CN213749361U

CN213749361U - 一种岩心夹持器及岩石声波速度各向异性的测量装置

Info

Publication number: CN213749361U
Application number: CN202022402528.5U
Authority: CN
Inventors: 闫森; 熊健; 何海铭; 刘向君; 黄林林; 郑爽; 唐世军
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2030-10-26

Abstract

本实用新型涉及一种岩心夹持器及岩石声波速度各向异性的测量装置，包括岩心夹持器本体，所述岩心夹持器本体内有岩芯室和多个用于容纳介质的介质腔，多个介质腔围绕岩芯室设置，介质腔与岩芯室之间由受力可变形的变形部件分隔开；该岩石声波速度各向异性的测量装置，包括岩心夹持器、介质源、超声波测量系统以及与超声波测量系统连接的数据采集系统。本实用新型的岩心夹持器可用来模拟真实地层条件下岩石所受到的不同方向地应力大小；本实用新型的测量装置可测量岩石在不同地应力情况下的声波传播特性，利于研究和反映出岩石波速各向异性的特点。

Description

一种岩心夹持器及岩石声波速度各向异性的测量装置

技术领域

本实用新型涉及岩芯实验装置技术领域，尤其涉及一种岩心夹持器及岩石声波速度各向异性的测量装置。

背景技术

近年来，随着对油气资源需求的不断增加，国内外各石油公司加大了对非常规油气的勘探开发力度，同时加强了对各种非常规油气藏的综合评价攻关工作，并取得了一系列研究成果。但岩石各向异性评价问题一直制约着基于岩石力学理论进行的岩石可压性分析。

目前，国内外学者对岩石各向异性问题展开了深入的研究，主要集中在岩石波速各向异性、应力各向异性和力学各向异性等。然而，岩石在储层中除受到上覆岩层压力外，还受到水平最小主应力和水平最大主应力的影响，其中不同应力大小对岩石的挤压作用，造成储层岩石在不同方向的声波传播特性存在差异，反映出岩石波速各向异性的特点。针对非常规储层岩石各向异性的特点，目前缺少可测量岩石声波速度各向异性的实验装置。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题提供一种岩心夹持器及岩石声波速度各向异性的测量装置。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种岩心夹持器，包括岩心夹持器本体，所述岩心夹持器本体内有岩芯室和多个用于容纳介质的介质腔，多个介质腔围绕岩芯室设置，介质腔与岩芯室之间由受力可变形的变形部件分隔开。

优选地，所述变形部件为橡胶材质。

进一步优选地，所述岩芯室为矩形空间，所述矩形空间的四个侧面由变形部件构成；所述介质腔有四个，四个介质腔分别位于岩芯室其中一个侧面的外侧。

进一步的，岩心夹持器本体包括外壳、第一封帽、第二封帽和橡皮套，所述外壳内有十字形空腔，所述十字形空腔贯通外壳的两端；

所述橡皮套置于十字形空腔中央从而将十字形空腔分隔为五个腔室，橡皮套的内腔构成所述岩芯室，其余四个腔室分别构成所述介质腔；

所述第一封帽、第二封帽分别装在外壳的两端，第一封帽与第二封帽用于将介质腔的外端封住。

优选地，所述橡皮套的横截面为井字形，橡皮套内腔外周的四个角形部件与十字形空腔的腔壁贴合。

进一步的，所述第一封帽和第二封帽的内端有与橡皮套端部适配的嵌槽，所述橡皮套的两端分别嵌入第一封帽、第二封帽的嵌槽中。

优选地，所述第一封帽、第二封帽、外壳均为圆形，第一封帽和第二封帽与外壳螺纹连接。

进一步的，所述第一封帽和第二封帽的中央有中心孔，所述中心孔中装有柱塞；

其中一个柱塞用于装超声波激发探头，另一个柱塞用于装超声波接收探头。

一种岩石声波速度各向异性的测量装置，包括岩心夹持器、介质源、超声波测量系统以及与超声波测量系统连接的数据采集系统；

所述介质腔通过管路与介质源连接，介质源用于向介质腔中注入介质，使得多个介质腔中的压力不完全相同；

所述超声波测量系统包括超声波激发探头和超声波接收探头，超声波激发探头与超声波接收探头分别装于岩芯室的两端。

优选地，所述介质腔有四个，所述介质源有两个，相对的两个介质腔与同一个介质源连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1，本实用新型的岩心夹持器可用来模拟真实地层条件下岩石所受到的不同方向地应力大小；

2，本实用新型的测量装置可测量岩石在不同地应力情况下的声波传播特性，利于研究和反映出岩石波速各向异性的特点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。

图1是实施例1中岩心夹持器的剖视图；

图2是外壳的剖视图；

图3是实施例1中岩心夹持器的三维图；

图4是实施例2中岩心夹持器的剖视图；

图5是实施例2中岩心夹持器的三维图；

图6是实施例2中橡皮套与支撑块的三维图；

图7是实施例2中橡皮套与支撑块的剖视图；

图8是岩石声波速度各向异性的测量装置的结构示意图。

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明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

