CN206772660U - 一种点接触脱模人造岩心制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种点接触脱模人造岩心制备装置，装置包括：液压系统，振动器、匀砂操作平台，支撑弹簧、支撑平台、岩心模具、压杆；所述支撑弹簧固定在支撑平台与匀砂操作平台之间，振动器对称设置在匀砂操作平台的两侧；压杆套入在岩心模具内，岩心模具固定在匀砂操作平台上，液压系统的液压面垂直对着所述压杆的顶端。本申请通过脱模人造岩心制备装置制作的岩心，能够获得比较均匀的人造岩心，且避免了岩心中受固体颗粒之间的架桥作用导致的不均质性，通过压力和胶结比例，可以批量制作满足实验要求的人造岩心；可以直接脱模成直接使用的岩心，避免了常规岩心钻取和切割过程外来流体对岩心的伤害。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油勘探开发技术领域，尤其涉及一种点接触脱模人造岩心制备装置。
背景技术
人造岩心是石油工程领域室内物理实验研究必不可缺少的实验材料。随着油气田的开发和新发现的油田越来越复杂，现场取心的难度加大、费用增加，同时随着油田开发和研究的不断深入，所需要开展的岩心实验内容也越来越多，一般油田探井的真实岩心已经不能满足实验需要。同时，开发过程中新钻井中很少有取心任务，导致探井岩心的物性与目前油藏岩石物性之间存在较大的差异。为了满足研究的需要，人造岩心越来越多受到重视，需要大量制作符合现阶段油藏地质特征的人造岩心。
对于岩心的制作，很多人都开展了相关研究，其中2005年卢祥国等人(石英砂环氧树脂胶结岩心及其制备方法，申请号CN200510063666)；2010年皮彦夫在科学与工程杂志中发表论文“石英砂环氧树脂胶结人造岩心的技术与应用”提出各种类型的人造岩心；2010年张东等人(一种岩心制作方法，申请号CN201010110846)；2011年秦积舜等人(人造岩心、人造岩心的制作方法和仪器，申请号CN201110223910.2)。目前制作人造岩心方法和技术手段都相对成熟，主要是在环氧树脂、磷酸铝、硅酸盐等胶结剂中添加粘土矿物和石英砂进行胶结制作人造岩心。不同胶结制作岩心的条件也不同，但制作人造岩心的胶结剂是必不可少的，胶结剂类型对岩心性能影响至关重要，直接决定了岩样是否具有储层敏感性，岩心能否具有一定强度满足实验要求。
在油田水驱开发中后期，储层岩石中胶结物发生物理化学变化，其水驱波及范围内的岩石颗粒的接触关系多为点接触或接触胶结，但仍具有一定的矿物敏感性。为此，在工艺上必须保证加进去的粘土矿物不被胶结物胶死；加热温度不使粘土晶格发生变化、析出层间结构水、散失原有粘土的性质；与天然岩心相比岩性相同、物性参数接近，能满足实验研究的需要。但目前所用的环氧树脂胶结剂主要是液体状，在与粘土矿物、石英砂胶结过程中容易对矿胶结死；磷酸铝胶结时对岩心成型温度要求高；而硅酸盐胶结时需要在岩心加入水后才能成型，将导致部分矿物发生分散等作用，影响了岩心的稳定性和均质性。为了满足油田开发中后期油藏岩石特征的要求、保障人造岩心具有较好的均质性以及满足人造岩心实验结果可对比性的要求，迫切需要能够制作出满足上述要求的人造岩心制备装置及方法。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种能有效解决岩心的胶结和岩心颗粒间的接触关系的点接触脱模人造岩心制备装置及其方法。
一种点接触脱模人造岩心制备装置，包括：液压系统，振动器、匀砂操作平台，支撑弹簧、支撑平台、岩心模具、压杆；
所述支撑弹簧固定在支撑平台与匀砂操作平台之间，振动器对称设置在匀砂操作平台的两侧；压杆套入在岩心模具内，岩心模具固定在匀砂操作平台上，液压系统的液压面垂直对着所述压杆的顶端。
进一步地，如上所述的点接触脱模人造岩心制备装置，在匀砂操作平台设置有通孔，所述支撑弹簧的一端固定在该通孔内；
进一步地，如上所述的点接触脱模人造岩心制备装置，所述支撑弹簧内设置有扶正器，该扶正器为杆状结构，该扶正器的一端垂直固定在支撑平台上，另一端随支撑弹簧套入在所述通孔内。
进一步地，如上所述的点接触脱模人造岩心制备装置，所述压杆在其中上部固定有平衡板，所述平衡板与压杆的杆身为一体结构，所述平衡板上设置有与岩心模具固定在一起的通孔。
进一步地，如上所述的点接触脱模人造岩心制备装置，所述岩心模具为经过锻打的不锈钢掏空而形成的岩心模具，该模具的内径为25.4mm或38.1mm。
进一步地，如上所述的点接触脱模人造岩心制备装置，所述压杆的中间设置有通气孔，该通气孔与岩心模具内石英砂接触的底部孔采用多层不锈钢筛网饼进行封堵。
