CN116086916B - 一种实验用岩心制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验用岩心制备装置，包括岩心室模块、加压模块、电加热模块、蒸汽排出模块、检测模块以及控制单元，且加压模块、电加热模块、蒸汽排出模块以及检测模块电性连接控制单元；其制备方法为，加压模块在控制单元的控制下向岩心室模块内提供可控压强，电加热模块在控制单元的控制下用于对岩心室模块进行加热；岩心室模块在设定的加压模块的提供的压力值和电加热模块提供的加热温度下，控制单元根据温度和压强参数控制蒸汽排出模块进行间歇性的蒸汽排出，直至岩心室模块内的经过成分配比的水合物形成标准实验用岩心。本发明实现了对于成熟度低、胶结差、含水较高的泥质粉砂岩在温度和压强同步控制下的标准干岩心的高效制备。

Description

一种实验用岩心制备装置及方法

技术领域

本发明涉及油气藏工程技术领域，具体涉及一种实验用岩心制备装置及方法。

背景技术

标准干岩心制备对研究水合物储层岩石力学性质及属性参数有着至关重要的作用。然而，水合物储层主要以泥质粉砂岩为主，成熟度低，泥质含量高，固结差，含水饱和度较高。

针对上述情况，现有中在进行上述水合物储层的结构性质下的实验用标准干岩心的常用制备方法包括两种：

一种是，先制备干岩心，然后再后烘干，这种方法制备的岩心容易出现龟裂的情况，破坏岩心的完整性；

二是，先进行水合物的烘干，然后再制备干岩心，这种方法制备过程中容易使得水合物泥质粉砂失去可塑性，很难制造出标准岩样尺寸。

因此，目前还没有专门制备未固结水合物储层干岩心的实验装置，特别是针对成熟度低、胶结差、含水较高的泥质粉砂岩标准干岩心制备装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实验用岩心制备装置及方法，以解决现有技术中，缺乏成熟度低、胶结差、含水较高的泥质粉砂岩标准干岩心制备装置的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种实验用岩心制备装置，包括岩心室模块、加压模块、电加热模块、蒸汽排出模块、检测模块以及控制单元，且所述加压模块、电加热模块、蒸汽排出模块以及检测模块电性连接所述控制单元；

所述加压模块连接在所述岩心室模块的一端，所述加压模块在所述控制单元的控制下向所述岩心室模块内提供可控压强；

所述电加热模块设置在所述岩心室模块的周向，所述电加热模块在所述控制单元的控制下用于对所述岩心室模块进行加热；

所述蒸汽排出模块设置在所述岩心室模块的内部，所述蒸汽排出模块用于根据所述岩心室模块内部的压强和温度变化进行蒸汽的释放；

所述检测模块设置在所述岩心室模块的轴向，所述检测模块用于检测获取所述岩心室模块内的温度和压强参数，并将温度和压强参数输送至所述控制单元；

其中，所述岩心室模块在设定的所述加压模块的提供的压力值和所述电加热模块提供的加热温度下，所述控制单元根据温度和压强参数控制所述蒸汽排出模块进行间歇性的蒸汽排出，直至所述岩心室模块内的经过成分配比的水合物形成标准实验用岩心。

作为本发明的一种优选方案，所述岩心室模块包括柱形腔体，所述柱形腔体的内部设置有用于放置经过成分配比的水合物的等压成型腔体，所述等压成型腔体的上部通过连接件与所述柱形腔体的内壁连接；

所述加压模块的动作端连接在所述等压成型腔体的内顶部，用于向所述等压成型腔体的内部提供设定的压力；

所述蒸汽排出模块设置在所述等压成型腔体上部的所述柱形腔体内。

作为本发明的一种优选方案，所述等压成型腔体的底部设置有轴向驱动装置，所述轴向驱动装置的输出端连接在所述等压成型腔体的底部，且所述轴向驱动装置的输出端密封所述柱形腔体；

其中，所述轴向驱动装置和所述加压模块用于在所述蒸汽排出模块进行蒸汽排出时同步配合驱动所述等压成型腔体，使所述等压成型腔体沿所述柱形腔体的轴向做靠近所述蒸汽排出模块的位移动作。

