CN113848163A - 高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器 - Google Patents

高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器 Download PDF

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赵建华
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唐生荣
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Abstract

本发明公开了一种高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器，属于油气储层评价测试仪器领域。包括壳体、加压装置、密封装置以及导流装置。加压装置包括轴向压头和水平压头，轴向压头包括与岩石样品顶面和底面抵接的2个轴向压头。水平压头包括与岩石样品各侧面抵接的若干水平压头。PEFT热缩管套设于2个轴向压头与岩石样品外。导流装置包括环形导流槽与导流管，环形导流槽与设置于轴向压头上的导流孔连通，导流孔设于轴向压头与岩石样品的接触面上，导流管与环形导流槽连通。本发明解决了现有岩心夹持器不能模拟高温和高孔隙压力的地层条件的问题，能够模拟真实地层高温、高压、真三轴应力下孔隙度渗透率测试条件，测试结果更加准确。

Description

高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器
技术领域
本发明属于油气储层评价测试仪器领域，尤其涉及高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器。
背景技术
准确测定油气储层的孔隙度和渗透率是油气储层评价的关键，岩心夹持器是完成岩石孔隙度渗透率测试实验核心装置。模拟地层高温高压和应力条件下岩心物理参数的测量技术是全球范围内岩心分析领域的发展趋势，这对岩心夹持器的设计提出了新的挑战。
目前，岩石孔隙度渗透率测试主要是基于围压或者围压和轴压条件下进行，尽管有部分真三轴应力状态下测试，但仍不能满足模拟高温和高孔隙压力的地层条件。中国专利CN205103247U公开了一种真三轴岩心夹持器，受控于岩石样品和压头之间的密封性而导致其不能满足模拟高温和高孔隙压力的地层条件；中国专利CN111443026A公开了一种真三轴三向渗流岩心夹持器，该夹持器采用六向密封套，但其无法实现围压流体的加载，而且只能利用气体渗流测定渗透率。
发明内容
本发明的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
本发明提出一种高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器，解决了现有岩心夹持器不能满足模拟高温和高孔隙压力的地层条件的技术问题，具有能够模拟真实地层高温、高压、真三轴应力下孔隙度渗透率测试条件，测试结果更加准确的特点。
本发明公开了一种高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器，用于高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试，包括壳体、加压装置、密封装置以及导流装置；
所述加压装置进一步包括
轴向压头，包括与岩石样品顶面和底面抵接的2个轴向压头；
水平压头，包括与所述岩石样品各侧面抵接的若干水平压头，所述水平压头的数量与所述岩石样品的侧面数量相同；
所述密封装置为
热缩管，套设于2个所述轴向压头与所述岩石样品外；
导流装置进一步包括
环形导流槽，与设置于所述轴向压头上的导流孔连通，所述导流孔设于所述轴向压头与所述岩石样品的接触面上；
导流管，与所述环形导流槽连通；
所述壳体、所述岩石样品、所述加压装置以及所述密封装置围成封闭空间，用于注入流体。
在其中一些实施例中，所述岩石样品为各棱角经过圆化处理后的立方体形状，所述水平压头的数量为4个。
在其中一些实施例中，所述轴向压头远离所述岩石样品的一端设有沿所述轴向压头的外周周向分布的曲面台阶和凹槽。
在其中一些实施例中，所述热缩管材质为PEFT。
在其中一些实施例中，所述轴向压头以及所述水平压头与所述壳体通过法兰连接。
在其中一些实施例中，还包括密封所述轴向压头与所述法兰连接处、以及所述水平压头与所述法兰连接处的密封圈。
在其中一些实施例中，所述导流管及所述环形导流槽穿设于所述轴向压头内。
在其中一些实施例中，还包括高压计量泵，所述高压计量泵进一步包括
第一高压计量泵，数量为1台，与所述轴向压头相连；
