CN101761333B - 多功能真三轴应力煤心夹持器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能真三轴应力煤心夹持器，属油气层及煤层气保护与伤害评价技术领域。它由X轴加压活塞、左固定块、夹持器筒体、胶筒、右柱塞、右固定块、Y轴加压柱塞等组成。夹持器筒体的左端装有左固定块和X轴压盖，左固定块内安装有X轴加压柱塞，夹持器筒体的右端装有右固定块和右柱塞，左固定块和右固定块之间装有胶筒。该夹持器将样品装入胶筒后，X、Y、Z轴的轴压通过三台互不相同压力的压力泵控制，即可进行真三轴应力条件下的流体渗透率测试实验。打开泥浆通道后可用于在真三维压力状态下模拟欠平衡、正压差、平衡等钻井过程中的泥浆动态污染过程。解决了目前评价实验中伪三轴夹持器不能在三个轴向上加载不同轴压的问题。

Description

多功能真三轴应力煤心夹持器

技术领域：

本发明涉及一种模拟油气储层及煤层气储层条件下的多功能真三轴应力煤心夹持器，属油气层及煤层气保护与伤害评价测试仪器技术领域。

背景技术：

目前模拟评价油层气及煤层气储量，以及钻井过程中钻井液、完井液对储层伤害程度的评价试验中所用到的模拟煤层煤心夹持器，都是基于在一维围压条件下的渗透率测试或二维围压和轴压条件下的渗透率测试。由于地层应力状态不尽相同，在地层水平方向上的应力也不尽相同，所以一维或二维应力夹持器不能真实地反映储层的应力及开采过程中的应力变化情况，以及储层渗透率随原地应力的变化规率。随着钻井技术的不断发展，科学真实地模拟地层应力条件下的储层渗透率的变化规律，以及在真三维应力状态下，模拟欠平衡、正压差、平衡等钻井过程中的泥浆动态污染过程，使储层污染过程和渗流测试过程一体化，避免多次装夹煤样产生的应力效应，已成为油田钻井作业及科研项目中亟待解决的问题。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种用于在高温高压条件及真三轴应力条件下储层的渗透率测试，能模拟油气储层及煤层气储层环境钻井过程中的泥浆动态污染过程，综合评价储层受污染的程度和深度；且结构简单，操作方便的多功能真三轴应力煤心夹持器。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种多功能真三轴应力煤心夹持器，它由X轴压盖、左调节螺母、X轴加压柱塞、左固定螺母、左固定块、夹持器筒体、胶筒、泥浆管道接口、右柱塞、右固定螺母、右固定块、右调节螺母、Y轴压盖、Y轴加压柱塞组成，其特征在于：夹持器筒体的左端通过左固定螺母固装有一左固定块，左固定块内安装有X轴加压柱塞，X轴加压柱塞的右端为方形；左固定块的左端通过左调节螺母固装有一X轴压盖，X轴压盖的中心凹孔套装在X轴加压柱塞的左端，X轴加压柱塞通过定位螺丝与X轴压盖连接；夹持器筒体的右端通过右固定螺母固装有一右固定块，右固定块内通过右调节螺母固装有右柱塞；左固定块和右固定块之间装有内外呈方形的胶筒，胶筒的左端套装在X轴加压柱塞和左固定块上，胶筒的右端固定在右固定块上。

