CN106153516A - 一种用于岩心样品的稳定性评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于岩心样品的稳定性评价装置，包括：内部安装有承载板的柜体，承载板将柜体分成第一安装区和第二安装区；在承载板上固定安装有用于测量岩心样品位于不同方位的孔隙压力的釜体组件；在第二安装区中分别设置有围压泵组件和平流泵组件，其中，围压泵组件与釜体组件相连通，用于提供给釜体组件第一预定压力，平流泵组件与釜体组件相连通，用于提供给岩心样品第二预定压力。该评价装置具有有效监测位于岩心样品不同方向上的压力传递情况，从而实现对岩心样品稳定性评价的优点，以及还具有结构简单、可靠、监测结果准确和准确判断井壁稳定性的优点。

Description

一种用于岩心样品的稳定性评价装置

技术领域

本发明涉及石油勘探开发过程中关于井壁稳定性评价技术领域，尤其涉及一种用于岩心样品的稳定性评价装置。

背景技术

泥页岩属于泥岩和页岩之间的过渡岩石类型，是一种重要的沉积岩，因而，对于泥页岩的研究在石油勘探开发中具有具足轻重的作用。泥页岩具有空隙小、结构复杂和易吸水膨胀等特点，因而，由泥页岩制造而成的井壁的稳定性较弱。这样就使得在页岩气勘探开发过程中，会常常遇到泥页岩井壁不稳定的问题，容易引起地层坍塌，造成钻井事故的发生。因而，需要一种评价井壁稳定的评价装置，来避免上述事故的发生。

现有的评价装置存在功能单一，不能针对含裂缝的泥页岩的稳定性进行综合评价的问题。

发明内容

针对上述问题，根据本发明提出了一种用于岩心样品的稳定性评价装置，包括：内部安装有承载板的柜体，所述承载板将所述柜体分成第一安装区和第二安装区；在所述承载板上固定安装有用于测量岩心样品位于不同方位的孔隙压力的釜体组件；在所述第二安装区中分别设置有围压泵组件和平流泵组件，其中，所述围压泵组件与所述釜体组件相连通，用于提供给所述釜体组件第一预定压力，所述平流泵组件与所述釜体组件相连通，用于提供给所述岩心样品第二预定压力。通过在评价装置中设置该釜体组件，能够真实且准确地监测到位于岩心样品不同方向的孔隙压力的传递情况。根据已经测得的多截面的孔隙压力的分布情况，便可确定出含裂缝泥页岩地层流体压力的穿透规律及周期，从而实现对含裂缝泥页岩地层流体压力的稳定性评价。

较佳的，所述釜体组件包括内部具有中空区，且位于所述第二安装区的壳体，固定安装在所述壳体的上端口位置的端盖和位于所述中空区并接近所述壳体底部位置的封堵部。

较佳的，所述釜体组件还包括套设在所述端盖与所述封堵部的外周壁位置以构造成用于容纳所述岩心样品的容纳区的套设部。

较佳的，在所述套设部的外周壁上沿周向和径向均间隔设有压力支撑部。

较佳的，对应安装在所述压力支撑部中，用以监测在不同方向上所述岩心样品的压力传递大小的压力监测部。

较佳的，所述压力支撑部分别沿所述套设部的径向和轴向等间距设置。这样便可有效地监测岩心样品的压力传递情况，克服了在岩心样品轴向上不在裂缝方位上的单一压力测点无法监测到压力传递值的弊端。

较佳的，所述压力监测部与所述岩心样品相接触的表面为光滑过渡面。这样，便使得压力监测部与岩心样品之间的接触更加紧密，避免了两者之间有缝隙的存在。

较佳的，所述釜体组件还包括固定安装在所述壳体的内周壁位置以将所述中空区加热到预定温度的加热件。该加热件的设置，能够使得该中空区加热到预定温度，从而使得该中空区满足高温的环境。