进一步地，如上所述的点接触脱模人造岩心制备装置，所述压杆外径小于岩心模具内径0.1mm。
进一步地，如上所述的点接触脱模人造岩心制备装置，所述振动器为调频振动器。
有益效果：
本申请通过脱模人造岩心制备装置制作的岩心，能够获得比较均匀的人造岩心，且避免了岩心中受固体颗粒之间的架桥作用导致的不均质性，通过压力和胶结比例，可以批量制作满足实验要求的人造岩心；可以直接脱模成直接使用的岩心，避免了常规岩心钻取和切割过程外来流体对岩心的伤害。
附图说明
图1为本申请点接触脱模人造岩心制备装置结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为岩心模具与压杆组合后的结构图；
图4为实施例岩心的渗透率和空隙度的曲线图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-图3，本申请提供的点接触脱模人造岩心制备装置，包括：液压系统1，振动器2、匀砂操作平台3，支撑弹簧4、支撑平台5、岩心模具6、压杆7；
所述支撑弹簧4固定在支撑平台5与匀砂操作平台3之间，振动器2对称设置在匀砂操作平台3的两侧；压杆7套入在岩心模具6内，岩心模具6固定在匀砂操作平台3上，液压系统1的液压面垂直对着所述压杆7的顶端。
如图2所示，在匀砂操作平台3设置有通孔31，所述支撑弹簧4的一端固定在该通孔内；
所述液压系统安装有限压保护，采用电信号控制压力和压制运动速度，液压机压块不断下移过程中，运动速度逐渐下降，与岩心接触后缓慢压制岩心，达到设置压力后进行保压压制，直到压力保持稳定。
所述支撑弹簧4实现上下和左右震动，所述匀砂操作平台30mm厚，在平台的两侧安置调频振动器，带动匀砂操作平台和岩心模具，在一定振幅强度下实现上下和垂直震动。
本实施例提供的点接触脱模人造岩心制备装置，通过脱模人造岩心制备装置制作的岩心，能够获得比较均匀的人造岩心，且避免了岩心中受固体颗粒之间的架桥作用导致的不均质性，通过压力和胶结比例，可以批量制作满足实验要求的人造岩心；可以直接脱模成直接使用的岩心，避免了常规岩心钻取和切割过程外来流体对岩心的伤害。
进一步的，本实施例在上一实施例的基础上提供的点接触脱模人造岩心制备装置，所述支撑弹簧4内设置有扶正器，该扶正器为杆状结构，该扶正器的一端垂直固定在支撑平台5上，另一端随支撑弹簧4套入在所述通孔31内。
所述扶正器用于使匀砂操作平台在振动匀砂过程中保持平衡。
进一步的，本实施例在上一实施例的基础上提供的点接触脱模人造岩心制备装置，为了保证液压系统的稳定性，同时为了保证压制方便，所述液压系统1的四个角落处分别设置有根支撑柱11，所述支撑柱11的底部固定在支撑平台5上。
进一步的，本实施例在上一实施例的基础上提供的点接触脱模人造岩心制备装置，所述压杆7在其中上部固定有平衡板71，所述平衡板71与压杆7的杆身为一体结构，如此，就可以保证压杆7垂直套入在岩心模具6内，而不易产生偏移，进而保证了压制岩心的均质性。所述平衡板还有一个作用就是说上面有通孔，与配套模具一致，可以将其压杆和模具通过大螺纹柱固定起来，在岩心填压完毕后，固定。
进一步的，本实施例在上一实施例的基础上提供的点接触脱模人造岩心制备装置，所述岩心模具6为经过锻打的不锈钢掏空而形成的岩心模具，该模具的内径为25.4mm或38.1mm。所述岩心模具整体结构强；一次可直接制作8组岩心，通过压杆压实岩心，也可以直接是胶结好的岩心进行脱模，制作免切割和钻取的人造岩心。
进一步的，本实施例在上一实施例的基础上提供的点接触脱模人造岩心制备装置，所述压杆7的中间设置有通气孔，该通气孔与岩心模具6内石英砂接触的底部孔采用多层不锈钢筛网进行封堵。从而保证加压过程中模具内气体能够快速从压杆中溢出，避免岩心表面不均匀。
进一步的，本实施例在上一实施例的基础上提供的点接触脱模人造岩心制备装置，所述压杆7外径小于岩心模具6内径0.1mm。
本申请提供的设备和工艺可以批量制作同规格的人造岩心，岩心中颗粒之间接触紧密，属于点接触的人造岩心。
本申请还提供一种制备点接触脱模人造岩心的方法，具体为采用如上任一所述的点接触脱模人造岩心制备装置进行制备，在制备的过程中，在岩心模具6内倒入石英砂与颗粒或粉末状的胶结剂的混合物进行制备。具体的制作方法步骤见以下实施例：
实施例：
岩心制作：
(1)按照图1设计出液压装置，按照液压机操作规范进行使用，在电控液压表处调节所需的压制压力10MPa，预热机器等待使用。
(2)组装人造岩心模具，先放入人造岩心模具底板61，再放入岩心模具6，用螺纹模具底板61和岩心模具6；在匀砂操作平台上利用扶正器固定岩心模具待用。
