CN114483018A - 一种微裂缝岩芯 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种微裂缝岩芯，属于油田钻井液封堵评价技术领域，包括岩芯壳体，所述岩芯壳体内设置有腔体，所述岩芯壳体的上端设置有连通所述腔体的进液口，下端设置连通所述腔体的出液口；设置在所述腔体内的模拟岩芯，所述模拟岩芯包括连通所述进液口的上岩芯块和连通所述出液口的下岩芯块；其中，所述上岩芯块和所述下岩芯块之间设置有可调节的微裂缝，实验时钻井液通过所述进液口进入到所述上岩芯块，之后通过所述微裂缝进入到所述下岩芯块，最后通过所述出液口流出。
Description
技术领域
本发明涉及一种微裂缝岩芯，属于油田钻井液封堵评价技术领域。
背景技术
硬脆性泥页岩中黏土矿物大多为弱水化的伊蒙有序混层、伊利石与绿泥石，遇水不易发生水化分散，其孔喉大多为纳米级。但大多数易坍塌的硬脆性泥页岩中存在闭合或开启的层理和微裂缝。当其被钻开后，若钻井液当量密度高于地层孔隙压力系数，会引发压力传递，导致近井筒地层孔隙压力增大，此外，在压差与毛管压力作用下，钻井液滤液容易侵入，导致泥页岩水化膨胀，裂缝面或层理面开裂，岩石强度下降，并且不断沿着裂缝横向纵向发展，造成井壁失稳。因此，封堵纳米级裂缝及孔喉成了解决硬脆性泥页岩井壁失稳的关键。因此如何来评价钻井液对硬脆性泥页岩微纳米级裂缝及孔喉的封堵是前提条件。
目前，国内用于硬脆性泥页岩钻井液封堵性评价的方法，最常用见的方法有：1、通过对比滤失量的大小来反映钻井液的封堵性能；2、通过对比钻井液驱替前后岩心的渗透率以及突破压力等参数，来评价钻井液的封堵能力；3、通过渗透性封堵仪(PPT/PPA)评价钻井液对不同渗透率陶瓷盘或不同宽度不锈钢裂缝圆盘的封堵效果；4、通过引入一种新型混合纤维素滤膜(其孔径为0.05～0.8um)或人造泥饼来作为过滤介质，进行封堵评价。5、通过压力传递实验方式，采用地层的岩心或特制岩屑岩心作为过滤介质，来评价钻井液的封堵效果。
例如，国内专利CN201510004960采用天然岩芯，容易受天然岩心自身微裂缝的影响，影响实验评估效果准确度。只能进行一次实验使用后，天然岩芯孔吼被堵，不能重复使用，使用新的岩芯增加实验成本。专利CN201610533262岩芯中微裂缝的造缝方法及微裂缝的岩芯制备方法采用天然岩芯，经过筛选无明显微裂缝的岩心，又通过加热冷却的方法到微裂缝，但是不能提供形成的微裂缝的具体尺寸大小和数量，经过实验使用后，岩芯也不能重复使用。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种微裂缝岩芯，能够根据实验需要改变微裂缝的尺寸，在钻井液封堵评价实验中，提供准确具体微裂缝尺寸的微裂缝岩芯，测试钻井液对不同尺寸微裂缝的封堵效果优化钻井液配比。提供的岩芯可以重复使用，减少济成本。
本发明提出了一种微裂缝岩芯，包括：
岩芯壳体，所述岩芯壳体内设置有腔体，所述岩芯壳体的上端设置有连通所述腔体的进液口，下端设置连通所述腔体的出液口；
设置在所述腔体内的模拟岩芯，所述模拟岩芯包括连通所述进液口的上岩芯块和连通所述出液口的下岩芯块；
其中，所述上岩芯块和所述下岩芯块之间设置有可调节的微裂缝，实验时钻井液通过所述进液口进入到所述上岩芯块，之后通过所述微裂缝进入到所述下岩芯块，最后通过所述出液口流出。
本发明的进一步改进在于，所述上岩芯块为圆柱形结构，两侧对称设置有两个液体入口；钻井液通过所述进液口均匀流入两个所述液体入口，通过所述液体入口进入到所述微裂缝中。
