CN206208684U - 一种定量测定泥页岩结合水与力学参数的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种定量测定泥页岩结合水与力学参数的实验装置，属于油气田开发技术领域，由活度控制箱、数据处理***和结合水与力学参数测量单元装置组成，所述活度控制箱包括无机盐溶液、隔箱、搅拌器、空气压缩机、调压阀、压力表；所述数据处理***包括数据采集器、工作区；所述结合水和力学参数测量单元装置包括围压***、高温高压加持***、压力室、加热套、底座、胶圈、上盖、样品区、活塞、压力传感器、应变仪、荷重传感器。本实用新型能够在室内有效控制吸附环境，精确的同时测量并连续记录不同活度条件下多个样品的数据，获得样品吸附结合水类型及含量与力学参数连续变化的过程。

Description

一种定量测定泥页岩结合水与力学参数的实验装置

技术领域

本实用新型属于油气田开发技术领域，特别涉及一种能自动记录处理数据的定量测定泥页岩结合水与力学参数的实验装置。

背景技术

井壁失稳问题一直是钻井工程中一个世界性的难题，从20世纪40年代起就开始进行研究。由于泥页岩地层的特殊性，钻井过程中90％以上的井壁失稳问题发生在泥页岩地层，因此泥岩地层稳定性是井壁稳定性研究的主要内容。泥页岩井壁失稳问题，经过国内外很多学者几十年的艰苦研究，已经形成了一套***的研究方法。考虑到井壁失稳机理，其整体的研究思路是从刚开始的纯力学理论研究，到力学与化学耦合的实验研究，再到力学-化学-热力学耦合研究，前人做出了很多贡献。到目前为止，大多数学着采用结合力学与化学两方面定量化的方法来研究泥岩稳定性问题。21世纪初期，Lomba，Chenevert以及Sharma等人利用唯象规律，通过不可逆传递过程的“流”与“力”的耦合，将水力-电化学耦合起来。至此，真正多场耦合的数学模型开始建立。而在考虑水化对泥页岩井壁稳定性影响研究中，前人只在宏观层面考虑含水量对岩石力学参数的影响，且实验过程分步进行没有连续性，这就使得在实验过程中难以避免的存在操作误差。尽管随后的研究者提出大量模型，但由于问题的高度复杂性，已有研究成果并不一致，而且每一种理论都有明显缺陷。泥岩水化问题的力学与化学耦合需要更为逼近真实的理论基础，也需要进一步深化的机理研究。对此有研究提出水化对井壁稳定性的影响分为强结合水、弱结合水、自由水含量对力学参数影响得结论，但并没有设计成套的装置对此进行分析，实验设计同样没有连续性。本实用新型从微观层面出发，结合水化机理，考虑到水化对井壁稳定性的影响分为强结合水、弱结合水、自由水含量对力学参数的影响。通过设计一套可定量测定粘土含水与力学参数的实验装置，测取不同结合水含量及类型与力学参数的定量化关系，进而分析水化对井壁稳定性影响的主要作用机制。

目前国内外实验室通常使用的泥页岩吸附量测定仪器、三轴试验仪器测量的方法分别对实验对象进行研究，无法适应连续测量样品吸附量及三轴试验的实验要求。国内相关专利如《一种定量测定黏土结合水的方法》(CN104297096A)，只能分析强结合水和弱结合水的测试，但并未与力学参数衔接；《一种定量测定黏土结合水含量的方法》(CN104297096B)，在其实施方式中同样提到了强结合水和弱结合水的测试，但并未提到本实用新型所采用的装置来进行测量。《非常规油气储集层岩石力学特征分析仪》(CN103868799A)，在其方案中公布了一种可以用来进行力学测试的装置，可以进行本实用新型理学部分所要进行的实验内容，但不能进行活度测试；《软岩三轴实验装置》(CN204389307U)，只能分析泥页岩样品力学参数，并未与吸附水量衔接。

因此，研发一种具有多种用途，能精确的同时测量并连续记录不同活度条件下泥页岩吸附结合水类型及含量与力学参数的实验装置，可以减小人为误差与不确定因素的影响，提高实验结果的精确度，获得样品结合水量与力学参数连续变化的过程。同时减少了实验人员的工作量，大大节约实验耗时。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种定量测定泥页岩结合水与力学参数的实验装置及配套软件，该装置能够通过溶液以及气氛动态循环器，有效控制工作区内的气体活度(湿度)。利用该装置内结合水与力学参数测量的单元装置，连续精确测量其中两个样品区的样品结合水量及力学参数并记录，从而获得整个吸附过程的重量及力学参数的变化曲线，提供样品在不同活度情况下的吸附情况及力学情况。

本实用新型采用的技术方案：

一种定量测定泥页岩结合水与力学参数的实验装置，由活度控制箱、数据处理***、结合水与力学参数测量单元装置组成，所述活度控制箱包括隔箱、搅拌器、空气压缩机、调压阀、压力表；所述隔箱安装在活度控制箱左侧，隔箱内放置有无机盐溶液，用以制造活度气氛；空气压缩机置于隔箱右侧，用以对活度气氛进行加压，其压力由调压阀调节并在压力表上显示；活度控制箱右侧上方和下方分别设有带管线的进气孔和出气孔，出气孔外管线连接有1#调压阀，1#调压阀上设有1#压力计；

