CN114252378A - 一种高温高压夹持器及其使用方法 - Google Patents

一种高温高压夹持器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高温高压夹持器及其使用方法,涉及测试装置的夹持部件技术领域,能同步提升夹持器的温度和压力指标。该夹持器包括第一调节堵头、第二调节堵头、筒体、电加热套、胶筒、垫块和支架,胶筒套设在筒体内的中部,筒体的两端分别安装有第一调节堵头和第二调节堵头,调节堵头的锥形柱塞插入胶筒中,胶筒中部设置有岩心盛放空间,岩心盛放空间的两端分别配置有垫块,支架和筒体相连接;调节堵头上沿轴线设置有渗流通孔,沿调节堵头的径向设置有多个加力孔;筒体上设置有环压加载通道与胶筒外侧连通,筒体侧壁上还设置有测温孔。该结构消除了高压情况下的剪切力从而提高胶筒的耐压性,还可以适用易燃易爆气体参与的试验。

Description

一种高温高压夹持器及其使用方法
技术领域
本发明涉及测试装置的夹持部件技术领域,尤其是一种高温高压夹持器,以及利用该夹持器的使用方法。
背景技术
夹持器是用来模拟地层条件的一个装置,将岩心放入夹持器,利用该装置可以有效地模拟底层的温度和压力,并将温度和压力传递给岩心,模拟岩心所处地层的温度和压力条件。利用该装置上下游设置的出入口,还可以对岩心进行多种驱替渗流试验。目前夹持器所普遍能达到的温度和压力同步指标为120℃-40MPa,能够满足常规的模拟实验,但是对于一些高压低渗透率的岩心不能有效模拟其地层环境,现有的夹持器难以达到180℃-70MPa的温度和压力指标。其主要的原因包括:1、氟橡胶胶筒自身性质决定,氟橡胶在无压状态250℃可以长期使用,但是施压以后机械性能降低明显,会出现剪切撕裂问题,从而破坏密封状态,高压状况下密封失效。2、现有的夹持器堵头与柱塞为分体结构,配合会存在一定的间隙,这个间隙导致在高温高压环境下存在剪切作用。为了实现更高的温度和压力指标,需要对现有的夹持器结构做进一步的改进。
发明内容
为了能够同步提升夹持器的温度和压力指标,并消除高压情况下的剪切力从而提高胶筒的耐压性,适应易燃易爆气体参与的试验,本发明提供了一种高温高压夹持器及其使用方法,具体的技术方案如下。
一种高温高压夹持器,包括第一调节堵头、第二调节堵头、筒体、电加热套、胶筒、垫块和支架,所述胶筒套设在筒体内的中部,筒体的两端分别安装有第一调节堵头和第二调节堵头,第一调节堵头的锥形柱塞插入胶筒的一端,第二调节堵头的锥形柱塞插入胶筒的另一端;所述胶筒中部设置有岩心盛放的空间,岩心盛放的空间的两端分别配置有垫块;所述第一调节堵头和第二调节堵头均沿轴线设置有渗流通孔,第一调节堵头和第二调节堵头沿径向均设置有多个加力孔,所述第一调节堵头和第二调节堵头在中部还设置有与筒体配合的螺纹段;所述筒体上设置有环压加载通道与胶筒外侧连通,筒体侧壁上还设置有测温孔;所述电加热套在筒体的侧壁上安装,支架和筒体连接。
优选的是,岩心试件放置在胶筒内的岩心盛放空间内,岩心试件的长度小于胶筒的长度。
优选的是,第一调节堵头和第二调节堵头在加力孔与螺纹段之间设置有密封槽,密封槽内配置O型圈。
还优选的是,O型圈使用氟胶材料制作,所述胶筒使用氟橡胶材料制作,所述垫块使用不锈钢材料制作。
还优选的是,电加热套包括硅胶加热垫和保温罩,所述硅胶加热垫内布置有电阻丝,硅胶加热垫的外层设置硅酸铝保温棉,硅酸铝保温棉的外层套设有不锈钢制作的罩壳。