所述的夹持器筒体的上下方装有泥浆管道接口和四氟垫；夹持器筒体的前后侧上通过螺栓安装有Y轴压盖，Y轴压盖通过拉簧与Y轴加压柱塞连接。

所述的X轴压盖、Y轴压盖、夹持器筒体上开有轴压加压口，轴压加压口上装有X轴压导管、Y轴压导管和Z轴压导管；X轴加压柱塞上开有流体入口，右柱塞上开有流体出口。

所述的夹持器筒体、左固定块、X轴压盖、右固定块上安装有定位销。

所述的X轴加压柱塞、左固定块、右固定块、右柱塞、Y轴压盖、Y轴加压柱塞上装有O型密封圈；所述的X轴压盖、左固定块、右固定块、右柱塞上装有轴卡簧。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该多功能真三轴应力煤心夹持器将实验样品装入胶筒后，通过轴压导管分别连接三台压力泵，X轴、Y轴、Z轴的轴压通过三台压力泵控制，三轴向压力可以互不相同，即可进行真三轴应力条件下的流体渗透率测试实验，实现了真正意义上的储层样品的三轴应力煤心实验。而且将右柱塞退出一定距离后，打开泥浆通道，可用于在真三维压力状态下，模拟欠平衡、正压差、平衡等钻井过程中的泥浆动态污染过程，使储层污染过程和渗流测试过程一体化，避免多次装夹煤样产生应力效应。解决了目前评价实验中常用的伪三轴夹持器不能在三个轴向上加载不同轴压的问题，克服了流体驱替实验、泥浆污染试验、气液两相驱替试验要单独进行的缺陷。能真实评价储层在真三轴应力条件下渗透率的变化规率，且操作方便，灵活适用。

附图说明：

图1为多功能真三轴应力煤心夹持器的X轴方向结构示意图；

图2为多功能真三轴应力煤心夹持器的Y轴方向结构示意图。

图中：1、X轴压导管，2、流体入口，3、X轴压盖，4、轴卡簧，5、左调节螺母，6、O型密封圈，7、X轴加压柱塞，8、左固定螺母，9、左固定块，10、定位螺丝，11、定位销，12、夹持器筒体，13、胶筒，14、样品，15、泥浆管道接口，16、四氟垫，17、右柱塞，18、右固定螺母，19、右固定块，20、右调节螺母，21、流体出口，22、Y轴压导管，23、螺栓，24、Y轴压盖，25、Y轴加压柱塞，26、Z轴压导管，27、拉簧。

具体实施方式：

该多功能真三轴应力煤心夹持器由X轴压盖3、左调节螺母5、X轴加压柱塞7、左固定螺母8、左固定块9、夹持器筒体12、胶筒13、泥浆管道接口15、右柱塞17、右固定螺母18、右固定块19、右调节螺母20、Y轴压盖24、Y轴加压柱塞25组成。夹持器筒体12的左端通过左固定螺母8固装有一左固定块9，左固定块9内安装有X轴加压柱塞7，X轴加压柱塞7的右端为方形。左固定块9的左端通过左调节螺母5固装有一X轴压盖3，X轴压盖3的中心凹孔套装在X轴加压柱塞7的左端，X轴加压柱塞7通过定位螺丝10与X轴压盖3连接。夹持器筒体12的右端通过右固定螺母18装有一右固定块19，右固定块19内通过右调节螺母20装有右柱塞17；右柱塞17通过右调节螺母20进行左右调节，通过左右调节移动，可以实现打开或关闭泥浆污染通道的功能。左固定块9和右固定块19之间装有内外呈方形的胶筒13，胶筒13的左端套装在X轴加压柱塞7和左固定块9上，胶筒13的右端固定在右固定块19上。

夹持器筒体12的上下方装有泥浆管道接口15，泥浆管道接口15通过四氟垫16与夹持器筒体12密封，泥浆管道接口15与右固定块19上的园形通道相通，当右柱塞17向右移动到规定位移时，上下方的泥浆管道接口15形成一个完整的进出通道。

夹持器筒体12的前后侧上通过螺栓23安装有Y轴压盖24，Y轴压盖24通过拉簧27与Y轴加压柱塞25连接，拉簧27能保证在Y轴轴压泄去后复位，而便于实验的样品14从胶筒13中取出。

X轴压盖3、Y轴压盖24、夹持器筒体12上开有轴压加压口，轴压加压口上装有X轴压导管1、Y轴压导管22和Z轴压导管26，并通过X轴压导管1、Y轴压导管22、Z轴压导管26分别与轴压加压泵(图中未画出)相连接。X轴加压柱塞7上开有流体入口2，右柱塞17上开有流体出口21，流体入口2和流体出口21分别通过管线与注入容器和出口计量容器相连接。

夹持器筒体12、左固定块9、X轴压盖3、右固定块19上分别安装有定位销11；通过定位销11和X轴加压柱塞7上的定位螺丝10，可以确保左固定块9、X轴压盖3、X轴加压柱塞7、右固定块19的X轴方向(或夹持器轴向方向)一致。

X轴加压柱塞7、左固定块9、右固定块19、右柱塞17、Y轴压盖24、Y轴加压柱塞25上分别装有O型密封圈6，通过相应的O型密封圈6能形成方便快捷有效的密封。X轴压盖3、左固定块9、右固定块19、右柱塞17上分别装有相应尺寸的轴卡簧4，防止其轴向松动。