作为本发明的一种优选方案，所述蒸汽排出模块包括设置在所述加压模块上部的第一排气口以及设置在所述连接件上的第二排气口；

所述第二排气口用于在所述连接件以下的所述柱形腔体的内部压强超过设定值时自动开启。

作为本发明的一种优选方案，所述等压成型腔体包括微孔烧结管体，所述微孔烧结管体的底部密封，顶部开放，所述微孔烧结管体的内顶部设置有隔砂网。

作为本发明的一种优选方案，所述电加热模块的发热端设置在所述柱形腔体的内壁上，且所述电加热模块的发热端的底部连接在所述轴向驱动装置的输出端。

本发明提供了一种实验用岩心制备方法，用于实现所述的实验用岩心制备装置，包括以下步骤：

步骤100、对水合物进行预处理，并将预处理的水合物放入等压成型腔体中，并在水合物的上方设置隔砂网，加压模块的动作端进入等压成型腔体的内顶部与隔砂网接触；关闭蒸汽排出模块使得柱形腔体的整体密封；

步骤200、控制单元控制加压模块、电加热模块按照设定的压力、温度梯度进行阶段式对等压成型腔体内的水合物进行加压加热，并在每个加压加热阶段结束后打开蒸汽排出模块，释放柱形腔体内的水蒸气，然后关闭蒸汽排出模块；

步骤300、在全部的加压加热阶段结束后，检测干岩心的各项指标，如果符合标准实验用岩心，则制备工作结束。

作为本发明的一种优选方案，在每个阶段结束后打开蒸汽排出模块的具体步骤包括：

在每个加压加热阶段结束后立刻打开蒸汽排出模块的第一排气口；

随后轴向驱动装置和加压模块同步驱动等压成型腔体沿柱形腔体的轴向移动，并且保持等压成型腔体内的压力值；

随后待等压成型腔体外壁与柱形腔体内壁之间的压力值达到设定值后打开第二排气口。

作为本发明的一种优选方案，在全部的加压加热阶段结束后，检测干岩心的各项指标，如果不符合标准实验用岩心，那么：

根据标准实验用岩心的标准参数和阶段式加热过程中水合物的阶段式变化参数形成的曲线的对比获得目标温度和目标压强；并通过阶段式加压加热的最终阶段温度的差值进行误差压力梯度和误差温度梯度的划分；

打开第一排气口和第二排气口，且使得第二排气口的打开宽度小于等压成型腔体的内径和柱形腔体内径之间的差值；

控制单元获得误差温度梯度，控制：

轴向驱动装置和加压模块进行持续的误差压力梯度的变化；

电加热模块进行持续的误差温度梯度的变化。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明通过设定的温度梯度和压强梯度进行阶段性的水合物加热加压，实现了对于成熟度低、胶结差、含水较高的泥质粉砂岩在温度和压强同步控制下的标准干岩心的高效制备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中图1中的岩心室模块和加压模块的装配一种实施例结构示意图；

图3为本发明实施例的实验用岩心制备方法流程示意图。

图中的标号分别表示如下：

1-岩心室模块；2-加压模块；3-电加热模块；4-蒸汽排出模块；5-检测模块；6-控制单元；7-轴向驱动装置；

11-柱形腔体；12-等压成型腔体；13-连接件；14-隔砂网；

41-第一排气口；42-第二排气口。

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做出创造性劳动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。

如图1所示，本发明提供了一种实验用岩心制备装置，包括岩心室模块1、加压模块2、电加热模块3、蒸汽排出模块4、检测模块5以及控制单元6，且加压模块2、电加热模块3、蒸汽排出模块4以及检测模块5电性连接控制单元6；

加压模块2连接在岩心室模块1的一端，加压模块2在控制单元6的控制下向岩心室模块1内提供可控压强；

电加热模块3设置在岩心室模块1的周向，电加热模块3在控制单元6的控制下用于对岩心室模块1进行加热；

蒸汽排出模块4设置在岩心室模块1的内部，蒸汽排出模块4用于根据岩心室模块1内部的压强和温度变化进行蒸汽的释放；

检测模块5设置在岩心室模块1的轴向，检测模块5用于检测获取岩心室模块1内的温度和压强参数，并将温度和压强参数输送至控制单元6；

其中，岩心室模块1在设定的加压模块2的提供的压力值和电加热模块3提供的加热温度下，控制单元6根据温度和压强参数控制蒸汽排出模块4进行间歇性的蒸汽排出，直至岩心室模块1内的经过成分配比的水合物形成标准实验用岩心。

