專利名稱：長巖心模擬注水試驗系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及石油勘探檢測領域，具體涉及一種長巖心模擬注水試驗系統。
背景技術：
目前常用的巖心模擬注水裝置主要分短巖心和長巖心兩種系統，盡管采用常規短巖心能夠快速評價儲層的敏感特性，并能有效開展注水過程中儲層保護技術的優選和研究，但由于常規短巖心的長度過短，無法準確反應儲層注水過程中的粘土水化膨脹和遷移的過程及特征。為了進一步研究注水過程中的儲層傷害機理，在常規短巖心動態防膨實驗的基礎上，建立了長巖心模擬裝置以及長巖心模擬注水的實驗方法，開展了長巖心模擬注水儲層傷害及保護實驗研究。但常規的多點測壓長巖心裝置存在以下缺陷:1、凈圍壓低，常用長巖心裝置的巖心規格為Φ25πιπι*300πιπι，可以進行雙測壓孔測試。但其膠套的承壓能力低，要求小于4MPa，無法模擬地層條件下的上覆壓力。2、死體積大，死體積(或無效體積)是從夾持器入口到夾持器出口，所有連接通道占據的體積，主要包括管線、堵頭、接頭和閥門的連通體積，分布在夾持器入口到巖心前端面、夾持器出口到巖心后端面和巖心測壓點到傳感器的連接線路中的體積。有效體積是指膠套中容納長巖心的體積，即等于長巖心的體積。死體積是流程中由于機械加工工藝、安裝工藝、過載保護等要求，不可避免的附加體積。死體積對系統的計量精度、響應時間、響應速度等有很大影響。由于增加了測試點以及膠套和巖心的長度，跟短巖心的測試相比，現有長巖心裝置的死體積增加了幾倍，有效體積所占比重較小，對于精確計量的實驗來說，其誤差造成的影響更大。因此，現有的巖心模擬注水裝置有待于進一步改進和提聞。另外，現有的三軸向巖心夾持器，膠筒形狀都是圓柱形的，從加圍壓方式上劃分有兩種方法，一種是軸向和徑向同時加壓，且軸向和徑向壓力相同，另一種是軸向和徑向可以分別加圍壓。對于是軸向和徑 向可以分別加圍壓的巖心夾持器，膠筒與巖心端面的密封形式一般都是凸型結構(即膠筒兩端的口徑大于中間段，或者兩端為擴口)，這種密封方式的主要缺點是:①由于結構和加工工藝的要求膠套兩端必須向外凸，突起這部分膠套增加了夾持器前后端的死體積，影響實驗中油水計量精度及系統的響應速度。②由于膠套突起部分有拐點，驅替壓力與圍壓壓差大時，膠套從拐點處向內擠壓變形，容易漏，所以實驗壓差不聞。
發明內容
本發明提供一種長巖心模擬注水試驗系統，以提高試驗精度，提供精確計量的實驗數據。為此，本發明提出一種長巖心模擬注水試驗系統，所述長巖心模擬注水試驗系統包括:長巖心夾持器、與所述長巖心夾持器連接并對所述長巖心夾持器施加圍壓及軸向壓力的加壓泵以及分別與所述長巖心夾持器連接的驅替泵、測壓計和回壓泵；
所述長巖心夾持器包括:夾持器筒體I和套設于所述夾持器筒體I之內的耐高壓橡膠套筒2，所述夾持器筒體I與所述耐高壓橡膠套筒2之間的空間為圍壓腔；該長巖心夾持器為三軸向巖心夾持器，有徑向圍壓，而且還有軸向圍壓。所述耐高壓橡膠套筒2包括:筒壁21、位于所述筒壁21中的內腔23以及位于所述內腔23兩端的筒口，所述內腔23為直筒形，所述兩端的筒口處的內徑等于所述內腔23中間處的內徑；所述耐高壓橡膠套筒2還包括:套筒凸緣22，突出設置在每一端的筒口的外側的筒壁21處；裙狀外緣221，設置在所述套筒凸緣22上遠離該所述筒口的一端；所述裙狀外緣221與所述耐 高壓橡膠套筒2的軸線相交成銳角；所述夾持器筒體I兩端的內側壁分別環設前端凸緣13和后端凸緣14 ；所述裙狀外緣221與所述前端凸緣13和后端凸緣14相抵壓，從徑向上密封住所述圍壓腔。進一步地，所述裙狀外緣221為錐形或錐環形。進一步地，所述裙狀外緣221通過裙狀外緣221的內壁與所述前端凸緣13和后端凸緣14相抵壓。