本发明的进一步改进在于，所述下岩芯块为圆柱形结构，两侧对称设置有两个液体出口；钻井液经过所述微裂缝均匀流入两个所述液体出口，通过所述液体入口流入所述出液口。
本发明的进一步改进在于，所述液体入口和所述液体出口均为扇形的孔洞；并且两个所述液体入口的中心连接线和两个所述液体出口的中心连接线相互垂直，使所述液体入口和所述液体出口错开。
本发明的进一步改进在于，所述上岩芯块和所述下岩芯块之间设置有环形的金属垫环，所述金属垫环的厚度根据实验要求的微裂缝尺寸而改变。
本发明的进一步改进在于，所述金属垫环设置不同的型号，不同型号的金属垫环厚度不同；实验过程中在改变所述金属垫环的厚度时根据微裂缝的厚度改变适应型号的金属垫环。
本发明的进一步改进在于，所述岩芯壳体为柱形的结构，所述腔体设置在所述岩芯壳体内的中部，所述腔体的上方设置有可拆卸的金属压块，所述金属压块将所述模拟岩芯限定在所述腔体内，并且所述进液口设置在所述金属压块的中部。
本发明的进一步改进在于，所述金属压块通过重力向所述模拟岩芯提供预紧力。
本发明的进一步改进在于，所述金属压块与所述岩芯壳体之间通过螺纹相连，并通过螺纹旋入向所述模拟岩芯提供预紧力。
本发明的进一步改进在于，所述腔体的底部的边缘设置有密封凹槽，所述密封凹槽内设置有密封所述下岩芯块底部的密封垫圈。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的一种微裂缝岩芯，能够根据实验需要改变微裂缝的尺寸，在钻井液封堵评价实验中，提供准确具体微裂缝尺寸的微裂缝岩芯，测试钻井液对不同尺寸微裂缝的封堵效果优化钻井液配比。提供的岩芯可以重复使用，减少济成本。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1所示为本发明的一个实施例的微裂缝岩芯的竖直剖面结构示意图，显示了液体入口的位置状态；
图2所示为本发明的一个实施例的微裂缝岩芯的竖直剖面结构示意图，显示了液体入口的位置状态；
图3所示为本发明的一个实施例的微裂缝岩芯俯视的透视示意图。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
在附图中各附图标记的含义如下：1、岩芯壳体，2、模拟岩芯，11、金属压块，12、进液口，13、出液口，14、密封垫圈，21、上岩芯块，22、下岩芯块，23、微裂缝，24、液体入口，25、液体出口，26、金属垫环。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种微裂缝岩芯，包括岩芯壳体1，所述岩芯壳体1内设置有腔体，腔体为圆柱形的空腔，使所述岩芯形成环形柱状结构。岩芯壳体1的上端设置有连通所述腔体的进液口12，下端设置连通所述腔体的出液口13。在所述腔体内设置有模拟岩芯2，用于为实验提供模拟的微裂缝23。模拟岩芯2包括两部分，分别为上岩芯块21和下岩芯块22，上岩芯块21和下岩芯块22内均有能够供钻井液流动的流道。上岩芯块21连通进液口12，下岩芯块22连通出液口13。
其中，上岩芯块21和下岩芯块22之间具有一定的距离，形成微裂缝23，并且所述微裂缝23的高度可以调节。实验时钻井液通过所述进液口12进入到所述上岩芯块21，之后通过所述微裂缝23进入到所述下岩芯块22，最后通过所述出液口13流出。
根据本实施例所述的微裂缝岩芯，能够提供准确、具体尺寸的微裂缝23。在测试钻井液对不同尺寸微裂缝23的封堵效果实验时，根据需要变换微裂缝23的尺寸，从而优化钻井液配比。本实施例所述微裂缝岩芯能够重复使用，节约成本。