较佳的，所述釜体组件还包括一端固定在所述端盖中，另一端穿入所述中空区并固定在所述封堵部中，以向所述容纳区中注入气体的进气管路。

较佳的，每个所述压力监测部中均开设有与所述容纳区相连通的测压通道。这样，在向上述进液通道中注入带压的循环流体时，渗入到岩心样品中的循环流体进入到该测压通道后，该压力监测部会监测出此时该处的压力值，并将该压力值以压力信号的形式传递给如下所述的信号采集件。

较佳的，所述釜体组件还包括分别与每个所述压力监测部为电连接且用于将压力信号转化为电信号的信号采集件。信号采集件能够将每个压力监测部监测到的代表压力值的压力信号转化为电信号输出。

较佳的，所述釜体组件还包括与所述信号采集件为电连接的引线件。该引线件具有耐高温和耐高压的特性，因而能够保证信号采集件转化成的电信号顺利地输出到地上的数据采集***中，从而完成该部分的多截面多测点的压力传递的实时监测。

较佳的，所述端盖中对称式设有均与所述容纳区相连通的进液通道和排液通道。

较佳的，所述封堵部的上端面与所述岩心样品的底端面相抵接。

根据本发明，该评价装置具有有效监测位于岩心样品不同方向上的压力传递情况，从而实现对岩心样品(含裂缝泥页岩)稳定性评价的优点，以及还具有结构简单、可靠、监测结果准确和准确判断井壁稳定性的优点。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。在图中：

图1为本发明用于岩心样品的稳定性评价装置的整体结构示意图。

图2为本发明用于岩心样品的稳定性评价装置的釜体组件结构示意图。

图3为本发明用于岩心样品的稳定性评价装置的釜体组件中的压力监测部的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1、图2和图3所示，该评价装置可用来评价岩心样品6(见图2)在不同方向上的孔隙压力的分布情况。其中，该岩心样品6可为含裂缝的泥页岩。如图1所示，该评价装置包括柜体100、釜体组件200、围压泵组件300和平流泵组件400。在本身请的实施例中，该柜体100的内部固定安装有承载板101。该承载板101例如可通过螺钉或铆钉紧固在柜体100的内部，或者该承载板101可与该柜体100为插拔式固定连接。该承载板101的设置，将该柜体100分隔成第一安装区102和第二安装区103。

在一个实施例中，在该柜体100的底壁位置设置有能够进行多方位、多角度自由转动的万向轮104。该万向轮104的设置，能够使得该评价装置进行灵活移动，方便了该评价装置的运输，节省了人力和物力。

在本申请的实施例中，在承载板101上固定安装有釜体组件200。该釜体组件200例如可通过螺钉或铆钉固定在该承载板101上，并且，该釜体组件200的大部分均位于第二安装区103中。由此可见，该承载板101起到固定和支撑该釜体组件200的作用，因而，该釜体组件200应当具有一定的结构强度，避免在长时间支撑和固定釜体组件200的过程中，因结构强度弱而发生形变或损坏的情况。在本申请的实施例中，该承载板101可由钢材制造而成。

在本申请的实施例中，该釜体组件200的设置，能够对岩心样品6位于不同方位的孔隙压力进行监测。

如图1所示，在本申请的实施例中，在该柜体100的外侧壁位置设置有载物凸台105。该载物凸台105上固定安装有泥浆容器500。该泥浆容器500例如可通过螺栓紧固在该载物凸台105上。该泥浆容器500的一端通过液压管线与釜体组件200的相应接口相连通，另一端与平流泵组件400相连通。这样，在平流泵组件400的动力作用下，将泥浆容器500中的液体注入到如下所述的容纳区41(见图2)中，从而实现给该容纳区41加压的目的。

在本申请的实施例中，在第二安装区103中分别设置有围压泵组件300和平流泵组件400。该围压泵组件300与釜体组件200相连通，用于提供给该釜体组件200第一预定压力，以便使得该釜体组件200的内部满足高压的环境。该第一预定压力例如可为30MPa到90MPa。该平流泵组件400与釜体组件200相连通，用于提供给岩心样品6第二预定压力。其中第二预定压力应当接近第一预定压力。