本发明中控制单元管道连接加压模块、电加热模块、检测模块，主要作用是：控制岩心室模块内的水合物所处空间的压力及温度，并通过检测模块内的温度传感器和压力传感器对岩心室的压力和温度进行监测。

加压模块连接控制单元和蒸汽排出模块，其中的蒸汽排出模块受控制单元控制并且可以实现打开和关闭、加压模块也受到控制单元的控制并且可以实现上下运动，其主要作用是给岩心室施加一定的压力，促进未固结水合物的固结，同时阶段性地将游离出来的水蒸汽排到蒸汽排出模块。

电加热模块连接控制单元，主要作用是给岩心室提供一定的温度，促进未固结水合物中水分的蒸发。

检测模块连接控制单元，包括温度传感器和压力传感器，主要作用是检测岩心室压力和温度的变化，以便于用户对加压加温过程进行监测。

蒸汽排出模块连接加压模块，主要作用是将岩心室的水蒸汽排出岩心室，由于未固结水合物存在大量水分，在加压加热的过程中，水分离开粘土矿物，形成水蒸汽，因此需要阶段性排出水蒸气，以促进干岩心的成型。

岩心室模块连接加压模块、电加热模块及检测模块，主要作用是给未固结水合物成型提供空间。

由于在上述的制备装置在制备过程中，阶段性的加压和加热过程中直接释放水合物产生的水蒸气，会使得水合物（在制备过程中的指代）所在的密闭压力空间的体积增大，压强将减小，这样则容易导致水合物发生膨胀趋势，与此同时，这时候如果通过加压模块的压力，则容易造成水合物内部发生崩裂或者孔隙增加的可能，并且这个崩裂或者孔隙增加的程度很难去控制，影响最终的成型状态和实用用干岩心的精准度。

为此，如图2所示，本发明中岩心室模块1包括柱形腔体11，柱形腔体11的内部设置有用于放置经过成分配比的水合物的等压成型腔体12，等压成型腔体12的上部通过连接件13与柱形腔体11的内壁连接。连接件13为镂空结构，连接件13的周向表面和柱形腔体11的内壁可移动且密封接触。

加压模块2的动作端连接在等压成型腔体12的内顶部，用于向等压成型腔体12的内部提供设定的压力。

蒸汽排出模块4设置在等压成型腔体12上部的柱形腔体11内。

等压成型腔体12的底部设置有轴向驱动装置7，轴向驱动装置7的输出端连接在等压成型腔体12的底部，且轴向驱动装置7的输出端密封柱形腔体11。

其中，轴向驱动装置7和加压模块2用于在蒸汽排出模块4进行蒸汽排出时同步配合驱动等压成型腔体12，使等压成型腔体12沿柱形腔体11的轴向做靠近蒸汽排出模块4的位移动作。

也就是说，本发明进一步地提供了一种岩心室模块1的实施方式，其在阶段性加压加热过程中，等压成型腔体12在进行水蒸气释放的过程中，轴向驱动等压成型腔体12的轴向位移，来保持每个阶段结束后的当前压力，并且使得水蒸气的释放过程，等压成型腔体12中的水合物所在的空间（压缩密封的柱形腔体的等压成型腔体12所在的体积）不产生压力的变化或者使得压力的变化尽可能小，使得对于水合物的成型的影响大大降低。

进一步地，在上述中直接通过一个蒸气排出模块4，确实能够配合蒸气吸收端（具体为气体泵），将蒸气排出。本发明在配合上述的通过等压成型腔体12的轴向移动来保持水合物在阶段性加热加压过程中的结构稳定性，以及释放水蒸气时候水合物的周压的稳定性。本发明中的蒸汽排出模块4包括设置在加压模块2上部的第一排气口41以及设置在连接件13上的第二排气口42。第二排气口42用于在连接件13以下的柱形腔体11的内部压强超过设定值时自动开启。

进一步优选地，根据上述的技术方案，本发明中的等压成型腔体12可以是一种微孔烧结陶瓷材料构成的管状结构，其目的是，模拟水合物中的水分在加热加压过程中从水合物中逸出的的状态，从而模拟尽可能模拟实验用标准岩心中的孔隙度发展情况，因此采用微孔烧结陶瓷能够使得水合物中的水蒸气保保持设定状态的逸出，从而保证干岩心的成型状态。当然本发明也可以采用微孔烧结管体，具体地微孔烧结管体采用孔隙度相同或者大于标准孔隙度的实验用标准干岩心。这样的话需要微孔烧结管体的底部密封，顶部开放。