在一个实施例中，如图1和图2所示，上岩芯块21为圆柱形结构，两侧对称设置有两个液体入口24。两个液体入口24以上岩芯块21的中心轴对称设置，并且在上岩芯块21组装后两个液体入口24均与进液口12相连通。钻井液通过所述进液口12均匀流入两个所述液体入口24，通过所述液体入口24进入到所述微裂缝23中。
在一个实施例中，下岩芯块22与上岩芯块21的结构相似，也为圆柱形结构，两侧对称设置有两个液体出口25。钻井液经过所述微裂缝23均匀流入两个所述液体出口25，通过所述液体入口24流入所述出液口13。
优选地，液体入口24和所述液体出口25均为扇形的孔洞，即外侧为弧形，内侧为弧形或抛线形，在如图3所示的实施例中，液体入口24和液体出口25均为内侧边缘的弧形或抛线形，外侧的弧形为与上岩芯块21的横截面筒形的圆形的弧。在本实施例中，两个液体入口24的中心连接线和两个液体出口25的中心连接线相互垂直，使所述液体入口24和所述液体出口25错开。
这样，下岩芯块22和上岩芯块21成90度放置，通过该设置使微裂缝23形成X型的通道，与进液口12、出液口13相连通，形成流体通道，模拟出微裂缝23。
在一个实施例中，所述上岩芯块21和所述下岩芯块22之间设置有金属垫环26，所述金属垫环26的厚度根据实验要求的微裂缝23尺寸而改变。在本实施例中，金属垫环26为圆环形的结构，其外圈的直径与上岩芯块21或下岩芯块22的外径是相同的，保证整个模拟岩芯2整齐，内圈供微裂缝23流通钻井液。
在一个优选的实施例中，所述金属垫环26设置不同的型号，不同型号的金属垫环26厚度不同；实验过程中在改变所述金属垫环26的厚度时根据微裂缝23的厚度改变适应型号的金属垫环26。
其中，金属垫环26可以在5um-200um的范围内，并且以相等的公差均匀设置多个，根据不同的需要进行选择。或者金属垫环26可以以不规则的尺寸差设置，例如，金属垫环26的后端可以是：1um、2um、5um、10um、20um等。金属垫环26的型号、厚度是根据实验的要求进行选择的。
在一个实施例中，所述岩芯壳体1为柱形的结构，所述腔体设置在所述岩芯壳体1内的中部，所述腔体的上方设置有可拆卸的金属压块11，所述金属压块11将所述模拟岩芯2限定在所述腔体内，并且所述进液口12设置在所述金属压块11的中部。
优选地，进液口12为设置在金属压块11的中心的圆孔，其上端和下端均设置有环形的凹槽，上端的环形的凹槽用于注入钻井液，防止钻井液外流；下端的环形的凹槽用于与上岩芯块21的两个液体入口24相连通。
在一个实施例中，金属压块11与岩芯外壳的连接方式有两种：一种是金属压块11的外壁和岩芯外壳的外壁均为光滑的金属壁，金属压块11直接插接在岩芯外壳的上槽内，这种情况下金属压块11通过重力向所述模拟岩芯2提供预紧力；另一种是金属压块11的外壁上设置有外螺纹，岩芯外壳的内壁上设置有内螺纹，金属压块11与所述岩芯壳体1之间通过螺纹相连，并通过螺纹旋入向所述模拟岩芯2提供预紧力。
在一个实施例中，所述腔体的底部的边缘设置有密封凹槽，所述密封凹槽内设置有密封所述下岩芯块22底部的密封垫圈14。密封垫圈14为下岩芯块22底部提供密封，保证在实验过程中钻井液不会外流影响实验结果。
根据本实施例所述的微裂缝岩芯进行钻井液对各种不同尺寸微裂缝23封堵效果进行实验时，首先组装微裂缝岩芯：将上岩芯块21、下岩芯块22成90度放置，根据实验需要在上岩芯块21和下岩芯块22之间垫上金属垫环26，形成4条裂缝，呈现X型的微裂缝23，与进液口12、出液口13连通，形成流体通道，模拟出微裂缝23。得到5um的微裂缝23岩心。在实验使用后，拆开模拟岩心，清洗完毕，再组装，即可再次使用。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微裂缝岩芯，其特征在于，包括：