第二高压计量泵，数量为2台，分别与对称分布的两对所述水平压头相连；
第三高压计量泵，数量为1台，与所述壳体相连，使所述热缩管外侧充满围压流体；
第四高压计量泵，数量为1台，与所述导流装置相连。
在其中一些实施例中，所述高压计量泵通过轴压柱塞与所述轴向压头及所述水平压头相连。
在其中一些实施例中，所述轴向压头与所述水平压头由接近所述岩心样品一侧的正方形向另一侧由圆形过渡。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器，具有能够模拟真实地层高温、高压、真三轴应力下孔隙度渗透率测试条件，测试结果更加准确的特点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所提供的岩心夹持器的结构剖面图；
图2为本发明实施例所提供的岩心夹持器的轴向压头与岩石样品的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的岩心夹持器的导流孔与环形导流槽的立体图；
图4为本发明实施例所提供的岩心夹持器的导流孔与环形导流槽的结构示意图；
附图说明：1、轴向压头；2、水平压头；3、热缩管；4、环形导流槽；5、导流管；6、法兰；7、壳体；8、岩石样品；9、曲面台阶；10、凹槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本发明应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本发明揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。
在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本发明所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本发明所涉及的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本发明所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本发明所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本发明所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本发明所涉及的术语“第一”、“第二”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
本发明实施例提供了一种高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器，图1为根据本发明实施例的岩心夹持器的剖面示意图。参考图1所示，该岩心夹持器用于高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试，至少包括壳体7、加压装置、密封装置以及导流装置。加压装置进一步包括轴向压头1和水平压头2，用于给岩石样品8提供三轴应力，以模拟岩石样品8在真实地层中所受的地应力。其中，轴向压头1包括与岩石样品8顶面和底面抵接的2个轴向压头1。水平压头2包括与岩石样品8各侧面抵接的若干水平压头2，水平压头2的数量与岩石样品8的侧面数量相同。密封装置为热缩管3，热缩管3套设于2个轴向压头1与岩石样品8外，具体的，如图2所示，2个轴向压头1与中间的立方体岩心样品由热缩管3热处理后密封，配合水平方向的水平压头2可实现真三轴应力加载。导流装置进一步包括环形导流槽4与导流管5，如图3、4所示，环形导流槽4与设置于轴向压头1上的导流孔连通，导流孔设于轴向压头1与岩石样品8的接触面上，导流管5与环形导流槽4连通，可选的，导流管5为金属管，用于岩石内部流体传导。可选的，导流管5及环形导流槽4穿设于轴向压头1内。壳体7、岩石样品8、加压装置以及密封装置围成封闭空间，可选的，壳体7上开设有流体入口和流体出口，用于注入流体。该岩心夹持器通过设置轴向压头1与水平压头2，可以模拟岩石样品8在真实地层中所受的地应力；通过设置导流装置，用于岩石内部流体传导，孔隙压力通过由导流孔将流体注入岩心内部实现，在围压作用下，热处理后热缩管3与岩石样品8之间紧密接触，可避免注入流体沿岩石样品8与热缩管3之间流动，流体通过底部周向压头的导流孔排出，通过计量排出量计算渗透率；封闭空间可用于注入热流体增加围压和对岩心进行加温。该岩心夹持器能够模拟真实地层高温、高压、真三轴应力下孔隙度渗透率测试条件，测试结果更加准确。可选的，热缩管3材质为PEFT，使用热处理后PEFT热缩管3进行密封，原因在于PEFT热缩管3耐受高温(200℃)和高压(100MPa)。
