装置，其特征在于，包括应力加载系统、流体注入系统和信号采集系统，通过应力加载系统对试样施加三向应力,流体注入系统用于注入流体，信号采集系统用于采集流体信号；

应力加载系统包括轴压控制器I、轴压控制器II、轴压控制器III、轴压控制器IV、轴压控制器V、支撑架、轴压直杆I、轴压直杆II、轴压直杆Ⅲ、轴压直杆Ⅳ、轴压直杆V、轴压直杆VI、传轴孔I、传轴孔II、传轴孔III、传轴孔IV、传轴孔V、传轴孔VI、侧向轴压液注入孔、轴向轴压液注入孔和温度控制环；

流体注入系统包括气液相注入孔I、气液相注入孔II、试样腔、实验试样、橡胶壳体、围压室和注液通孔；

信号采集系统包括内嵌环形体和信号激发线圈；

所述轴压控制器I底端与所述轴压直杆I连接，所述轴压控制器II底端与所述轴压直杆II相连接，所述轴压控制器III底端与所述轴压直杆Ⅲ相连接，所述轴压控制器IV底端与所述轴压直杆V相连接，所述轴压控制器V底端与所述轴压直杆V相连接；

所述支撑架与所述轴压直杆VI相连接，所述侧向轴压液注入孔分别置于所述轴压控制器I、轴压控制器II、轴压控制器III、轴压控制器Ⅳ端头，所述温度控制环置于所述围压室内，夹持腔体具有放置内嵌环形体的容纳室，所述传轴孔I置于所述内嵌环形体侧面，所述传轴孔II置于所述内嵌环形体侧面，所述传轴孔III置于所述内嵌环形体侧面，所述传轴孔IV置于所述内嵌环形体侧面，所述传轴孔V置于所述内嵌环形体上端部，所述传轴孔VI置于所述内嵌环形体下端部，所述轴压直杆I贯穿所述传轴孔I与所述轴压控制器I连接，所述轴压直杆II贯穿所述传轴孔II与所述轴压控制器II连接，所述轴压直杆III贯穿所述传轴孔III与所述轴压控制器III连接，所述轴压直杆IV贯穿所述传轴孔IV与所述轴压控制器IV连接，所述轴压直杆V贯穿所述传轴孔V与所述轴压控制器V连接，所述轴压直杆VI贯穿所述传轴孔VI与所述支撑架相连接；

所述橡胶壳体置于所述实验试样外部，所述试样腔位于所述内嵌环形体内，所述气液相注入孔I贯穿所述轴压控制器V、轴压直杆V，所述气液相注入孔II贯穿所述轴压直杆VI、支撑架，所述围压室位于所述夹持腔体内，所述注液通孔置于所述夹持腔体侧壁；

所述内嵌环形体位于所述围压室内，所述内嵌环形由PEEK材料构成，所述信号激发线圈置于所述内嵌环形体表壁。

2.如权利要求1所述真三轴实验磁信号捕集装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、根据实验方案，确定所需加载的三轴应力、孔隙水压、地层温度以及注入流体种类；

b、将实验试样放置所述试样腔中并在所述试样腔外部用所述橡胶壳体包裹，然后放入核磁共振仪中；

c、通过所述轴压控制器I、轴压控制器II、轴压控制器III、轴压控制器IV、轴压控制器V、支撑架对所述实验试样进行三向应力加载；

d、通过所述注液通孔向所述围压室内注入无信号液体控制围压，使所述围压室内压力大于孔隙压力，从而使所述橡胶壳体紧贴试样，最后通过所述温度控制环对所述围压室控温；

e、按照设置的实验条件，从所述气液相注入孔I向所述试样腔内注入流体；

f、采用所述信号激发线圈激发核磁信号并采集，反演所得信号，得到所述实验试样微观结构以及内部流体运移分布特征。

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