(3)称量8份100-140目石英砂80g和粉末状环氧树脂胶结剂5g，分别均匀混合后，倒入岩心模具内，能够制作8组人造岩心，放入压杆(自身重5kg)压紧石英砂和胶结剂混合物。
(4)调节振动器，高频150HZ条件下振动20s，石英砂经过振动后，压杆会随着架桥作用消除随之下降；再在低频60HZ条件下振动10s。
(5)压制岩心，启动液压机压制程序，待压制压力达到设置压力后，恒定设置压力保持5min中后，用螺丝固定岩心模型与压杆的平衡板，放入高温加热箱，烘烤成型。
(6)冷却后取出模具，利用液压机压制压杆脱模取出人造岩心，获得8块脱模岩心，分别标号1-8号，进行岩心孔隙度，渗透率等物理参数实验测定。
实验验证：
(A)孔隙度的测定采用质量法——干重M1，抽真空饱和水后的湿重M2，孔隙体积V＝(M2-M1)/ρ，ρ是1mg/mL；
(B)水测渗透率，连接相关流程，采用流速1mL/min进行水测岩心渗透率；
岩心干湿重数据如表1所示，空隙度、渗透率的测定结果见图4
表1岩心的相关参数
| 岩心编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 干重，g | 84.6 | 84.7 | 84.5 | 84.3 | 84.5 | 84.6 | 84.7 | 84.5 |
| 湿重，g | 99.2 | 98.9 | 99.1 | 99 | 99 | 99.2 | 99.1 | 98.9 |
由此可见同一批次出来的岩心，岩心尺寸，孔隙度，渗透率等参数基本上是相一致的；如果要模拟真实岩心，按照真实岩心的矿物成分分析，加入粘土矿物成分即可得到全组分模拟的人造岩心。
(C)针对岩心自身因压制过程可能造成的两端存在不均匀性，将编号1人造岩心分别切成等长的2支岩心分别命名为1-1、1-2，同时将市面购置编号A的岩心切成两2支岩心分别命名为A1，A2，进行水测渗透率实验，见表2。
表2岩心两端的渗透率比较
利用石英砂表面吸附粉状胶结剂，经过均匀震动的石英砂制作的岩心渗透率一致性较高，具有较好的均匀性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种点接触脱模人造岩心制备装置，其特征在于，包括：液压系统(1)，振动器(2)、匀砂操作平台(3)，支撑弹簧(4)、支撑平台(5)、岩心模具(6)、压杆(7)；
所述支撑弹簧(4)固定在支撑平台(5)与匀砂操作平台(3)之间，振动器(2)对称设置在匀砂操作平台(3)的两侧；压杆(7)套入在岩心模具(6)内，岩心模具(6)固定在匀砂操作平台(3)上，液压系统(1)的液压面垂直对着所述压杆(7)的顶端。
2.根据权利要求1所述的点接触脱模人造岩心制备装置，其特征在于，在匀砂操作平台(3)设置有通孔(31)，所述支撑弹簧(4)的一端固定在该通孔内；
所述支撑弹簧(4)内设置有扶正器，该扶正器为杆状结构，该扶正器的一端垂直固定在支撑平台(5)上，另一端随支撑弹簧(4)套入在所述通孔(31)内。
3.根据权利要求1所述的点接触脱模人造岩心制备装置，其特征在于，所述压杆(7)在其中上部固定有平衡板(71)，所述平衡板(71)与压杆(7)的杆身为一体结构。
4.根据权利要求1所述的点接触脱模人造岩心制备装置，其特征在于，所述岩心模具(6)为经过锻打的不锈钢掏空而形成的岩心模具，该模具的内径为25.4mm或38.1mm。
5.根据权利要求1所述的点接触脱模人造岩心制备装置，其特征在于，所述压杆(7)的中间设置有通气孔，该通气孔与岩心模具(6)内石英砂接触的底部孔采用多层不锈钢筛网饼进行封堵。
6.根据权利要求3所述的点接触脱模人造岩心制备装置，其特征在于，所述压杆(7)外径小于岩心模具(6)内径0.1mm，所述平衡板上设置有与岩心模具固定在一起的通孔。
7.根据权利要求1所述的点接触脱模人造岩心制备装置，其特征在于，所述振动器(2)为调频振动器。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN106769330A (zh) * | 2017-02-10 | 2017-05-31 | 西南石油大学 | 一种点接触脱模人造岩心制备装置与方法 |
| CN111060366A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-04-24 | 中国海洋石油集团有限公司 | 一种模拟井眼钻孔的人造岩心制作方法 |
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2017
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