CN209841531U - 一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置，该装置包括岩心压力系统和岩心加热系统；所述岩心压力系统包括围压室、轴压室和岩心；所述轴压室缸筒连接于岩心室两端，通过固定器螺纹连接与夹持器缸体连接为一个整体；所述岩心加热系统包括外置可拆卸式电阻加热器热传导壳体和环绕式电阻加热器。本实用新型可采用气压式加压，通过将气体充入到轴压室内并用气体膨胀对岩心施加应力，以达到模仿真实储层状态下岩心所受轴压情况。能够模拟真实储层的应力环境，增加了实验岩心长度的选择范围。相对于传统夹持器，该装置具备不仅了可调节式的轴向应力装置，还加载了一套模拟储层高温环境的电阻式加热装备，使得该装置可以实现高温高压下的研究。

Description

一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置

技术领域

本实用新型属于岩石力学测试领域，更具体的说是一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置。

背景技术

岩心夹持器是开发试验中用途最广泛的基础组件之一，在地质勘探研究开发中，尤其是石油和天然气的地质勘探和研究生产开发方面，需要从地下取出相关地层岩心，进行岩心物性分析实验都要用到岩心夹持器。岩心夹持器作为一种夹持和密封岩心、完成岩石渗透率、孔隙度测试或各种岩心驱替实验的专门装置，其主要功能是将待测的岩石样品放入其中，并保证测试流体通过岩心样品前后两端时，能将岩石样品的侧表面完全密封住。其功能比较单一，主要集中于岩心测试用途。由于地层的复杂多样性，各个地层的原始环境不同，对岩心夹持器的要求也不同。

目前的夹持器普遍采用液压传动和气压传动。由于气体和液体在一定压力下存在一定的压缩性，流体的形状改变时，流体各层之间也存在一定的运动阻力即粘滞性。目前设计的液压传动和气压传动加载轴压时将流体看作是理想的流体，没有考虑到超高压作用下，液体的压缩性很显著，会造成数据的偏差。如专利号CN205103247U所公开的一种真三轴向岩心夹持器[2]，包括夹持器筒体、液压活塞、机械加载轴压活塞、支撑套、涡轮减速箱、伺服电机、导向板和支撑底座，所述液压活塞左右两端与筒体通过锥度套连接，在机械加载轴压活塞顶端设置有压力传感器，涡轮减速箱后端嵌入有行程开关。该专利所提供的真三轴岩心夹持器，对于高压轴压状态，设计了机械加载轴压的方式取代液压传动和气压传动。在工作过程中，流体进入真三轴岩心夹持器时，并将待测试样完全密封。岩心夹持器顶端面采用液压加载，通过液压泵注入高压液体直接作用液压活塞给待测试样实施端面轴压，液压活塞直接接触待测试样端面。岩心夹持器后端面采用伺服电机和涡轮减速箱通过导向板和导轨直接作用轴压活塞，对待测试样实施轴向压力，轴压活塞直接接触待测试样端面。通过环压入口对待测试样实施环压。但该装置在测试岩样加压过程中，无法实现对地层环境的真实模拟，对于岩样不能模拟出真实的地层高温高压环境，且电器设备可靠性差，机械加载易压碎岩心，容易造成不必要的损失。

也有一些利用手动泵加压的岩心夹持器，如公开号 CN201340381Y所公开的一种三轴向岩心夹持器[3]，其左边部分设有压帽、左堵头、岩心室、左岩心堵头、定位垫圈及左小压帽，右边部分设有轴向压力活塞、右小压帽、右堵头及右岩心堵头，在岩心室外围设有胶套，胶套通过连接板与两对活塞相连，活塞的外侧连有两个承压筒。该三轴向夹持器由于采用三组活塞水平、垂直和轴向。三轴向岩心夹持器的三轴向压力均通过手动泵来实现的。而该设计没有考虑到地层岩样真实渗流情况，仅仅将围压的施加情况作了改动。不能实现轴向加压，即在渗流条件下无法改变渗流方向上岩石断面的压力，且亦没有考虑到地层高温高压环境，装置复杂，可靠性差。