如图2所示，在一个优选的实施例中，该釜体组件200包括壳体1、端盖2、封堵部3、套设部4和压力监测部5。该壳体1的整体大致呈筒状，内部具有中空区11，该壳体1位于第二安装区103中，且开口端朝上设置。由于该釜体组件200需要真实地模拟地层中含裂缝的泥页岩的所处环境，即通常为高温高压的环境。故该壳体1应当由耐高温和耐高压材质制造而成。该壳体1的设置，能够为该釜体组件200提供高温高压的围压环境。

该端盖2固定安装在壳体1的上端口位置。该端盖2例如可通过螺钉紧固的方式固定在壳体1的上端口位置或采用与壳体1的上端口相扣合的方式实现安装固定。该端盖2的设置，可以使得壳体1中的中空区11处于相对密闭的环境，避免壳体1外部的其它颗粒或尘埃进入该中空区11，而影响实验的监测结果。在本申请的实施例中，该端盖2大致呈倒置的锥形。

该封堵部3位于中空区11中，并具体安装在靠近壳体1的底部位置。该封堵部3大致呈锥形，且与端盖2纵向相对设置。

在一个优选的实施例中，套设部4套设在端盖2与封堵部3的外周壁位置，从而，在端盖2与封堵部3之间构造有容纳区41。该容纳区41用于容纳要监测的岩心样品6。由于整个釜体组件200工作在高温高压的环境下，因而，上述端盖2、封堵部3以及套设部4均应当具有一定的耐高温和耐高压的能力。因而，该端盖2、封堵部3以及套设部4均由耐高温和耐高压材质制造而成。其中，该套设部4还应当具有一定的弹性，能够通过自身的张紧力牢固地套设在端盖2和封堵部3的外周壁上。这样，在监测过程中，避免由于监测的时间较长，该套设部4因自身的张紧力减弱而发生松动的弊端。

在一个优选的实施例中，封堵部3的上端面与岩心样品6的底端面相抵接，从而，为岩心样品6提供轴向向上的压力。同时，也起到了支撑和固定岩心样品6的作用。

在一个优选的实施例中，在套设部4的外周壁上沿周向和径向均间隔设置有压力支撑部42。该压力支撑部42大致呈方形、矩形或柱形。该压力支撑部42的一端朝容纳区41开口，并与容纳区41相连通，另一端朝背离容纳区41开口。

在一个优选的实施例中，在每个压力支撑部42中均安装有一个压力监测部5。该压力监测部5的设置，能够真实且准确地监测到位于岩心样品6不同方向的压力传递情况，根据监测到的压力传递情况，判断出由该岩心样品6制造而成的井壁的稳定性情况。

如图2和图3所示，在一个优选的实施例中，压力支撑部42分别沿套设部4的径向和轴向等间距设置。该压力支撑部42的具体设计个数可根据具体的压力监测情况来确定。在本申请的实施例中，该压力支撑部42可在套设部4的外周壁上分布有三横三纵共九个。其中，三纵指在套设部4的轴向上且在岩心样品6的长度范围内等距分布有三个。三横指在套设部4的径向呈120度等距分布。这样便可有效地监测岩心样品6的压力传递情况，克服了在岩心样品6的轴向上且不在裂缝方位上的单一压力测点无法监测到压力传递值的弊端。

在本申请的实施例中，该围压泵组件300为釜体组件200提供高压环境。即在围压泵组件300的作用下，能够向套设部4和壳体1之间的空间中注入液体，当液体注满套设部4与壳体1之间的空间(中空区11的部分空间)后，利用该围压泵组件300对注入的液体加压，直到该空间压力达到第一预定压力值，则表明已满足高压的环境，便停止对注入液体的加压。此时，该空间中的压力能够真实地模拟地层的覆压力情况。在本申请的实施例中，当上述空间压力在大于等于30MPa且小于等于90MPa时，则表明已经满足监测的高压环境。在一个具体的示例中，该空间压力的最优值例如可为60MPa。