还优选的是,支架包括底座和连接杆,连接杆和筒体固定,底座支撑筒体结构。
一种利用高温高压夹持器试验的方法,利用上述的一种高温高压夹持器,步骤包括:
A.通过支架将筒体结构水平放置在试验台上,并准备试验材料;
B.安装第一调节堵头并通过加力孔拧紧,从第二调节堵头的安装侧插入胶筒,胶筒和第一调节堵头插接配合;
C.将垫块和岩心试件放入胶筒中,安装第二调节堵头,并通过加力孔拧紧第二调节堵头;
D.安装电加热套,电加热套连接温控装置,温度传感器插入筒体上的测温孔;
E.由筒体上的环压加载通道入口注水,直至环压通道的出口出水,封堵出口并持续加压至0.5MPa;
F.开始加热,并观测温度和水压的变化;
G.当观测温度达到设定的目标温度并且水压不再增长后,继续加压至设定的目标压力;
H.保持目标温度和目标压力,进行试验;
I.完成试验后将目标温度调整至室温,直至温度达到室温后,进行卸压。
进一步优选的是,试验材料包括手压泵、压力表、放空阀、加力杆、温度传感器和温控装置。
进一步优选的是,岩心试件进行的试验包括高温高压低渗岩心的渗流试验和瓦斯气体驱替试验。
本发明提供的一种高温高压夹持器及其使用方法有益效果包括:
(1)高温高压夹持器通过堵头、筒体、电加热套、胶筒、垫块和支架等结构的相互配合,不仅具备了电加热的功能,并且还加强了各个部件之间的联系,使夹持器整体更加紧凑;尤其是堵头的一体化设置不仅封堵筒体还用于封堵胶筒,所以胶筒和堵头的配合位置只会受到高温液压的压力和来自柱塞的摩擦力,而不会受到剪力,从而保证了胶筒的安全,大大提高了高温下耐压性能。
(2)另外该夹持器在使用过程中通过加力孔调整堵头移动,从而可以适应不同尺寸的岩心试件,保持胶筒有效的密封;另外调节堵头的密封槽在加热套的直接加热区域之外,从而降低了O型圈的耐高温需求;使用该夹持器进行试验可以有效的防止易燃易爆气体的泄露,从而避免爆燃危险。
附图说明
图1是高温高压夹持器的结构示意图;
图2是调节堵头的结构示意图;
图3是图2的A侧视图;
图4是垫块的侧视图;
图5是垫块的剖视图;
图中:1-第一调节堵头,2-第二调节堵头,3-筒体,4-电加热套,5-胶筒,6-垫块,7-支架,8-加力孔,9-环压加载通道,10-测温孔,11-密封槽,12-螺纹段,13-锥形柱塞,14-岩心试件,15-渗流通孔。
具体实施方式
结合图1至图5所示,对本发明提供的一种高温高压夹持器及其使用方法的具体实施方式进行说明。
一种高温高压夹持器,包括第一调节堵头1、第二调节堵头2、筒体3、电加热套4、胶筒5、垫块6和支架7。第一调节堵头1和第二调节堵头2为两个相同的调节堵头,为一体式结构,分别通过螺纹装配在筒体3的两端,调节堵头的锥形柱塞插入胶筒中,调节堵头的密封槽设置能够满足高温高压的模拟条件,并且使用该夹持器进行高温高压的低渗岩心渗流模拟试验。