还有一些如专利号CN106323841A公开的三轴应力作用下超低渗岩石渗透率测量装置[4]，它包括数据采集及处理系统，三轴压力系统。该专利所述的三轴压力系统包括围压室、轴压室、测试室、围压闭环伺服计量泵、轴压闭环伺服计量泵和渗透压闭环伺服计量泵。其轴压室缸筒连接于围压室缸筒上端，且与所述围压室缸筒通过螺栓固定密封、连接成一个整体。又设置数据采集及处理系统设置于所述三轴压力系统外侧，且分别通过所述围压闭环伺服计量泵、所述轴压闭环伺服计量泵和所述渗透压闭环伺服计量泵连接于所述三轴压力系统上。通过改变围压、轴压大小，将波形互相关方法用于渗透率的测量，对不同围压、轴压情况下的岩心进行渗透率分析，得出不同围压、轴压条件下的渗透率。然而该种装置，虽然能模拟三轴向力，然而却无法全真模拟真实地层受力受压情况，更无法满足对高温高压岩心实验的要求。

综上所述，目前所使用的岩心加持装置，普遍使用围压加压，对于轴向压力的改变鲜有涉及，且无法实现对所以尺寸岩心的匹配问题，并且岩心堵头为金属端面，与岩心的硬接触也会造成应力的不均匀施加，并且目前有的岩心加持装置，不能施加满足应力敏感性实验要求的轴向应力，对实验数据造成影响，并且目前普遍试验使用的三轴岩心加持装置，无法实现高温高压的仿真模拟，对实验过程的真实可靠造成很大的影响。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可实现全真模拟地层条件的多功能岩心加持装置，该装置旨在解决并已解决目前大部分岩心加持装置所不能解决的应力分布不均匀，不能完全实现地层条件下的应力分布，不能实现模拟岩心在地层条件下的高温高压状态，不能对岩心施加轴向应力，不能使岩心端面与围压、岩心堵头平整接触，需要改变硬接触使应力分布均匀等问题。设计装置结构简单，性能可靠，结构新颖，不仅能满足应力敏感性实验，在其他渗流实验中，均可实现常规实验和高温高压实验条件下，真实模拟地层环境的要求。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置，其特征在于，所述一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置包括岩心压力系统和岩心加热系统。所述岩心压力系统包括围压室、轴压室和岩心室；所述轴压室连接于岩心室两端，且通过各自的固定器通过螺纹连接与夹持器缸体连接为一个整体；所述岩心加热系统包括外置可拆卸式电阻加热器热传导壳体4和环绕式电阻加热器14，且通过外置可拆卸式电阻热传导壳体固定嵌口15与夹持器筒体3连接。

进一步，所述围压室包括岩心夹持器筒体3、可逆变形的高分子弹性聚合物橡胶套2；所述岩心室包裹于所述围压室内，分别有左端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片21和右端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片13位于所述岩心室两端。

进一步，所述轴压室包括左端堵头活塞筒体19、带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头20、右端堵头活塞筒体6和带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头5，所述左端堵头活塞筒体19与带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头20为活塞式嵌套连接。所述右端堵头活塞筒体6与中心渗流管的右端活塞式岩心堵头5为活塞式嵌套连接。

进一步，所述左端堵头活塞筒体19设置有左端活塞式堵头气体充入口18，可通过连接高压气源以向活塞气腔内充入高压气体，实现对岩心室的加压。

进一步，所述岩心室设置有左端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片21和右端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片13，分别与带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头20和带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头5相抵触。

进一步，所述岩心加热系统，包裹在岩心夹持器筒体3外围，与岩心夹持器筒体3通过外置可拆卸式电阻热传导壳体固定嵌口15连接。

进一步，所述左端堵头活塞筒体固定器16设置于岩心夹持器筒体3左端，与岩心夹持器筒体3通过螺纹相互连接。所述左端堵头活塞筒体19及带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头20所构成的左端轴压室设置在其内。