在一个优选的实施例中，压力监测部5与岩心样品6相接触的表面为光滑过渡面51。这样，在上述围压泵组件300的作用下，使得该套设部4受到径向向内的压力，从而，使得压力监测部5能够与岩心样品6的侧表面相贴合。另外，由于该压力监测部5与岩心样品6相接触的表面为光滑过渡面51。从而，会使得压力监测部5与岩心样品6之间的接触更加紧密，避免了两者之间有缝隙的存在。进一步地，避免了因在压力监测部5与岩心样品6之间存有缝隙或距离，而使得连接两者的测压管线因自身带有测压阻力，导致无法真实反映出岩心样品6的表面压力传递情况的弊端。

在一个优选的实施例中，釜体组件200还包括加热件7。该加热件7固定安装在壳体1的内周壁位置。该加热件7例如可直接镶嵌在壳体1的内周壁位置或通过螺钉紧固在壳体1的内周壁位置。该加热件7的设置，能够使得该中空区11加热到预定温度，从而使得该中空区11满足高温的环境。该加热件7设计的个数可根据需要加热到的温度的高低来具体确定。在本申请的实施例中，该加热件7沿壳体1的内周壁等间距设置，这样，便使得该中空区11能够具有均匀的加热温度，避免因产生一处温度高而另一处温度地，从而导致影响监测结果的弊端。

在本申请的实施例中，该中空区11的温度范围在大于等于50度且小于等于100度时，表明该中空区11已经满足了高温的要求。在一个具体的示例中，该中空区11的温度例如可为50度、60度、70度或80度。

在本申请的实施例中，在壳体1的内周壁上还开设有降温通道(图中未示出)。该降温通道例如可与前述加热件7间隔设置，即在每相邻两个加热件7之间开设有一个降温通道。这样便能很好地达到降温的目的，使得壳体1内部的温度能够以较快的速度降到需要温度。从而，为下一次的岩心样品6在不同方位上的孔隙压力的监测节省了时间。

在一个优选的实施例中，该釜体组件200还包括进气管路8。该进气管路8一端固定在端盖2中，另一端穿入中空区11并固定在封堵部3中。其中，该进气管路8的出气口与容纳区41相连通。在本申请的实施例中，通过使得平流泵组件400与进气管路8相连通，在平流泵组件400的泵送作用下，实现向容纳区41中注入气体的目的。这样，当该容纳区41中的第二预定压力达到小于或接近中空区11的第一预定压力时，则表明该容纳区41中的压力已满足监测要求。向该容纳区41中注入气体的目的在于，能够真实地模拟处于地层中岩心样品6所受到的地层压力情况。

在一个优选的实施例中，该端盖2中对称式设有进液通道21和排液通道22。其中，进液通道21和排液通道22均与容纳区41相连通。通过向进液通道21中注入带有压力的循环流体，使得该循环流体进入容纳区41中后，一部分经排液通道22输出，而另一部分则渗入到岩心样品6中，实现模拟地层流体压力在岩心样品6(含裂缝的泥页岩心)中的动、静态压力的传递情况。此时，再利用压力监测部5测出压力的变化梯度。

在一个优选的实施例中，每个压力监测部5中均开设有测压通道52，该测压通道52与容纳区41相连通。这样，在向上述进液通道21中注入带压的循环流体时，渗入到岩心样品6中的循环流体进入到该测压通道52后，该压力监测部5会监测出此时该处的压力值，并将该压力值以压力信号的形式传递给如下所述的信号采集件9。

在一个优选的实施例中，该釜体组件200还包括与每个压力监测部5为电连接的信号采集件9。该信号采集件9例如可通过螺钉固定安装在端盖2的底壁位置。该信号采集件9可用来将压力信号转化为电信号。即该信号采集件9能够将每个压力监测部5监测到的代表压力值的压力信号转化为电信号输出。

在一个优选的实施例中，该釜体组件200还包括与信号采集件9为电连接的引线件10。该引线件10固定安装在端盖2中，该引线件10可为高温高压引线器。该引线件10具有耐高温和耐高压的特性，因而能够保证信号采集件10转化成的电信号顺利地输出到地上的数据采集***(图中未示出)中，从而完成该部分的多截面多测点的孔隙压力传递的实时监测。