而尽可能的实现对于制备成标准干岩心过程中的围压控制，也就是需要与加压模块接触的水合物的顶部也能够进行水蒸气的逸出，也就是水蒸气能够通过水合物的顶部表面进行逸出，微孔烧结管体的内顶部设置有隔砂网14。

进一步地，本发明中由于等压成型腔体12的内部的水合物在成干岩心的过程中（也就是阶段性的加热和加压状态中）是沿着柱形腔体11的轴向逐渐移动的，因此在需要保持等压成型腔体12内的温度保持目标温度时，则需要电加热模块3的加热端能够跟随等压成型腔体12的移动而移动，为此，电加热模块3的发热端设置在柱形腔体11的内壁上，且电加热模块3的发热端的底部连接在轴向驱动装置7的输出端。

进一步说明地是，本发明中的第一排气口和第二排气口均为一种可控制的快门结构，其作用是用于在闭合时实现密封。

加压模块则包括驱动部和连接在驱动部。

进一步地，如图3所示，本发明提供了一种实验用岩心制备方法，用于实现所述的实验用岩心制备装置，包括以下步骤：

步骤100、对水合物进行预处理，并将预处理的水合物放入等压成型腔体12中，并在水合物的上方设置隔砂网14，加压模块2的动作端进入等压成型腔体12的内顶部与隔砂网14接触；关闭蒸汽排出模块4使得柱形腔体11的整体密封；

步骤200、控制单元6控制加压模块2、电加热模块3按照设定的压力、温度梯度进行阶段式对等压成型腔体12内的水合物进行加压加热，并在每个加压加热阶段结束后打开蒸汽排出模块4，释放柱形腔体11内的水蒸气，然后关闭蒸汽排出模块4；

步骤300、在全部的加压加热阶段结束后，检测干岩心的各项指标，如果符合标准实验用岩心，则制备工作结束。

在每个阶段结束后打开蒸汽排出模块4的具体步骤包括：

在每个加压加热阶段结束后立刻打开蒸汽排出模块4的第一排气口41；

随后轴向驱动装置7和加压模块2同步驱动等压成型腔体12沿柱形腔体11的轴向移动，并且保持等压成型腔体12内的压力值；

随后待等压成型腔体12外壁与柱形腔体11内壁之间的压力值达到设定值后打开第二排气口42。

在全部的加压加热阶段结束后，检测干岩心的各项指标，如果不符合标准实验用岩心，那么：

根据标准实验用岩心的标准参数和阶段式加热过程中水合物的阶段式变化参数形成的曲线的对比获得目标温度和目标压强；并通过阶段式加压加热的最终阶段温度的差值进行误差压力梯度和误差温度梯度的划分；

打开第一排气口41和第二排气口42，且使得第二排气口42的打开宽度小于等压成型腔体12的内径和柱形腔体11内径之间的差值；

控制单元6获得误差温度梯度，控制：

轴向驱动装置7和加压模块2进行持续的误差压力梯度的变化；

电加热模块3进行持续的误差温度梯度的变化。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种实验用岩心制备装置，其特征在于，包括岩心室模块（1）、加压模块（2）、电加热模块（3）、蒸汽排出模块（4）、检测模块（5）以及控制单元（6），且所述加压模块（2）、电加热模块（3）、蒸汽排出模块（4）以及检测模块（5）电性连接所述控制单元（6）；

所述加压模块（2）连接在所述岩心室模块（1）的一端，所述加压模块（2）在所述控制单元（6）的控制下向所述岩心室模块（1）内提供可控压强；

所述电加热模块（3）设置在所述岩心室模块（1）的周向，所述电加热模块（3）在所述控制单元（6）的控制下用于对所述岩心室模块（1）进行加热；

所述蒸汽排出模块（4）设置在所述岩心室模块（1）的内部，所述蒸汽排出模块（4）用于根据所述岩心室模块（1）内部的压强和温度变化进行蒸汽的释放；

所述检测模块（5）设置在所述岩心室模块（1）的轴向，所述检测模块（5）用于检测获取所述岩心室模块（1）内的温度和压强参数，并将温度和压强参数输送至所述控制单元（6）；

其中，所述岩心室模块（1）在设定的所述加压模块（2）的提供的压力值和所述电加热模块（3）提供的加热温度下，所述控制单元（6）根据温度和压强参数控制所述蒸汽排出模块（4）进行间歇性的蒸汽排出，直至所述岩心室模块（1）内的经过成分配比的水合物形成标准实验用岩心；