可选的，岩石样品8为各棱角经过圆化处理后的立方体形状，水平压头2的数量为4个，有利于通过热处理后PEFT热缩管3实现岩石样品8和轴向压头1的密封。为了进一步提高密封效果，轴向压头1远离岩石样品8的一端设有沿轴向压头1的外周周向分布的曲面台阶9和凹槽10。
可选的，轴向压头1以及水平压头2与壳体7通过法兰6连接。为了提高连接的密封性，还包括密封轴向压头1与法兰6连接处、以及水平压头2与法兰6连接处的密封圈。
进一步的，还包括高压计量泵，高压计量泵进一步包括第一高压计量泵、第二高压计量泵、第三高压计量泵，以及第四高压计量泵，第一高压计量泵数量为1台，与轴向压头1相连，第二高压计量泵数量为2台，分别与对称分布的两对水平压头2相连，第三高压计量泵数量为1台，与壳体相连，使热缩管外侧充满围压流体，第四高压计量泵数量为1台，与导流装置相连。可选的，高压计量泵通过轴压柱塞与轴向压头1及水平压头2相连。岩石样品8所受轴向压力通过1台高压计量泵对顶部轴压柱塞注压实现，水平方向的应力分别由2台高压计量泵对水平方向上对称轴压柱塞注压实现，可满足三个方向上的应力不相等的条件。通过改变各个计量泵的输出压力或者流量可模拟真实地层高温、高压和应力边界条件下，同时监测岩石样品8应变情况。
进一步的，轴向压头1与水平压头2由接近岩心样品一侧的正方形向另一侧由圆形过渡。
上述岩心夹持器的工作过程为：
轴向压头1与岩石样品8按顺序固定在旋转台上，将PEFT热缩管3包裹在轴向压头1与岩石样品8外侧，利用热风枪对PEFT热缩管3进行加热，边旋转载物台边加热，使PEFT热缩管3受热收缩，按照从上压头到岩心样品8，再到下压头的顺序逐渐加热PEFT热缩管3，加热后的PEFT热缩管3中间部位可贴紧岩心，两端可贴紧方-圆压头，使压头密封台阶更好的起到密封效果，受热变形后的PEFT热缩管3强度厚度增加，增强其抗压强度。
实验过程中利用第一高压计量泵、第二高压计量泵对岩石样品8施加三轴应力，利用第三高压计量泵为PEFT外侧提供围压流体，利用第四高压计量泵连接导流装置，为岩石孔隙内注入孔隙流体，模拟岩石在深部地层中所受地应力、孔隙压力和温度条件。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试用岩心夹持器，用于高温高压真三轴应力下孔隙度渗透率测试，其特征在于：包括壳体、加压装置、密封装置以及导流装置；
所述加压装置进一步包括
轴向压头，包括与岩石样品顶面和底面抵接的2个轴向压头；
水平压头，包括与所述岩石样品各侧面抵接的若干水平压头，所述水平压头的数量与所述岩石样品的侧面数量相同；
所述密封装置为
热缩管，套设于2个所述轴向压头与所述岩石样品外；
导流装置进一步包括
环形导流槽，与设置于所述轴向压头上的导流孔连通，所述导流孔设于所述轴向压头与所述岩石样品的接触面上；
导流管，与所述环形导流槽连通；
所述壳体、所述岩石样品、所述加压装置以及所述密封装置围成封闭空间，用于注入流体。
2.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于：所述岩石样品为各棱角经过圆化处理后的立方体形状，所述水平压头的数量为4个。
3.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于：所述轴向压头远离所述岩石样品的一端设有沿所述轴向压头的外周周向分布的曲面台阶和凹槽。
4.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于：所述热缩管材质为PEFT。
5.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于：所述轴向压头以及所述水平压头与所述壳体通过法兰连接。
6.根据权利要求5所述的岩心夹持器，其特征在于：还包括密封所述轴向压头与所述法兰连接处、以及所述水平压头与所述法兰连接处的密封圈。
7.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于：所述导流管及所述环形导流槽穿设于所述轴向压头内。
8.根据权利要求2所述的岩心夹持器，其特征在于：还包括高压计量泵，所述高压计量泵进一步包括
第一高压计量泵，数量为1台，与所述轴向压头相连；
第二高压计量泵，数量为2台，分别与对称分布的两对所述水平压头相连；
第三高压计量泵，数量为1台，与所述壳体相连，使所述热缩管外侧充满围压流体；
第四高压计量泵，数量为1台，与所述导流装置相连。
9.根据权利要求8所述的岩心夹持器，其特征在于：所述高压计量泵通过轴压柱塞与所述轴向压头及所述水平压头相连。
10.根据权利要求2所述的岩心夹持器，其特征在于：所述轴向压头与所述水平压头由接近所述岩心样品一侧的正方形向另一侧由圆形过渡。
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