CN115683973A - 一种声-电联测与ct同步成像水合物高压驱替装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声‑电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置及其应用，属于油气储层评价测试仪器技术领域。该装置包括外壳，内壳，上端组件，下端组件，氟橡胶套，上堵头，下堵头，流体进口，环压进口，以及P&S波传感器。本发明应用于模拟地层条件下沉积物非均质性渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速物理参数测试方面，解决解决了现有夹持器不能满足地层条件下进行渗流、声学、电学等岩心多物理参数测量的技术问题，具有能够模拟地层条件下沉积物(岩石)非均质性渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速等关键物理参数测试条件，测试结果更加准确的特点。

Description

一种声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置及其应用

技术领域

本发明属于油气储层评价测试仪器技术领域，尤其涉及一种声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置及其应用。

背景技术

精确测定储层岩心渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速等关键物理参数，从而分析应力应变问题、流体相变与渗流问题，有利于更好地研究油气和天然气水合物成藏机理和渗流作用在油气生产过程中的控制作用，而岩心夹持器是完成多物理参数测定的核心装置。

目前，大多数高压驱替夹持器只能针对岩心渗流某一物理特性或水岩化学反应进行研究，如标准岩心夹试器(HCH)、声波速度岩心夹试器(AVC)、地层破坏岩心夹试器(DFCH)、Hassler型岩心夹试器(RCH)、测压孔岩心夹试器(DCH)、电阻率岩心夹试器(ECH)等系列装置，或者是针对于某些特定仪器设计的驱替转置，如核磁共振、X-射线等岩心夹试器(FCH)系列转置。以上这些装置很难完全模拟地质高温高压的极端环境，而且无法对样品的物理化学性质进行全面同步测试。中国专利CN112924300A公开了一种“深层超深层岩石高温-渗流-应力-化学耦合试验系统”，该系统对地质岩心多场环境进行了模拟。

然而，上述专利公开的技术方案仅可以测定岩石体积应变，无法测量岩石三维非均质性、渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速等关键物理参数。

发明内容

本发明的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

本发明提出一种声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置及其应用，解决了现有夹持器不能满足地层条件下进行渗流、声学、电学等岩心多物理参数测量的技术问题，具有能够模拟地层条件下沉积物(岩石)非均质性渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速等关键物理参数测试条件，测试结果更加准确的特点。

本发明一方面公开了一种声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，包括外壳，内壳，上端组件，下端组件，氟橡胶套，上堵头，下堵头，孔隙流体进口，环压进口，以及P&S波传感器；所述外壳为碳纤维材质，为上下两端开口结构；所述内壳为航空铝材质，镶嵌于所述外壳内，为上下两端开口结构；所述上端组件设于所述内壳的顶部，与所述内壳的顶部密封连接；所述下端组件设于所述内壳的底部，并与所述内壳的底部密封连接；所述上端组件、所述下端组件、以及所述内壳围成一密封空间；所述氟橡胶套套设于待测样品外，位于所述密封空间内；所述氟橡胶套为上下两端开口结构，上端与所述上端组件的底部相连，下端与所述下端组件的顶部相连；所述氟橡胶套上安装有若干电阻率探头；所述上堵头位于所述上端组件与所述氟橡胶套之间，与所述氟橡胶套的上端密封连接，底部与所述待测样品面接触；所述下堵头位于所述下端组件与所述氟橡胶套之间，所述下堵头与所述氟橡胶套的下端密封连接，顶部与所述待测样品面接触；所述孔隙流体进口一端连接流体源，另一端贯通所述上堵头，用于注入流体，对所述待测样品进行渗流实验；所述环压进口设于所述上端组件上，与所述密封空间连通，用于向所述密封空间内注入围压流体；所述P&S波传感器安装于所述上堵头的顶部及所述下堵头的底部，用于发射并接收横波与纵波的信号，测量所述待测样品的声学性质。

在其中一些实施例中，所述上端组件进一步包括套设于所述内壳顶部内且与所述内壳密封连接的上压帽，套设于所述上压帽内并与所述上压帽密封连接的导向轴，所述导向轴底部与所述氟橡胶套的顶部相连，所述上堵头以及安装于所述上堵头顶部的P&S波传感器设于所述导向轴底部与所述氟橡胶套顶部之间。