所述结合水与力学参数测量单元装置由高温高压夹持***、围压***组成；高温高压加持***包括压力室、加热套、底座、胶圈、岩样、上盖、活塞、压力传感器、应变仪、荷重传感器，所述岩样有2个，分别置于胶圈中，并安装到底座与活塞之间，底座设有两个圆形突台，其中胶圈下端套设在底座的突台上，上端套设在活塞下端，岩样上侧活塞处连接荷重传感器，用以测量应力，样品下侧连接压力传感器、应变仪，用以测量吸附水量及岩样应变；样品下侧还设有两条线路，分别连接活度控制箱右侧的进气孔和出气孔；围压***由氮气瓶、2#调压阀、2#压力表组成，氮气瓶通过2#调压阀连接到底座通入压力室内，2#调压阀上设有2#压力表；

所述数据处理***为集成电路，由数据采集器及电脑组成；数据采集器有6个数据线接口，分别接两个样品区的2个荷重传感器、2个压力传感器、2个应变仪，数据采集器与电脑之间设有传输线路。

所述高温高压夹持***与活度控制箱之间，以及氮气瓶与底座之间的连接为管线连接，使其气相可以相互交换；所述2个荷重传感器、2个压力传感器、2个应变仪与数据采集器之间采用信号传输线连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型可同时定量测定不同含水类型(强结合水、弱结合水、自由水)，以及含水量对力学参数的影响，并分析对力学参数影响最大的因素，进而评价水化对井壁稳定性影响的本质，本装置方便快捷、操作简单、精确度较高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：1、活度控制箱，2、隔箱，3、无机盐溶液，4、搅拌器，5、空气压缩机，6、1#调压阀，7、1#压力表，8、底座，9、胶圈，10、样品区，11、上盖，12、活塞，13、压力传感器，14、应变仪，15、压力室，16、加热套，17、氮气瓶，18、荷重传感器，19、2#调压阀，20、2#压力表，21、数据采集器，22、电脑。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种定量测定泥页岩结合水与力学参数的实验装置，由活度控制箱1、隔箱2、无机盐溶液3、搅拌器4、空气压缩机5、1#调压阀6、1#压力表7，底座8、胶圈9、样品区10、上盖11、活塞12、压力传感器13、应变仪14、压力室15、加热套16、氮气瓶17、荷重传感器18、2#调压阀19、2#压力表20，数据采集器21，电脑22组成。所述活度控制箱1内设有无机盐溶液3、搅拌器4、空气压缩5，无机盐溶液3中***搅拌器4，进气口和出气口连接样品区10及压力室15，岩样10置于胶圈9及活塞12之间且与压力传感器13、应变仪14、荷重传感器17连接，调压阀20处与压力室15连接，数据采集器22与压力传感器13、应变仪14、荷重传感器17连接。

本实用新型所述组成零部件和仪表等，均为市面可购得产品，其电路连接模式、密封方法等，也都是常规方法，无特别要求，在测定值范围内，更换不同型号的产品，并不影响实验效果。

使用本实用新型进行测试时，步骤如下：

将岩样10置于胶圈9中，然后将2个胶圈9下端分别套到2个底座8的凸台上，调节活塞12塞入胶圈9，使岩样10固定住，打开搅拌器4及空气压缩机5，调节调压阀6在压力表7上读数到设定值，同时调节2#调压阀19在2#压力表20上读数到设定值，打开电脑22开关，***自动控制数据采集器21，采集数据并在电脑22显示，至此完成强结合水、弱结合水与力学参数的测量。

上述步骤中，在打开搅拌机4搅拌无机盐溶液3时，便不断的有气氛存在于活度控制箱1内，通过空气压缩机5对这些活度气氛进行压缩后通入压力室15内，随后在高温高压***中通过设定不同的温度值以实现多个活度的控制测量，以此便能精确的同时测量并连续记录不同温度下多个活度多个样品的数据，获得样品强、弱结合水含量及力学参数连续变化的过程。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，本实用新型并不局限于上述方式，在不脱离本实用新型原理的前提下，还能进一步改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种定量测定泥页岩结合水与力学参数的实验装置，其特征在于，由活度控制箱、数据处理***、结合水与力学参数测量单元装置组成；所述活度控制箱包括隔箱、搅拌器、空气压缩机、调压阀、压力表；所述隔箱安装在活度控制箱左侧，隔箱内放置有无机盐溶液，用以制造活度气氛；空气压缩机置于隔箱右侧，用以对活度气氛进行加压，其压力由调压阀调节并在压力表上显示；活度控制箱右侧上方和下方分别设有带管线的进气孔和出气孔，出气孔外管线连接有1#调压阀，1#调压阀上设有1#压力计；

所述结合水与力学参数测量单元装置由高温高压夹持***、围压***组成；高温高压加持***包括压力室、加热套、底座、胶圈、岩样、上盖、活塞、压力传感器、应变仪、荷重传感器，所述岩样有2个，分别置于胶圈中，并安装到底座与活塞之间，底座设有两个圆形突台，其中胶圈下端套设在底座的突台上，上端套设在活塞下端，岩样上侧活塞处连接荷重传感器，用以测量应力，样品下侧连接压力传感器、应变仪，用以测量吸附水量及岩样应变；样品下侧还设有两条线路，分别连接活度控制箱右侧的进气孔和出气孔；围压***由氮气瓶、2#调压阀、2#压力表组成，氮气瓶通过2#调压阀连接到底座通入压力室内，2#调压阀上设有2#压力表；

所述数据处理***为集成电路，由数据采集器及电脑组成；数据采集器有6个数据线接口，分别接两个样品区的2个荷重传感器、2个压力传感器、2个应变仪，数据采集器与电脑之间设有传输线路。

2.权利要求1所述的一种定量测定泥页岩结合水与力学参数的实验装置，其特征在于：所述高温高压夹持***与活度控制箱之间，以及氮气瓶与底座之间的连接为管线连接，使其气相可以相互交换；所述2个荷重传感器、2个压力传感器、2个应变仪与数据采集器之间采用信号传输线连接。