岩芯壳体(1)，所述岩芯壳体(1)内设置有腔体，所述岩芯壳体(1)的上端设置有连通所述腔体的进液口(12)，下端设置连通所述腔体的出液口(13)；
设置在所述腔体内的模拟岩芯(2)，所述模拟岩芯(2)包括连通所述进液口(12)的上岩芯块(21)和连通所述出液口(13)的下岩芯块(22)；
其中，所述上岩芯块(21)和所述下岩芯块(22)之间设置有可调节的微裂缝(23)，实验时钻井液通过所述进液口(12)进入到所述上岩芯块(21)，之后通过所述微裂缝(23)进入到所述下岩芯块(22)，最后通过所述出液口(13)流出。
2.根据权利要求1所述的微裂缝岩芯，其特征在于，所述上岩芯块(21)为圆柱形结构，两侧对称设置有两个液体入口(24)；钻井液通过所述进液口(12)均匀流入两个所述液体入口(24)，通过所述液体入口(24)进入到所述微裂缝(23)中。
3.根据权利要求2所述的微裂缝岩芯，其特征在于，所述下岩芯块(22)为圆柱形结构，两侧对称设置有两个液体出口(25)；钻井液经过所述微裂缝(23)均匀流入两个所述液体出口(25)，通过所述液体入口(24)流入所述出液口(13)。
4.根据权利要求3所述的微裂缝岩芯，其特征在于，所述液体入口(24)和所述液体出口(25)均为扇形的孔洞；并且两个所述液体入口(24)的中心连接线和两个所述液体出口(25)的中心连接线相互垂直，使所述液体入口(24)和所述液体出口(25)错开。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的微裂缝岩芯，其特征在于，所述上岩芯块(21)和所述下岩芯块(22)之间设置有环形的金属垫环(26)，所述金属垫环(26)的厚度根据实验要求的微裂缝(23)尺寸而改变。
6.根据权利要求5所述的微裂缝岩芯，其特征在于，所述金属垫环(26)设置不同的型号，不同型号的金属垫环(26)厚度不同；实验过程中在改变所述金属垫环(26)的厚度时根据微裂缝(23)的厚度改变适应型号的金属垫环(26)。
7.根据权利要求6所述的微裂缝岩芯，其特征在于，所述岩芯壳体(1)为柱形的结构，所述腔体设置在所述岩芯壳体(1)内的中部，所述腔体的上方设置有可拆卸的金属压块(11)，所述金属压块(11)将所述模拟岩芯(2)限定在所述腔体内，并且所述进液口(12)设置在所述金属压块(11)的中部。
8.根据权利要求7所述的微裂缝岩芯，其特征在于，所述金属压块(11)通过重力向所述模拟岩芯(2)提供预紧力。
9.根据权利要求7所述的微裂缝岩芯，其特征在于，金属压块(11)与所述岩芯壳体(1)之间通过螺纹相连，并通过螺纹旋入向所述模拟岩芯(2)提供预紧力。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的微裂缝岩芯，其特征在于，所述腔体的底部的边缘设置有密封凹槽，所述密封凹槽内设置有密封所述下岩芯块(22)底部的密封垫圈(14)。
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| CN115929287A (zh) * | 2022-10-13 | 2023-04-07 | 西南石油大学 | 一种裂缝封堵层承压分散能力测量装置 |
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