在其中一些实施例中，所述上端组件还包括下部套设于所述上压帽内的活塞，所述活塞设于所述导向轴的上方。

在其中一些实施例中，所述上端组件还包括设于所述上压帽顶部并与所述上压帽密封连接，且套设于所述活塞上部外的盖板。

在其中一些实施例中，所述盖板与所述活塞之间设有防尘圈。

在其中一些实施例中，所述下端组件进一步包括套设于所述内壳底部内且与所述内壳密封连接的下压帽，所述下压帽顶部与所述氟橡胶套的底部相连，所述下堵头以及安装于所述下堵头底部的P&S波传感器设于所述下压帽顶部与所述氟橡胶套底部之间。

在其中一些实施例中，还包括设于所述下压帽上的四芯航空插头，所述四芯航空插头与所述电阻率探头通过电阻率测线电连接，所述电阻率测线设于与所述下压帽上开设的通道内，所述通道内设有与所述下压帽密封连接的密封塞，所述电阻率测线穿设所述密封塞并与所述密封塞密封连接。

在其中一些实施例中，还包括安装于所述上压帽，与所述上压帽密封连接，且下端设于所述密封空间内的测温探头。

在其中一些实施例中，还包括设于所述下压帽上，一端贯通所述下堵头，用于流出流体的孔隙流体出口；以及设于所述下压帽上，与所述密封空间连通，用于从所述密封空间内流出所述围压流体的环压出口。

本发明另一方面还公开了根据上述任一技术方案所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置在模拟地层条件下沉积物非均质性渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速物理参数测试中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，该装置能够模拟地层条件下沉积物(岩石)非均质性渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速等关键物理参数测试条件，测试结果更加准确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所提供的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置的结构示意图；

附图说明：1、测温探头；2、活塞；3、导向轴；4、上压帽；5、外壳；6、内壳；7、上P&S波传感器；8、上堵头；9、氟橡胶套；10、电阻率测线；11、下堵头；12、下P&S波传感器；13、密封塞；14、下压帽；15、四芯航空插头；16、孔隙流体进口；17、防尘圈；18、环压进口；19、O型密封圈；20、待测样品；21、外六角螺栓。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本发明应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本发明揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。

在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本发明所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本发明所涉及的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本发明所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本发明所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本发明所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明实施例提供了一种声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，图1为根据本发明实施例的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置的结构示意图。参考图1所示，该装置至少包括外壳5，内壳6，上端组件，下端组件，氟橡胶套9，上堵头8，下堵头11，流体进口，环压进口18，以及P&S波传感器；外壳5为碳纤维材质，为上下两端开口结构，碳纤维材质的外壳5具有透射X射线的功能，可用于X-射线CT扫描成像；内壳6为航空铝材质，优选7系航空铝材质，镶嵌于外壳5内，为上下两端开口结构，7系航空铝材质的内壳6具有较强的抗压强度，可适用于高压实验环境，且可以透射X射线；上端组件设于内壳6的顶部，与内壳6的顶部密封连接；下端组件设于内壳6的底部，并与内壳6的底部密封连接；上端组件、下端组件、以及内壳6围成一密封空间；氟橡胶套9套设于待测样品20外，位于密封空间内；氟橡胶套9为上下两端开口结构，上端与上端组件的底部相连，下端与下端组件的顶部相连；氟橡胶套9上安装有若干电阻率探头，可选的，氟橡胶套9上下各均匀镶嵌4个电阻率探头，相距5cm，既可以形成独立内部空间，也可以测试岩心样品的电学性质；上堵头8位于上端组件与氟橡胶套9之间，与氟橡胶套9的上端密封连接，底部与待测样品20面接触；下堵头11位于下端组件与氟橡胶套9之间，下堵头11与氟橡胶套9的下端密封连接，顶部与待测样品20面接触；流体进口一端连接流体源，另一端贯通上堵头8，用于注入流体，对待测样品20进行渗流实验，该流体进口一端通过钢管线与上压头连接，为待测样品20流体注入提供接口，另一端与上堵头8相连，上堵头8为流体注入提供接触面；环压进口18设于上端组件上，与密封空间连通，用于向密封空间内注入围压流体，为实验提供稳定的压力环境；P&S波传感器安装于上堵头8的顶部及下堵头11的底部，用于发射并接收横波与纵波的信号，测量待测样品20的声学性质。可选的，该P&S波传感器包括安装于上堵头8的顶部的上P&S波传感器7，以及安装于下堵头11的底部的下P&S波传感器12，均通过声波传感器引出线与外部显示控制单元电连接。

