CN113803009B - 一种用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其包括底部油缸，底部油缸的上端固定设置有岩芯舱，底部油缸的活塞杆伸入岩芯舱内，且活塞杆的端部设置有岩样座，岩芯舱的上端设置有中部端盖，中部端盖的上端依次设置有第一钻杆舱、第二钻杆舱和第三钻杆舱，中部端盖与第一钻杆舱之间、第一钻杆舱与第二钻杆舱之间、第二钻杆舱与第三钻杆舱之间均通过固定卡扣结构连接；第三钻杆舱的上端通过上端盖封装。本方案可以在室内模拟深地高温高压环境，给深部原位保真取芯***提供模拟岩体样本，实现保真取芯器在模拟试验舱中钻取保真岩芯室内实验模拟。
Description
技术领域
本发明涉及深部原位取芯技术领域，具体涉及一种用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱。
背景技术
与欧美国家资源普遍埋深小于2000m不同，我国70％以上的资源埋深超过 2000m且浅部资源逐渐枯竭，并以每年超过10m的速度向深部延伸。油气资源开采深度已经达到8418m，我国石油对外依存度高达67％(2017年)，已远超国际公认的能源安全警戒线(50％)。
在整套深部原位取芯***应用于现场科学钻探前，需要事先在室内开展实验模拟以有效验证设备的可行性和进行相关参数的校准，目前这方面技术国内外仍处于空白。在地上对整套深部原位取芯***进行相关参数的校准和试验时，需要在地上模拟出地下深部原位的岩层特征，确保模拟和校准的精度。但是，在对整套深部原位取芯***进行校准和试验时，需要搭建一套稳定的模拟舱，确保岩样在模拟舱内能模拟出真实的地下环境。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种结构稳定的用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其包括底部油缸，底部油缸的上端固定设置有岩芯舱，底部油缸的活塞杆伸入岩芯舱内，且活塞杆的端部设置有岩样座，岩芯舱的上端设置有中部端盖，中部端盖的上端依次设置有第一钻杆舱、第二钻杆舱和第三钻杆舱，中部端盖与第一钻杆舱之间、第一钻杆舱与第二钻杆舱之间、第二钻杆舱与第三钻杆舱之间均通过固定卡扣结构连接；
第三钻杆舱的上端通过上端盖封装，中部端盖的下端设置有岩样压块，岩样压块、第一钻杆舱、第二钻杆舱、第三钻杆舱和中部端盖内均开设有与岩芯舱导通的试压通道，上端盖上开设有与试压通道连通的检测通道，检测通道的上端设置有连接口。
进一步地，第一钻杆舱和第三钻杆舱的侧面分别设置有出水通道和进水通道。
进一步地，岩芯舱的下端设置有凸出的第一固定环，底部油缸的上端设置有凸出的第二固定环，第一固定环和第二固定环之间通过C形的第一卡扣连接，第一卡扣的外侧面设置有环形的限位槽。
进一步地，第一固定环的下表面与第二固定环的上表面之间设置有第一限位块，且第一限位块设置于第一固定环的下表面和第二固定环的上表面开设的第一卡槽内。
进一步地，中部端盖的下表面设置有环形的凹槽，凹槽的中部设置有突出部，突出部***岩样压块上表面设置有插槽内，岩样压块与岩芯舱的内壁之间设置有间隙，岩芯舱的上表面设置有凸环，凸环***凹槽内，中部端盖的下表面与岩芯舱的上表面之间设置有第二限位块，第二限位块设置于中部端盖的下表面和岩芯舱的上表面上开设的第二卡槽内。
进一步地，突出部的侧面与凹槽的侧面之间、凸环的侧面与凹槽的侧面之间均设置有若干密封圈。
进一步地，中部端盖、第一钻杆舱、第二钻杆舱和第三钻杆舱的上端均设置有凸出的第三固定环，第一钻杆舱、第二钻杆舱、第三钻杆舱和上端盖的下端均设置有凸出的第四固定环，第三固定环与第四固定环之间通过C形的第二卡扣连接；第三固定环的上端设置有凸台，第四固定环的下表面设置有插槽，凸台***插槽内，第二卡扣的外侧面设置有环形的限位槽。
进一步地，岩样座为上大下小的阶梯轴结构，岩样座的上表面设置有渗水口，渗水口通过L形的渗水通道与岩样座下端的出水口连接。
本发明的有益效果为：本方案可以在室内模拟深地高温高压环境，给深部原位保真取芯***提供模拟岩体样本，实现保真取芯器在模拟试验舱中钻取保真岩芯室内实验模拟，确保深部原位取芯***在应用于现场科学钻探前得到有效验证和校准，对探知深地环境、研究深部岩体力学行为造成不利的问题。