进一步，所述右端堵头活塞筒体固定器7设置于岩心夹持器筒体 3右端，与岩心夹持器筒体3通过螺纹相互连接。所述右端堵头活塞筒体6及带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头5所构成的右端轴压室设置在其内。

进一步，所述右端堵头活塞筒体固定器7设置有调节旋钮固定板11和调节旋钮9，调节旋钮9通过螺纹连接在调节旋钮固定板11上，调节旋钮固定板11通过调节旋钮固定板固定螺纹8安装在右端堵头活塞筒体固定器7上。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型设计了一种能够模拟真实储层环境的全真三轴岩心夹持装置，该装置采用气体膨胀原理，向左右堵头的气腔分别通入高压气体，通过活塞装置将气体能力转化为机械能，以达到模仿真实储层状态下岩心上覆受压情况；使用活塞式堵头，并且配备可调节式的堵头固定器，可以增加实验岩心长度的选择范围；依靠热力传递的原理，使用导热性能好的金属材料做垫块，使用电阻丝缠绕加热，加热器使用电子控制，可以实现模拟真实储层条件下的高温环境；装置采用纯机械式设计本体，可以和电子仪器等配合使用，避免了整合型设备的容易坏的缺点，操作简单，安全性能大大提高。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置装置结构示意图；

图中：1、围压进气口；2、可逆变形的高分子弹性聚合物橡胶套； 3、岩心夹持器筒体；4、岩心夹持器外置可拆卸式电阻加热器热传导壳体；5、带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头；6、右端堵头活塞筒体；7、右堵头筒体旋扣式固定器；8、调节旋钮固定板固定螺纹； 9、调节旋钮；10、右端内置渗流管；11、调节旋钮固定板；12、右端活塞式堵头气体充入口；13、右端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片；14、环绕式电阻加热器；15、外置可拆卸式电阻热传导壳体固定嵌口；16、左端堵头活塞筒体固定器；17、左端内置渗流管；18、左端活塞式堵头气体充入口；19、左端堵头活塞筒体；20、带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头；21、左端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片；22、岩心舱。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它不构成本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置，其特征在于，所述一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置包括岩心压力系统和岩心加热系统。所述岩心压力系统包括围压室、轴压室和岩心室；所述轴压室连接于岩心室两端，且通过各自的固定器通过螺纹连接与夹持器缸体连接为一个整体；所述岩心加热系统包括外置可拆卸式电阻加热器热传导壳体4和环绕式电阻加热器14，且通过外置可拆卸式电阻热传导壳体固定嵌口15与夹持器筒体3连接。

所述围压室包括岩心夹持器筒体3、可逆变形的高分子弹性聚合物橡胶套2；所述岩心室包裹于所述围压室内，分别有左端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片21和右端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片13位于所述岩心室两端。

所述轴压室包括左端堵头活塞筒体19、带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头20、右端堵头活塞筒体6和带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头5，所述左端堵头活塞筒体19与带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头20为活塞式嵌套连接。所述右端堵头活塞筒体 6与中心渗流管的右端活塞式岩心堵头5为活塞式嵌套连接。

所述左端堵头活塞筒体19设置有左端活塞式堵头气体充入口18，可通过连接高压气源以向活塞气腔内充入高压气体，实现对岩心室的加压。

所述岩心室设置有左端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片21和右端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片13，分别与带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头20和带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头5相抵触。

所述岩心加热系统，包裹在岩心夹持器筒体3外围，与岩心夹持器筒体3通过外置可拆卸式电阻热传导壳体固定嵌口15连接。

所述左端堵头活塞筒体固定器16设置于岩心夹持器筒体3左端，与岩心夹持器筒体3通过螺纹相互连接。所述左端堵头活塞筒体19 及带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头20所构成的左端轴压室设置在其内。

所述右端堵头活塞筒体固定器7设置于岩心夹持器筒体3右端，与岩心夹持器筒体3通过螺纹相互连接。所述右端堵头活塞筒体6及带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头5所构成的右端轴压室设置在其内。