进一步的，还包括设于下压帽14上，一端贯通下堵头11，用于流出流体的流体出口，该流体出口与下堵头11相连，为流体流出提供接触面；以及与密封空间连通，用于从密封空间内流出围压流体的环压出口。

上端组件进一步包括套设于内壳6顶部内且与内壳6密封连接的上压帽4，套设于上压帽4内并与上压帽4密封连接的导向轴3，导向轴3底部与氟橡胶套9的顶部相连，上堵头8以及安装于上堵头8顶部的P&S波传感器设于导向轴3底部与氟橡胶套9顶部之间。其中，上压帽4为导向轴3、活塞2、测温探头1、上P&S波传感器7、上堵头8、环压进口18、防尘圈17、孔隙流体进口16、上P&S波传感器7、外六角螺栓21以及各部位导流槽提供载体；导向轴3为上堵头8、孔隙流体进口16与上端声波传感器引出线提供垂直通道。为了便于调节上堵头8的位置，从而调节岩心样品的长度，上端组件还包括下部套设于上压帽4内的活塞2，活塞2设于导向轴3的上方，通过活塞2的伸缩可以调节上堵头8的位置，从而调节岩心样品的长度。为了保证装置的密封性及连接的紧固性，上端组件还包括设于上压帽4顶部并与上压帽4密封连接，且套设于活塞2上部外的盖板，盖板用于封闭活塞2的伸缩空间，通过6个外六角螺栓21与上压帽4固定。为了较好的去除由于活塞2上下运动吸附的灰尘，盖板与活塞2之间设有防尘圈17。为了便于测量密封空间内流体的温度，为实验温度提供精确测量数据，还包括安装于上压帽4，与上压帽4密封连接，且下端设于密封空间内的测温探头1。

下端组件进一步包括套设于内壳6底部内且与内壳6密封连接的下压帽14，下压帽14顶部与氟橡胶套9的底部相连，下堵头11以及安装于下堵头11底部的P&S波传感器设于下压帽14顶部与氟橡胶套9底部之间。其中，为下堵头11、下P&S波传感器12、密封塞13、四芯航空插头15、电阻率测线10、下端声波传感器引出线、孔隙流体出口、环压出口、外六角螺栓21以及各部位导流槽提供载体。进一步还包括设于下压帽14上的四芯航空插头15，四芯航空插头15与电阻率探头通过电阻率测线10电连接，电阻率测线10设于与下压帽14上开设的通道内，通道内设有与下压帽14密封连接的密封塞13，电阻率测线10穿设密封塞13并与密封塞13密封连接。

可选的，该声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置各部分之间的密封连接可采用O型密封圈19进行密封。

具体的，上述声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置中，碳纤维外壳5内侧嵌有7系航空铝内壳6，以槽状螺纹与碳纤维外壳5连接，上端组件中间自上往下依次为活塞2、导向轴3、上P&S波传感器7、上堵头8，活塞2和导向轴3与上压帽4之间利用O型圈密封，中间内孔安装孔隙流体进口16管线，管线下端与下堵头11连接，上P&S波传感器7安装在上堵头8上面，连接上端声波传感器引出线。上压帽4上测温探头1下端直接插入7系航空铝内壳6与氟橡胶套9之间的环形密封空间，上压帽4另一侧安装环压进口18，通过导流槽连接至环形密封空间。下压帽14中间环形密封空间安装有孔隙流体出口管线和下端声波传感器引出线，孔隙流体出口管线与下压头连接，下压帽14内部均匀分布4个四芯承压密封塞13，下压帽14侧面均匀分布4个四芯航空插头15，电阻率测线10通过四芯承压密封塞13连接至四芯航空插头15，用于测量样品电阻率，下压帽14侧面两个四芯航空插头15间安装有环压出口接头，通过导流槽连接至环形密封空间。氟橡胶套9上镶嵌8个电阻率探头，上下端分别均匀分布4个，相距5cm。电阻率测线10上端连接电阻率探头，下端连接四芯航空插头15。

本发明另实施例还列举了根据上述任一实施例的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置在模拟地层条件下沉积物非均质性渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速物理参数测试中的应用，应用过程为：