本方案通过将岩样装在岩芯舱内，通过向岩芯舱内施加适合的压力和温度环境，在岩芯舱内实现了地层某一深度所处赋存环境特征(原位压力、温度、孔压)的重构、自动调节和长期保持，使得预设的深度环境(温度、压力等)在岩样的内部空间尺度上具备均布性、时间尺度上具备平衡性和可控性。
附图说明
图1为用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱的剖视图。
图2为岩芯舱的结构图。
图3为第一钻杆舱和第二钻杆舱的连接结构图。
图4为第三钻杆舱与上端盖的结构图。
其中，1、上端盖，2、进水通道，3、第三钻杆舱，4、第四固定环，5、第二钻杆舱，6、出水通道，7、第一钻杆舱，8、中部端盖，9、岩样压块，10、岩样座，11、岩芯舱，12、底部油缸，13、第一限位块，14、第一卡扣，15、限位槽，16、渗水口，17、间隙，18、突出部，19、凸环，20、第三固定环， 21、凸台。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1至图4所示，本方案的用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其包括底部油缸12，底部油缸12的上端固定设置有岩芯舱11，底部油缸12的活塞杆伸入岩芯舱11内，且活塞杆的端部设置有岩样座10，岩芯舱11的上端设置有中部端盖8，中部端盖8的上端依次设置有第一钻杆舱7、第二钻杆舱5 和第三钻杆舱3，中部端盖8与第一钻杆舱7之间、第一钻杆舱7与第二钻杆舱 5之间、第二钻杆舱5与第三钻杆舱3之间均通过固定卡扣结构连接。
第三钻杆舱3的上端通过上端盖1封装，中部端盖8的下端设置有岩样压块9，岩样压块9、第一钻杆舱7、第二钻杆舱5、第三钻杆舱3和中部端盖8 内均开设有与岩芯舱11导通的试压通道，上端盖1上开设有与试压通道连通的检测通道，检测通道的上端设置有连接口，检测通道用于连接压力测试传感器，对压力进行检查。
本方案可以在室内模拟深地高温高压环境，给深部原位保真取芯***提供模拟岩体样本，实现保真取芯器在模拟试验舱中钻取保真岩芯室内实验模拟，确保深部原位取芯***在应用于现场科学钻探前得到有效验证和校准，对探知深地环境、研究深部岩体力学行为造成不利的问题。
本方案通过将岩样装在岩芯舱11内，通过向岩芯舱11内施加适合的压力和温度环境，在岩芯舱11内实现了地层某一深度所处赋存环境特征(原位压力、温度、孔压)的重构、自动调节和长期保持，使得预设的深度环境(温度、压力等)在岩样的内部空间尺度上具备均布性、时间尺度上具备平衡性和可控性。
第一钻杆舱7和第三钻杆舱3的侧面分别设置有出水通道6和进水通道2。
岩芯舱11内可安装耐高温内置声发射传感器12个，耐高温超声波纵横波传感器2组，流体流出、流入管路(流体注入泵工作压力140MP)，LVDT轴向变形监测器(量程：0.1～4英寸、重复误差：＜0.6微米)等多种测试工具。
岩芯舱11的下端设置有凸出的第一固定环，底部油缸12的上端设置有凸出的第二固定环，第一固定环和第二固定环之间通过C形的第一卡扣14连接，第一卡扣14的外侧面设置有环形的限位槽15。
四段钻杆舱的分节设计是在保证整体结构强度足够的前提下，便于实现保真取芯后快速拆卸的最优设计方案。需要说明的是，在第三钻杆舱3中段设计有进水通道2，在第一钻杆舱7中段设计有出水通道6，两者经钻杆舱内部连通，水流经过管路，一方面可以控制上下压强差提供驱动保真取芯器钻取岩芯的动力，另一方面可以冲走钻取岩芯过程中产生的岩屑提高试验的安全性。
第一固定环的下表面与第二固定环的上表面之间设置有第一限位块13，且第一限位块13设置于第一固定环的下表面和第二固定环的上表面开设的第一卡槽内，避免出现相对旋转。
中部端盖8的下表面设置有环形的凹槽，凹槽的中部设置有突出部18，突出部18***岩样压块9上表面设置有插槽内，岩样压块9与岩芯舱11的内壁之间设置有间隙17，岩芯舱11的上表面设置有凸环19，凸环19***凹槽内，中部端盖8的下表面与岩芯舱11的上表面之间设置有第二限位块，第二限位块设置于中部端盖8的下表面和岩芯舱11的上表面上开设的第二卡槽内。
突出部18的侧面与凹槽的侧面之间、凸环19的侧面与凹槽的侧面之间均设置有若干密封圈，提供足够的密封。