本实用新型公开的岩心夹持器，包括岩心夹持器本体，所述岩心夹持器本体内有岩芯室和多个用于容纳介质的介质腔，多个介质腔围绕岩芯室设置，介质腔与岩芯室之间由受力可变形的变形部件分隔开。变形部件可选择橡胶等材质。

使用时，将岩芯放置在岩芯室内，然后向介质腔中注入介质，变形部件受介质的压力而发生变形，能把岩心压住，从而通过变形部件将介质压力传递给岩芯室内的岩芯，可通过改变介质腔中的介质量，来模拟不同大小的应力。

介质腔最好成对布置，成对的两个介质腔对称设置。比如，以岩芯室为矩形空间为例，所述矩形空间的四个侧面由变形部件构成；所述介质腔有四个，四个介质腔分别位于岩芯室其中一个侧面的外侧。

实施例1

如图1、2、3所示，本实施例中岩心夹持器包括外壳1、第一封帽3、第二封帽4和橡皮套8。

如图1所示，外壳1内有十字形空腔11，十字形空腔11贯通外壳1的两端；

如图2所示，橡皮套8置于十字形空腔11中央并将十字形空腔11分隔为五个腔室，橡皮套8的内腔81构成岩芯室20，内腔81外的腔室A21、腔室B22、腔室C23、腔室D24分别构成介质腔。

第一封帽3、第二封帽4分别装在外壳1的两端，第一封帽3与第二封帽4用于将介质腔的外端封住，使得腔室A21、腔室B22、腔室C23、腔室D24形成封闭的空间。腔室A21、腔室B22、腔室C23、腔室D24设有介质口12。

橡皮套8端部与第一封帽3、第二封帽4连接。

本实施例中，第一封帽3、第二封帽4、外壳1均为圆形，第一封帽3和第二封帽4与外壳1螺纹连接。

外壳1的内圆面设置有四个支撑块7来构成十字形空腔11。

为方便安装测量仪器，在第一封帽3和第二封帽4的中央有设有中心孔，中心孔可用于放置超声探头。

为增强密封性能，可在第一封帽3和第二封帽4的中心孔中装上柱塞，在柱塞上设置用于安装超声波探头的孔位。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：如图4、5、6、7所示，本实施例中橡皮套8的横截面为井字形，橡皮套8的内腔81为矩形，内腔81外周有四个角形部件82，角形部件82包在支撑块7上与支撑块7紧密贴合接触。支撑块7上设有第一道密封圈槽71和第二道密封槽72，第一道密封圈槽71和第二道密封槽72中装有O型密封圈，在压力作用下支撑块7上的密封圈槽中的O型密封圈与角形部件82紧密接触。

支撑块7的长度比外壳1的长度短，橡皮套8的两端超出支撑块7。第一封帽3和第二封帽4内端有与外壳1内壁适配的圆形轴颈，圆形轴颈内端上有与橡皮套8端部适配的嵌槽。

当第一封帽3、第二封帽4与外壳1拧紧后，橡皮套8的两端分别嵌入第一封帽3、第二封帽4的嵌槽中，胶皮套8的端部通过卡槽固紧在第一封帽3和第二封帽4上；圆形轴颈的内端也与支撑块7的外端紧密接触；支撑块7上的O型密封圈还可以实现支撑块7与第一封帽3和第二封帽4的密封。

实施例3

本实施例与2的区别在于：本实施例中第一封帽3、第二封帽4的内螺纹与壳体1螺纹连接配合，且第一封帽3、第二封帽4上的密封圈槽中的O型密封圈与壳体1内壁紧密接触，封帽的顶端内壁卡槽与胶皮套8紧密接触。

O型密封采用耐压、耐温、耐腐蚀的橡胶材料制成。

第一封帽3的中心孔中装有第一柱塞5，第二封帽4的中心孔中装有第二柱塞6，第一柱塞5的外螺纹与第一封帽3螺纹连接，第二柱塞6的外螺纹与第二封帽4螺纹连接。

胶皮套8采用耐压、耐温、耐腐蚀的橡胶材料，胶皮套8的内腔81尺寸为100mm×100mm×130mm。该胶皮套8中心的内腔81可放入实验样品岩心的尺寸包括但不限于：(50-100)mm×(50-100)mm×100mm。

如图1-8所示，所示，本实用新型公开的一种岩石声波速度各向异性的测量装置，包括岩心夹持器、介质源、超声波测量系统以及与超声波测量系统连接的数据采集系统。

介质腔通过管路与介质源连接，介质源用于向介质腔中注入介质，使得多个介质腔中的压力不完全相同。

本实施例中，介质源包括两个手摇泵17，其中一个手摇泵17通过三通阀门A16的管路与腔室A21和腔室C23连接；另一个手摇泵17通过带三通阀门B15的管路腔室B22和腔室D24连接。