進一步地，所述長巖心夾持器包括:分別安裝在所述兩端的筒口處的前端堵頭3和后端堵頭4。進一步地，所述前端堵頭3包括:管線31及管線上串聯的堵頭連接部32和堵頭端部33 ;所述堵頭端部33伸入到前端的筒口中，所述堵頭端部33的外徑等于所述兩端的筒口處的內徑。進一步地，所述后端堵頭4的中軸位置具有供氣液流動的管道41，所述后端堵頭4的中部具有環狀凸緣42 ;所述后端堵頭4具有位于所述環狀凸緣42之前的插入部43，所述插入部43伸入到后端的筒口中，所述插入部43的外徑等于所述兩端的筒口處的內徑，在所述環狀凸緣42上設有密封圈槽421和密封圈422 ;所述環狀凸緣42的外徑大于所述插入部43的外徑。進一步地，所述筒壁21的厚度為10 10.6mm ;內徑為2.54-3.81cm，所述套筒凸緣22壁厚為14.9 15.3mm,長度為15.1 15.5mm,所述裙狀外緣221的寬度為15.1 15.5mmο進一步地，所述長巖心夾持器的前端堵頭3的軸向長度為5-lOcm，所述后端堵頭4的軸向長度為10-15cm。進一步地，所述長巖心模擬注水試驗系統還包括:計算機數據采集控制系統，所述計算機數據采集控制系統分別與所述加壓泵、所述長巖心夾持器連接的驅替泵、測壓計和回壓泵連接。進一步地，所述長巖心夾持器I的筒壁上設有進液口、出液口、圍壓入口 16以及至少兩個測壓點接頭。本發明的長巖心模擬注水試驗系統中，耐高壓橡膠套筒不同于常規膠套，常規膠套兩端的筒口處的內徑大于內腔中間處的內徑，由于夾持器筒體I的內徑是確定的，夾持器筒體I與所述耐高壓橡膠套筒2之間的空間，即圍壓腔9的徑向尺寸是有限定的，在圍壓腔的有限空間中，受常規膠套兩端的筒口處的內徑限制，常規膠套的壁厚只能限定在較小的范圍內，而本發明中，耐高壓橡膠套筒的內腔23為直筒形，兩端的筒口處的內徑等于所述內腔23中間處的內徑，因此，耐高壓橡膠套筒的壁厚能夠突破常規膠套兩端的筒口處的內徑大于內腔中間處的內徑的限制，只要內腔23中間處的壁厚不影響圍壓腔的有限空間，耐高壓橡膠套筒的壁厚可以比現有的常規膠套更為厚實，能夠承受更大壓力。而且內腔23的直筒形結構使得套筒凸緣22從內凹形結構變為外凸形結構，這樣，與套筒2兩端的堵頭對接的套筒凸緣22就能占據較少的空間，從而使膠套筒壁21可以加厚。本發明在密封結構上改進，使得夾持器死體積小，實驗壓差高。本發明的膠套密封端面處沒有凸出部分，內腔為直筒形，所述兩端的筒口處的內徑等于所述內腔中間處的內徑，不存在現有技術中的拐點，即使驅替壓力與圍壓壓差大時，也不會出現膠套向內擠壓變形，不容易漏，實驗壓差因而可以提高。進而，長巖心夾持器的前端堵頭3和后端堵頭4都伸入到耐高壓橡膠套筒2的筒口中，如端堵頭3和后端堵頭4的軸向和徑向尺寸都能得以減小。這樣，如端堵頭3和后端堵頭4的孔徑較常規的長巖心夾持器減小了 60%，夾持器總長度因而縮短了 15%。該膠套可承受壓力60MPa，靜壓差20MPa。同時，膠套的筒口長度較常規膠套筒口長度短，使膠套的總長度縮短了 10%，從而減小了死體積。本發明的長巖心模擬注水試驗系統用于研究注水過程中的儲層傷害機理，有效揭示長巖心注水過程中的沿程傷害特征，并為敏感性儲層防膨半徑以及防膨周期的確定提供理論和實驗依據。該系統可進行長巖心沿軸向多測壓點檢測，端面效應低、死體積小、靜圍壓大，計量誤差小。