所述岩心室模块（1）包括柱形腔体（11），所述柱形腔体（11）的内部设置有用于放置经过成分配比的水合物的等压成型腔体（12），所述等压成型腔体（12）的上部通过连接件（13）与所述柱形腔体（11）的内壁连接；

所述加压模块（2）的动作端连接在所述等压成型腔体（12）的内顶部，用于向所述等压成型腔体（12）的内部提供设定的压力；

所述蒸汽排出模块（4）设置在所述等压成型腔体（12）上部的所述柱形腔体（11）内；

所述等压成型腔体（12）的底部设置有轴向驱动装置（7），所述轴向驱动装置（7）的输出端连接在所述等压成型腔体（12）的底部，且所述轴向驱动装置（7）的输出端密封所述柱形腔体（11）；

其中，所述轴向驱动装置（7）和所述加压模块（2）用于在所述蒸汽排出模块（4）进行蒸汽排出时同步配合驱动所述等压成型腔体（12），使所述等压成型腔体（12）沿所述柱形腔体（11）的轴向做靠近所述蒸汽排出模块（4）的位移动作。

2.根据权利要求1所述的一种实验用岩心制备装置，其特征在于，所述蒸汽排出模块（4）包括设置在所述加压模块（2）上部的第一排气口（41）以及设置在所述连接件（13）上的第二排气口（42）；

所述第二排气口（42）用于在所述连接件（13）以下的所述柱形腔体（11）的内部压强超过设定值时自动开启。

3.根据权利要求1所述的一种实验用岩心制备装置，其特征在于，所述等压成型腔体（12）包括微孔烧结管体，所述微孔烧结管体的底部密封，顶部开放，所述微孔烧结管体的内顶部设置有隔砂网（14）。

4.根据权利要求1所述的一种实验用岩心制备装置，其特征在于，所述电加热模块（3）的发热端设置在所述柱形腔体（11）的内壁上，且所述电加热模块（3）的发热端的底部连接在所述轴向驱动装置（7）的输出端。

5.一种实验用岩心制备方法，用于实现权利要求1-4任意一项所述的实验用岩心制备装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤100、对水合物进行预处理，并将预处理的水合物放入等压成型腔体（12）中，并在水合物的上方设置隔砂网（14），加压模块（2）的动作端进入等压成型腔体（12）的内顶部与隔砂网（14）接触；关闭蒸汽排出模块（4）使得柱形腔体（11）的整体密封；

步骤200、控制单元（6）控制加压模块（2）、电加热模块（3）按照设定的压力、温度梯度进行阶段式对等压成型腔体（12）内的水合物进行加压加热，并在每个加压加热阶段结束后打开蒸汽排出模块（4），释放柱形腔体（11）内的水蒸气，然后关闭蒸汽排出模块（4）；

步骤300、在全部的加压加热阶段结束后，检测干岩心的各项指标，如果符合标准实验用岩心，则制备工作结束。

6.根据权利要求5所述的一种实验用岩心制备方法，其特征在于，在每个阶段结束后打开蒸汽排出模块（4）的具体步骤包括：

在每个加压加热阶段结束后立刻打开蒸汽排出模块（4）的第一排气口（41）；

随后轴向驱动装置（7）和加压模块（2）同步驱动等压成型腔体（12）沿柱形腔体（11）的轴向移动，并且保持等压成型腔体（12）内的压力值；

随后待等压成型腔体（12）外壁与柱形腔体（11）内壁之间的压力值达到设定值后打开第二排气口（42）。

7.根据权利要求6所述的一种实验用岩心制备方法，其特征在于，在全部的加压加热阶段结束后，检测干岩心的各项指标，如果不符合标准实验用岩心，那么：

根据标准实验用岩心的标准参数和阶段式加热过程中水合物的阶段式变化参数形成的曲线的对比获得目标温度和目标压强；并通过阶段式加压加热的最终阶段温度的差值进行误差压力梯度和误差温度梯度的划分；

打开第一排气口（41）和第二排气口（42），且使得第二排气口（42）的打开宽度小于等压成型腔体（12）的内径和柱形腔体（11）内径之间的差值；

控制单元（6）获得误差温度梯度，控制：

轴向驱动装置（7）和加压模块（2）进行持续的误差压力梯度的变化；

电加热模块（3）进行持续的误差温度梯度的变化。

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