手摇泵17用于对不同方向腔室内施加压力来模拟岩石在地层中受到不同方向的应力大小。

超声波测量系统包括脉冲发射器18、示波器19、超声波激发探头13和超声波接收探头14。超声波激发探头与超声波接收探头分别装于岩芯室20的两端。本实施例中超声波激发探头13嵌入第一柱塞5中，超声波接收探头14嵌入第二柱塞6内。

超声波激发探头13与脉冲发射器18连接，超声波接收探头14与示波器19连接，脉冲发射器18与示波器19连接，示波器19与数据采集系统连接。

数据采集系统主要包括一台计算机20。计算机20的数据采集模块与示波器19连接，计算机20的数据采集模块记录实验过程中的超声波波形图、超声波到达时间。计算机20中包括数据采集模块、数据处理模块和数据储存模块。

本实用新型的使用方法，步骤包括；

1、按照行业标准及实验要求制备标准岩心，岩样尺寸为(50-100)mm×(50-100)mm×100mm，然后将岩石置于烘箱中进行24小时烘干处理，温度设置为60℃，并分别标明X、Y、Z方向；

2、组装实验设备，将胶皮套8放入壳体1内，并将胶皮套8的角形部件82与支撑块7紧密贴合接触；

紧接着将第一封帽3、第二封帽4分别在壳体11两端拧紧，并将烘干后的岩石装入胶皮套8的内腔81中；

如图3所示，且使岩石X面与柱塞轴线垂直；第一柱塞5、第二柱塞6分别放入岩心夹持器两端并与第一封帽3、第二封帽4拧紧；使得岩心夹持器的两端分别嵌有超声波激发探头13、超声波接收探头14；

3、打开三通阀门B15、三通阀门A16，通过用手摇泵17给腔室A21、腔室B22、腔室C23、腔室D24加入传压介质并加压，介质可选用水或液压油等介质，以形成对岩心室12中岩心施加两个不同主应力，用来模拟真实地层条件下岩石所受到的不同方向地应力大小，待压力达到设定压力后，进行声波速度测量；

4、基于超声波透射方法，来测量岩心不同应力条件下不同方向的超声波速度。依次打开脉冲发射器18、示波器19，并连接至计算机20，调节示波器19上相关参数，分别获取岩心在不同方向压力作用下传播的波形和首波到达时间，利用式(1)、式(2)计算出岩样在不同压力作用下的纵横波速度；

式中，V_p、V_s分别为岩心纵、横波速度，m/s；L为岩心长度，m；t_p、t_s分别为纵、横波首波到达时间，s；t_p0、t_s0分别为探头对接时间，s。

5、将不同方向腔室内压力压力降到0MPa，取出岩心，换一个岩心面，如岩心面Y或岩心面Z，并保持测试岩心面与柱塞轴线垂直，继续重复步骤2-4，获取岩心纵横波速度。

本实用新型可适应于不同岩性岩石，包括致密砂岩、页岩、碳酸盐岩、煤岩等。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种岩心夹持器，其特征在于：包括岩心夹持器本体，所述岩心夹持器本体内有岩芯室和多个用于容纳介质的介质腔，多个介质腔围绕岩芯室设置，介质腔与岩芯室之间由受力可变形的变形部件分隔开。

2.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于：所述变形部件为橡胶材质。

3.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于：所述岩芯室为矩形空间，所述矩形空间的四个侧面由变形部件构成；所述介质腔有四个，四个介质腔分别位于岩芯室其中一个侧面的外侧。

4.根据权利要求1、2或3所述的岩心夹持器，其特征在于：岩心夹持器本体包括外壳、第一封帽、第二封帽和橡皮套，所述外壳内有十字形空腔，所述十字形空腔贯通外壳的两端；

所述橡皮套置于十字形空腔中央并将十字形空腔分隔为五个腔室，橡皮套的内腔构成所述岩芯室，其余四个腔室分别构成所述介质腔；

5.根据权利要求4所述的岩心夹持器，其特征在于：所述橡皮套的横截面为井字形，橡皮套内腔外周的四个角形部件与十字形空腔的腔壁贴合。

6.根据权利要求4所述的岩心夹持器，其特征在于：所述第一封帽和第二封帽的内端有与橡皮套端部适配的嵌槽，所述橡皮套的两端分别嵌入第一封帽、第二封帽的嵌槽中。

7.根据权利要求4所述的岩心夹持器，其特征在于：所述第一封帽、第二封帽、外壳均为圆形，第一封帽和第二封帽与外壳螺纹连接。

8.根据权利要求4所述的岩心夹持器，其特征在于：所述第一封帽和第二封帽的中央有中心孔，所述中心孔中装有柱塞；

9.包括权利要求1-8中任一项所述的岩心夹持器的岩石声波速度各向异性的测量装置，其特征在于：它还包括介质源、超声波测量系统以及与超声波测量系统连接的数据采集系统；

10.根据权利要求9所述的岩石声波速度各向异性的测量装置，其特征在于：所述介质腔有四个，所述介质源有两个，相对的两个介质腔与同一个介质源连接。