根据本发明的第一示例，该釜体组件200的具体工作过程为，首先，利用围压泵组件300向套设部4与壳体1之间的空间注入液体，当液体被注满整个空间后，再利用围压泵组件300对注入的液体进行加压，直到该空间压力达到第一预定压力值，则表明已满足高压环境，此时便停止对注入液体的继续加压。该空间压力的预定值为大于等于30MPa且小于等于90MPa。此时该空间的压力值已满足地层覆压力值的模拟条件。

其次，在平流泵组件400的作用下，实现气体通过进气管路8进入到容纳区41中。当气体注入到该容纳区41中的第二预定压力小于或接近中空区11的第一预定压力时，则表明该容纳区41中的压力已满足监测要求。此时该容纳区41中的压力值可真实反应处于地层中的岩心样品6所受到的地层压力情况。

然后，通过向进液通道21中注入带有一定压力的循环流体，使得该循环流体一部分从排液通道22中输出，另一部分则渗入到岩心样品6中。注入循环流体的目的在于能够真实地模拟地层流体压力在岩心样品6(含裂缝的泥页岩心)中的动、静态压力的传递情况，从而实现对岩心样品6多截面多测点动态压力传递的实时监测的目的。

最后，该评价装置根据已经测得的多截面的孔隙压力的分布情况，便可确定出含裂缝泥页岩地层流体压力的穿透规律及周期，从而实现对含裂缝泥页岩地层流体压力的稳定性评价。

综上所述，该评价装置具有有效监测位于岩心样品6不同方向上的压力传递情况，从而实现对岩心样品6(含裂缝泥页岩)稳定性评价的优点，以及还具有结构简单、可靠、监测结果准确和准确判断井壁稳定性的优点。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (14)

1.一种用于岩心样品的稳定性评价装置，包括：

内部安装有承载板的柜体，所述承载板将所述柜体分成第一安装区和第二安装区；

在所述承载板上固定安装有用于测量岩心样品位于不同方位的孔隙压力的釜体组件；

在所述第二安装区中分别设置有围压泵组件和平流泵组件，其中，所述围压泵组件与所述釜体组件相连通，用于提供给所述釜体组件第一预定压力，所述平流泵组件与所述釜体组件相连通，用于提供给所述岩心样品第二预定压力。

2.根据权利要求1所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述釜体组件包括内部具有中空区，且位于所述第二安装区的壳体，固定安装在所述壳体的上端口位置的端盖和位于所述中空区并接近所述壳体底部位置的封堵部。

3.根据权利要求2所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述釜体组件还包括套设在所述端盖与所述封堵部的外周壁位置以构造成用于容纳所述岩心样品的容纳区的套设部。

4.根据权利要求3所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，在所述套设部的外周壁上沿周向和径向均间隔设有压力支撑部。

5.根据权利要求4所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，对应安装在所述压力支撑部中，用以监测在不同方向上所述岩心样品的压力传递大小的压力监测部。

6.根据权利要求4所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述压力支撑部分别沿所述套设部的径向和轴向等间距设置。

7.根据权利要求5所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述压力监测部与所述岩心样品相接触的表面为光滑过渡面。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述釜体组件还包括固定安装在所述壳体的内周壁位置以将所述中空区加热到预定温度的加热件。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述釜体组件还包括一端固定在所述端盖中，另一端穿入所述中空区并固定在所述封堵部中，以向所述容纳区中注入气体的进气管路。

10.根据权利要求5所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，每个所述压力监测部中均开设有与所述容纳区相连通的测压通道。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述釜体组件还包括分别与每个所述压力监测部为电连接且用于将压力信号转化为电信号的信号采集件。

12.根据权利要求11所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述釜体组件还包括与所述信号采集件为电连接的引线件。

13.根据权利要求3至12中任一项所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述端盖中对称式设有均与所述容纳区相连通的进液通道和排液通道。

14.根据权利要求2所述的用于岩心样品的稳定性评价装置，其特征在于，所述封堵部的上端面与所述岩心样品的底端面相抵接。