实验时，将实验样品14装入胶筒13内，装入X轴加压柱塞7和X轴压盖3，装入并顶紧右柱塞17，将X轴压导管1、Y轴压导管22、Z轴压导管26分别与轴压加压泵连接，流体入口2和流体出口21分别通过管线与注入容器和出口计量容器相连接。当Z轴向加载了压力后，胶筒13与左固定块9、右固定块19形成有效密封；实验的样品14与右固定块19接触，再通过X轴压盖3上的X轴压导管1给X轴加压柱塞7加X轴压，通过Y轴压盖24上的Y轴压导管22给Y轴加压柱塞25加Y轴压，通过Z轴压导管26加Z轴压。X轴、Y轴、Z轴的轴压通过三台轴压加压泵控制，三轴向压力可以不相同，即可进行真三轴应力煤心条件下的流体渗透率测试实验。

将右柱塞17退出一定距离，打开泥浆通道，可用于在真三维压力状态下，模拟欠平衡、正压差、平衡等钻井过程中的泥浆动态污染过程，使储层污染过程和渗流测试过程一体化，避免多次装夹煤样产生应力效应。解决了目前评价实验中常用的伪三轴夹持器不能在三个轴向上加载不同轴压的问题，克服了流体驱替实验、泥浆污染试验、气液两相驱替试验要单独进行的缺陷。能真实评价储层在真三轴应力条件下渗透率的变化规率，且操作方便，灵活适用。

Claims (5)

1.一种多功能真三轴应力煤心夹持器，它由X轴压盖(3)、左调节螺母(5)、X轴加压柱塞(7)、左固定螺母(8)、左固定块(9)、夹持器筒体(12)、胶筒(13)、泥浆管道接口(15)、右柱塞(17)、右固定螺母(18)、右固定块(19)、右调节螺母(20)、Y轴压盖(24)、Y轴加压柱塞(25)组成，其特征在于：夹持器筒体(12)的左端通过左固定螺母(8)固装有一左固定块(9)，左固定块(9)内安装有X轴加压柱塞(7)，X轴加压柱塞(7)的右端为方形；左固定块(9)的左端通过左调节螺母(5)固装有一X轴压盖(3)，X轴压盖(3)的中心凹孔套装在X轴加压柱塞(7)的左端，X轴加压柱塞(7)通过定位螺丝(10)与X轴压盖(3)连接；夹持器筒体(12)的右端通过右固定螺母(18)固装有一右固定块(19)，右固定块(19)内通过右调节螺母(20)固装有右柱塞(17)；左固定块(9)和右固定块(19)之间装有内外呈方形的胶筒(13)，胶筒(13)的左端套装在X轴加压柱塞(7)和左固定块(9)上，胶筒(13)的右端固定在右固定块(19)上。

2.根据权利要求1所述的多功能真三轴应力煤心夹持器，其特征在于：所述的夹持器筒体(12)的上下方装有泥浆管道接口(15)和四氟垫(16)；夹持器筒体(12)的前后侧上通过螺栓安装有Y轴压盖(24)，Y轴压盖(24)通过拉簧(27)与Y轴加压柱塞(25)连接。

3.根据权利要求1所述的多功能真三轴应力煤心夹持器，其特征在于：所述的X轴压盖(3)、Y轴压盖(24)、夹持器筒体(12)上开有轴压加压口，轴压加压口上装有X轴压导管(1)、Y轴压导管(22)和Z轴压导管(26)；X轴加压柱塞(7)上开有流体入口(2)，右柱塞(17)上开有流体出口(21)。

4.根据权利要求1所述的多功能真三轴应力煤心夹持器，其特征在于：所述的夹持器筒体(12)、左固定块(9)、X轴压盖(3)、右固定块(19)上安装有定位销(11)。

5.根据权利要求1所述的多功能真三轴应力煤心夹持器，其特征在于：所述的X轴加压柱塞(7)、左固定块(9)、右固定块(19)、右柱塞(17)、Y轴压盖(24)、Y轴加压柱塞(25)上装有O型密封圈(6)；所述的X轴压盖(3)、左固定块(9)、右固定块(19)、右柱塞(17)上装有轴卡簧(4)。

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