其中胶筒5套设在筒体内的中部,胶筒5的长度小于筒体的长度,胶筒5和筒体3同轴布置。筒体3的两端分别安装有第一调节堵头1和第二调节堵头2,第一调节堵头1和第二调节堵头2相同并对称安装,第一调节堵头的锥形柱塞13插入胶筒的一端,第二调节堵头的锥形柱塞插入胶筒5的另一端,其中锥形柱塞有一定的锥角,与胶筒两端内壁配合,并且在通过拧入螺纹深的深浅,调整左右两个柱塞之间的距离,实现内部有效长度的微调,锥角还通过过盈配合保证胶筒的密封性能。胶筒5中部设置有岩心盛放的空间,用于盛放岩心试件,岩心盛放的空间的两端分别配置有垫块6,岩心试件14夹在两个垫块之间,垫块6和调节堵头共同调整岩心盛放空间轴向上的长度。第一调节堵头1和第二调节堵头2均沿轴线设置有渗流通孔,用于通气或通液体,方便渗流试验或气体驱替试验的进行,第一调节堵头和第二调节堵头沿径向均设置有多个加力孔8,一般可以设置4个加力孔,加力孔8和加力杆配合可以旋转推进调节堵头。第一调节堵头1和第二调节堵头2在中部还设置有与筒体配合的螺纹段,从而方便调节堵头的安装和紧固。筒体3上设置有环压加载通道与胶筒外侧连通,环压加载通道9的入口和出口可以设置在筒体的同侧,从入口处利用电穿工艺先延伸至筒体中部,然后设置垂直的通道通往筒体内腔,在筒体侧壁上还设置有测温孔,测温孔10可以倾斜布置,测温孔10的内端延伸至靠近筒体内腔中部的位置,在测温孔10内可以设置温度传感器。电加热套4在筒体3的侧壁上安装,用于加热筒体,支架和筒体相连接,从而方便安放和移动。
岩心试件14放置在胶筒内的岩心盛放空间内,岩心试件14的长度小于胶筒5的长度;胶筒的长度方向上的中心和筒体的长度方向上的中心一致,胶筒5的长度小于筒体长度,电加热套4直接加热的长度段和胶筒的安装长度段基本一致。第一调节堵头1和第二调节堵头2在加力孔与螺纹段之间设置有密封槽,密封槽11的位置在电加热套直接加热的长度范围之外,密封槽11内配置O型圈;密封槽的密封位置远离胶筒中部,筒体3裸露部分的散热功能,能够保证O型圈位置的温度比岩心试件位置的温度低很多,这样就兼顾了岩心部分的高温和O型圈位置的相对低温,既实现了目标位置的高温又保证了密封材料的有效性。其中O型圈使用氟胶材料制作,胶筒5使用氟橡胶材料制作,垫块6使用不锈钢材料制作。另外胶筒5与调节堵头的配合中只受到高温液体的压力和锥形柱塞给它的摩擦力,已经没有高压情况下的剪切力,从而提高了胶筒在高温下的耐压指标。
其电加热套4包括硅胶加热垫和保温罩,硅胶加热垫内布置有电阻丝,硅胶加热垫的外层设置硅酸铝保温棉,硅酸铝保温棉的外层套设有不锈钢制作的罩壳。支架7包括底座和连接杆,连接杆和筒体固定,底座支撑筒体结构。
一种利用高温高压夹持器试验的方法,利用上述的高温高压夹持器,具体的步骤包括:
A.通过支架将筒体结构水平放置在试验台上,并准备试验材料。其中试验材料包括手压泵、压力表、放空阀、加力杆、温度传感器和温控装置,具体可以使用100MPa量程的手压泵一台,串联机械100MPa的机械压力表;带放空阀的不锈钢管线;和加力孔相互配合的加力杆;、硅橡胶加热垫,温度传感器和温控装置。
B.安装第一调节堵头并通过加力孔拧紧,从第二调节堵头的安装侧插入胶筒并紧密配合,胶筒和第一调节堵头插接配合;安装时在O型圈表面涂抹少许高温耐磨润滑脂。
C.将垫块和岩心试件放入胶筒中,安装第二调节堵头,并通过加力孔拧紧第二调节堵头,使锥形柱塞插入胶筒并紧密配合。
D.安装电加热套,电加热套连接温控装置,温度传感器插入筒体上的测温孔。利用温控装置设定目标温度,目标温度可以为180℃左右。
E.利用手压泵,由筒体上的环压加载通道入口注水,直至环压通道的出口出水,封堵出口并持续加压至0.5MPa。
F.开始加热,将温度传感器插入测温孔中,并观测温度和水压的变化。
G.当观测温度达到设定的目标温度并且水压不再增长后,继续加压至设定的目标压力。具体是利用手压泵将液压打入环压加载通道,持续加压可以加压至70MPa左右。