中部端盖8、第一钻杆舱7、第二钻杆舱5和第三钻杆舱3的上端均设置有凸出的第三固定环20，第一钻杆舱7、第二钻杆舱5、第三钻杆舱3和上端盖1 的下端均设置有凸出的第四固定环4，第三固定环20与第四固定环4之间通过 C形的第二卡扣连接；第三固定环20的上端设置有凸台21，第四固定环4的下表面设置有插槽，凸台21***插槽内，第二卡扣的外侧面设置有环形的限位槽 15，在确保足够的结构强度的同时，实现快速组装和拆卸。
岩样座10为上大下小的阶梯轴结构，岩样座10的上表面设置有渗水口16，渗水口16通过L形的渗水通道与岩样座10下端的出水口连接。岩样座10整体采用上部直径大、下部直径小的设计，在结构上实现了变径。其中下部采用包覆结构设计，使结构稳固，在保真取芯时达到防转的效果，上表面设计有渗水口16，使得在试验过程中岩样下表面孔压和其他表面保持平衡。
Claims (7)
1.一种用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其特征在于，包括底部油缸，所述底部油缸的上端固定设置有岩芯舱，所述底部油缸的活塞杆伸入岩芯舱内，且活塞杆的端部设置有岩样座，所述岩芯舱的上端设置有中部端盖，所述中部端盖的上端依次设置有第一钻杆舱、第二钻杆舱和第三钻杆舱，所述中部端盖与第一钻杆舱之间、第一钻杆舱与第二钻杆舱之间、第二钻杆舱与第三钻杆舱之间均通过固定卡扣结构连接；
所述第三钻杆舱的上端通过上端盖封装，所述中部端盖的下端设置有岩样压块，所述岩样压块、第一钻杆舱、第二钻杆舱、第三钻杆舱和中部端盖内均开设有与岩芯舱导通的试压通道，所述上端盖上开设有与试压通道连通的检测通道，所述检测通道的上端设置有连接口；
所述中部端盖的下表面设置有环形的凹槽，所述凹槽的中部设置有突出部，所述突出部***岩样压块上表面设置有插槽内，所述岩样压块与岩芯舱的内壁之间设置有间隙，所述岩芯舱的上表面设置有凸环，所述凸环***凹槽内，所述中部端盖的下表面与岩芯舱的上表面之间设置有第二限位块，所述第二限位块设置于中部端盖的下表面和岩芯舱的上表面上开设的第二卡槽内。
2.根据权利要求1所述的用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其特征在于，所述第一钻杆舱和第三钻杆舱的侧面分别设置有出水通道和进水通道。
3.根据权利要求1所述的用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其特征在于，所述岩芯舱的下端设置有凸出的第一固定环，所述底部油缸的上端设置有凸出的第二固定环，所述第一固定环和第二固定环之间通过C形的第一卡扣连接，所述第一卡扣的外侧面设置有环形的限位槽。
4.根据权利要求3所述的用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其特征在于，所述第一固定环的下表面与第二固定环的上表面之间设置有第一限位块，且第一限位块设置于第一固定环的下表面和第二固定环的上表面开设的第一卡槽内。
5.根据权利要求1所述的用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其特征在于，所述突出部的侧面与凹槽的侧面之间、凸环的侧面与凹槽的侧面之间均设置有若干密封圈。
6.根据权利要求1所述的用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其特征在于，所述中部端盖、第一钻杆舱、第二钻杆舱和第三钻杆舱的上端均设置有凸出的第三固定环，所述第一钻杆舱、第二钻杆舱、第三钻杆舱和上端盖的下端均设置有凸出的第四固定环，所述第三固定环与第四固定环之间通过C形的第二卡扣连接；所述第三固定环的上端设置有凸台，所述第四固定环的下表面设置有插槽，所述凸台***插槽内，所述第二卡扣的外侧面也设置有环形的限位槽。
7.根据权利要求6所述的用于大型率定岩样的高温高压环境模拟舱，其特征在于，所述岩样座为上大下小的阶梯轴结构，所述岩样座的上表面设置有渗水口，所述渗水口通过L形的渗水通道与岩样座下端的出水口连接。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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