所述右端堵头活塞筒体固定器7设置有调节旋钮固定板11和调节旋钮9，调节旋钮9通过螺纹连接在调节旋钮固定板11上，调节旋钮固定板11通过调节旋钮固定板固定螺纹8安装在右端堵头活塞筒体固定器7上。

本发明一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置的工作过程如下：保持岩心夹持器右端不变。将左端堵头活塞筒体固定器16旋下，并取出左端堵头活塞筒体19、带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头 20，取下左端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片21。在岩心舱内放入岩心，按之前步骤反向安装。将围压进气口1连接至围压氮气瓶，将左端活塞式堵头气体充入口18、右端活塞式堵头气体充入口12分别连接至2个可调节压力的轴向应力氮气瓶。连接左端内置渗流管17至进液管道，右端内置渗流管10至出液管道。打开围压氮气瓶，调节围压，打开左右两个轴向压力氮气瓶，分别岩心左右两端轴向压力。打开环绕式电阻加热器14，随着加热器的升温，温度传导到岩心夹持器外置的可拆卸式电阻加热器热传导壳体4之上，使热量均匀散布，从而模拟真实的地层岩心的受热情况。根据具体实验情况选择相匹配的其他组件，以实现联机等更多用途。

Claims (6)

1.一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置，其特征在于，所述一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置包括岩心压力系统和岩心加热系统，所述岩心压力系统包括围压室、轴压室和岩心室；所述轴压室连接于岩心室两端，且通过各自的固定器通过螺纹连接与夹持器缸体连接为一个整体；所述岩心加热系统包括外置可拆卸式电阻加热器热传导壳体(4)和环绕式电阻加热器(14)，且通过外置可拆卸式电阻热传导壳体固定嵌口(15)与夹持器筒体(3)连接，

所述围压室包括岩心夹持器筒体(3)、可逆变形的高分子弹性聚合物橡胶套(2)；所述岩心室包裹于所述围压室内，分别有左端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片(21)和右端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片(13)位于所述岩心室两端，

所述轴压室包括左端堵头活塞筒体(19)、带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头(20)、右端堵头活塞筒体(6)和带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头(5)，所述左端堵头活塞筒体(19)与带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头(20)为活塞式嵌套连接，所述右端堵头活塞筒体(6)与中心渗流管的右端活塞式岩心堵头(5)为活塞式嵌套连接。

2.如权利要求1所述的一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置，其特征在于，所述岩心室设置有左端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片(21)和右端可逆变形的高分子弹性高渗透聚合物材料垫片(13)，分别与带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头(20)和带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头(5)相抵触。

3.如权利要求1所述的一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置，其特征在于，所述岩心加热系统，包裹在岩心夹持器筒体(3)外围，与岩心夹持器筒体(3)通过外置可拆卸式电阻热传导壳体固定嵌口(15)连接。

4.如权利要求1所述的一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置，其特征在于，所述岩心夹持器筒体(3)左端设置有左端堵头活塞筒体固定器(16)，与岩心夹持器筒体(3)通过螺纹相互连接，左端堵头活塞筒体(19)及带有中心渗流管的左端活塞式岩心堵头(20)所构成的左端轴压室设置在其内。

5.如权利要求1所述的一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置，其特征在于，所述岩心夹持器筒体(3)右端设置有堵头活塞筒体固定器(7)，与岩心夹持器筒体(3)通过螺纹相互连接，所述右端堵头活塞筒体(6)及带有中心渗流管的右端活塞式岩心堵头(5)所构成的右端轴压室设置在其内。

6.如权利要求5所述的一种真实模拟储层环境的岩心夹持装置，其特征在于，所述右端堵头活塞筒体固定器(7)设置有调节旋钮固定板(11)和调节旋钮(9)，调节旋钮(9)通过螺纹连接在调节旋钮固定板(11)上，调节旋钮固定板(11)通过调节旋钮固定板固定螺纹(8)安装在右端堵头活塞筒体固定器(7)上。