H.保持目标温度和目标压力,进行试验。可以保持该温度和压力120h,在此过程中可以进行试验包括高温高压低渗岩心的渗流试验和瓦斯气体驱替试验。
I.完成试验后将目标温度调整至室温,直至温度达到室温后,进行卸压。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高温高压夹持器,其特征在于,包括第一调节堵头、第二调节堵头、筒体、电加热套、胶筒、垫块和支架,所述胶筒套设在筒体内的中部,筒体的两端分别安装有第一调节堵头和第二调节堵头,第一调节堵头的锥形柱塞插入胶筒的一端,第二调节堵头的锥形柱塞插入胶筒的另一端;所述胶筒中部设置有岩心盛放空间,岩心盛放空间的两端分别配置有垫块;所述第一调节堵头和第二调节堵头均沿轴线设置有渗流通孔,第一调节堵头和第二调节堵头沿径向均设置有多个加力孔,所述第一调节堵头和第二调节堵头在中部还设置有与筒体配合的螺纹段;所述筒体上设置有环压加载通道与胶筒外侧连通,筒体侧壁上还设置有测温孔;所述电加热套在筒体的侧壁上安装,支架和筒体连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压夹持器,其特征在于,岩心试件放置在胶筒内的岩心盛放空间内,岩心试件的长度小于胶筒的长度。
3.根据权利要求1所述的一种高温高压夹持器,其特征在于,所述第一调节堵头和第二调节堵头在加力孔与螺纹段之间设置有密封槽,密封槽内配置O型圈。
4.根据权利要求3所述的一种高温高压夹持器,其特征在于,所述O型圈使用氟胶材料制作,所述胶筒使用氟橡胶材料制作,所述垫块使用不锈钢材料制作。
5.根据权利要求1所述的一种高温高压夹持器,其特征在于,所述电加热套包括硅胶加热垫和保温罩,所述硅胶加热垫内布置有电阻丝,硅胶加热垫的外层设置硅酸铝保温棉,硅酸铝保温棉的外层套设有不锈钢制作的罩壳。
6.根据权利要求1所述的一种高温高压夹持器,其特征在于,所述支架包括底座和连接杆,连接杆和筒体固定,底座支撑筒体结构。
7.一种利用高温高压夹持器试验的方法,利用权利要求1至6任一项所述的一种高温高压夹持器,其特征在于,步骤包括:
A.通过支架将筒体结构水平放置在试验台上,并准备试验材料;
B.安装第一调节堵头并通过加力孔拧紧,从第二调节堵头的安装侧插入胶筒,胶筒和第一调节堵头插接配合;
C.将垫块和岩心试件放入胶筒中,安装第二调节堵头,并通过加力孔拧紧第二调节堵头;
D.安装电加热套,电加热套连接温控装置,温度传感器插入筒体上的测温孔;
E.由筒体上的环压加载通道入口注水,直至环压通道的出口出水,封堵出口并持续加压至0.5MPa;
F.开始加热,并观测温度和水压的变化;
G.当观测温度达到设定的目标温度并且水压不再增长后,继续加压至设定的目标压力;
H.保持目标温度和目标压力,进行试验;
I.完成试验后将目标温度调整至室温,直至温度达到室温后,进行卸压。
8.根据权利要求7所述的一种利用高温高压夹持器试验的方法,其特征在于,所述试验材料包括手压泵、压力表、放空阀、加力杆、温度传感器和温控装置。
9.根据权利要求7所述的一种利用高温高压夹持器试验的方法,其特征在于,所述岩心试件进行的试验包括高温高压低渗岩心的渗流试验和瓦斯气体驱替试验。
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