实验时，通过上端组件上的环压进口18注入围压流体，提供温压条件；通过孔隙流体进口16注入流体，进行渗流实验，测试样品的渗流特征；轴向上密封的密封空间为实验提供温度和压力条件；镶嵌电阻率探头的氟橡胶圈既可以为岩心提供独立密封空间，又可以测量岩心样品的电学性质；样品上下端安装的P&S波传感器可以测量岩石样品的声学性质。

上述声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置可以精确测定地层条件下沉积物(岩石)非均质性渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速等关键物理参数。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳为碳纤维材质，为上下两端开口结构；

内壳，所述内壳为航空铝材质，镶嵌于所述外壳内，为上下两端开口结构；

上端组件，所述上端组件设于所述内壳的顶部，与所述内壳的顶部密封连接；

下端组件，所述下端组件设于所述内壳的底部，并与所述内壳的底部密封连接；所述上端组件、所述下端组件、以及所述内壳围成一密封空间；

氟橡胶套，所述氟橡胶套套设于待测样品外，位于所述密封空间内；所述氟橡胶套为上下两端开口结构，上端与所述上端组件的底部相连，下端与所述下端组件的顶部相连；所述氟橡胶套上安装有若干电阻率探头；

上堵头，所述上堵头位于所述上端组件与所述氟橡胶套之间，与所述氟橡胶套的上端密封连接，底部与所述待测样品面接触；

下堵头，所述下堵头位于所述下端组件与所述氟橡胶套之间，所述下堵头与所述氟橡胶套的下端密封连接，顶部与所述待测样品面接触；

孔隙流体进口，所述孔隙流体进口一端连接流体源，另一端贯通所述上堵头，用于注入流体，对所述待测样品进行渗流实验；

环压进口，所述环压进口设于所述上端组件上，与所述密封空间连通，用于向所述密封空间内注入围压流体；

P&S波传感器，所述P&S波传感器安装于所述上堵头的顶部及所述下堵头的底部，用于发射并接收横波与纵波的信号，测量所述待测样品的声学性质。

2.根据权利要求1所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，其特征在于，所述上端组件进一步包括套设于所述内壳顶部内且与所述内壳密封连接的上压帽，套设于所述上压帽内并与所述上压帽密封连接的导向轴，所述导向轴底部与所述氟橡胶套的顶部相连，所述上堵头以及安装于所述上堵头顶部的P&S波传感器设于所述导向轴底部与所述氟橡胶套顶部之间。

3.根据权利要求2所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，其特征在于，所述上端组件还包括下部套设于所述上压帽内的活塞，所述活塞设于所述导向轴的上方。

4.根据权利要求3所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，其特征在于，所述上端组件还包括设于所述上压帽顶部并与所述上压帽密封连接，且套设于所述活塞上部外的盖板。

5.根据权利要求4所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，其特征在于，所述盖板与所述活塞之间设有防尘圈。

6.根据权利要求1所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，其特征在于，所述下端组件进一步包括套设于所述内壳底部内且与所述内壳密封连接的下压帽，所述下压帽顶部与所述氟橡胶套的底部相连，所述下堵头以及安装于所述下堵头底部的P&S波传感器设于所述下压帽顶部与所述氟橡胶套底部之间。

7.根据权利要求6所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，其特征在于，还包括设于所述下压帽上的四芯航空插头，所述四芯航空插头与所述电阻率探头通过电阻率测线电连接，所述电阻率测线设于与所述下压帽上开设的通道内，所述通道内设有与所述下压帽密封连接的密封塞，所述电阻率测线穿设所述密封塞并与所述密封塞密封连接。

8.根据权利要求1所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，其特征在于，还包括安装于所述上压帽，与所述上压帽密封连接，且下端设于所述密封空间内的测温探头。

9.根据权利要求6所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置，其特征在于，还包括设于所述下压帽上，一端贯通所述下堵头，用于流出流体的孔隙流体出口；以及设于所述下压帽上，与所述密封空间连通，用于从所述密封空间内流出所述围压流体的环压出口。

10.根据权利要求1-9任一项所述的声-电联测与CT同步成像水合物高压驱替装置在模拟地层条件下沉积物非均质性渗透率、饱和度、电阻率、地层因子、声波波速物理参数测试中的应用。

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