圖1為根據本發 明實施例的長巖心模擬注水試驗系統的整體結構示意圖，圖中虛線表示計算機數據采集控制系統的線路連接，實線表示驅替系統的線路連接；圖2為根據本發明實施例的長巖心夾持器的縱向剖面結構示意圖；圖3a為根據本發明實施例的長巖心夾持器的前端堵頭的結構示意圖；圖3b為根據本發明實施例的長巖心夾持器的前端固定環的結構示意圖；圖3c為根據本發明實施例的長巖心夾持器的前端筒體的結構示意圖；圖4為根據本發明實施例的耐高壓橡膠套筒縱向剖視結構示意圖；圖5為根據本發明實施例的套筒凸緣和裙狀外緣的結構；圖6a為根據本發明實施例的長巖心夾持器的后端筒體的結構示意圖；圖6b為根據本發明實施例的長巖心夾持器的后端第一固定環的結構示意圖；圖6c為根據本發明實施例的長巖心夾持器的后端堵頭的結構示意圖；圖6d為根據本發明實施例的長巖心夾持器的后端第二固定環的結構示意圖；圖7為現有的常規用于長巖心夾持器的耐高壓橡膠套筒結構示意圖。
具體實施例方式為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照
本發明的具體實施方式
。
如圖1所示，長巖心模擬注水試驗系統包括:長巖心夾持器1、與所述長巖心夾持器I連接并對所述長巖心夾持器施加圍壓及軸向壓力的加壓泵II以及分別與所述長巖心夾持器I連接的驅替泵III (驅替泵III通過線路連接形成驅替系統)，回壓泵IV和測壓計V ；如圖2所示，所述長巖心夾持器包括:夾持器筒體I和套設于所述夾持器筒體I之內的耐高壓橡膠套筒2，所述夾持器筒體I與所述耐高壓橡膠套筒2之間的空間為圍壓腔，具體地，夾持器筒體I內壁、前端凸緣13、后端凸緣14和耐高壓橡膠套筒2外壁構成環狀圍壓腔9 ；所述耐高壓橡膠套筒2包括:筒壁21、位于所述筒壁21中的內腔23以及位于所述內腔23兩端的筒口，所述內腔23為直筒形，巖心8設置在內腔23中，兩端的筒口分別用堵頭堵住巖心8，所述兩端的筒口處的內徑等于所述內腔23中間處的內徑；本發明的耐高壓橡膠套筒不同于常規膠套，如圖7，常規膠套200兩端的筒口處的內徑大于內腔230中間處的內徑，即常規膠套兩端具有擴口 280，由于夾持器筒體的內徑是確定的，夾持器筒體與所述耐高壓橡膠套筒之間的空間，即圍壓腔的徑向尺寸是有限定的，在圍壓腔的有限空間中，受常規膠套兩端的筒口處的內徑限制，常規膠套的側壁210壁厚只能限定在較小的范圍內，而本發明中，耐高壓橡膠套筒的內腔23為直筒形，兩端的筒口處的內徑等于所述內腔23中間處的內徑，因此，耐高壓橡膠套筒的壁厚能夠突破常規膠套兩端的筒口處的內徑大于內腔中間處的內徑的限制，只要內腔23中間處的壁厚不影響圍壓腔的有限空間，耐高壓橡膠套筒的壁厚可以比現有的常規膠套更為厚實，能夠承受更大壓力。同時，膠套的筒口長度較常規膠套筒口長度短，使膠套的總長度縮短，從而減小了死體積；所述耐高壓橡膠套筒2還包括:套筒凸緣22，突出設置在每一端的筒口的外側的筒壁21處；如圖2和圖4所·示,裙狀外緣221,設置在所述套筒凸緣22上遠離該所述筒口的一端；所述裙狀外緣221與所述耐高壓橡膠套筒2的軸線相交成銳角，或者，裙狀外緣221的開口方向與該端筒口的朝向相反，耐高壓橡膠套筒2的兩端都是如此；例如，圖2中，左端的裙狀外緣221的開口方向為朝右(可見圖4和圖5);而左端的筒口的朝向是朝左；右端的裙狀外緣221的開口方向為朝左(可見圖4和圖5);而右端的筒口的朝向是朝右；裙狀外緣221的這種結構既有密封的作用，又有定位作用，而且密封效果更好；如圖3c，所述夾持器筒體I兩端的內側壁分別環設前端凸緣13和后端凸緣14，前端凸緣13和后端凸緣14均徑向向內突出；所述裙狀外緣221與所述前端凸緣13和后端凸緣14相抵壓，從徑向上密封住所述圍壓腔。夾持器筒體I內壁、前端凸緣13、后端凸緣14和耐高壓橡膠套筒2外壁構成環狀圍壓腔9，加圍壓時，裙狀外緣221在壓力作用下靠緊前端凸緣13和后端凸緣14，加強了密封作用。進一步地，所述裙狀外緣221為錐形或錐環形，以便更好的密封。進而，本發明的膠套密封端面處沒有凸出部分，或者說，膠套密封端面為平的，內腔為直筒形，所述兩端的筒口處的內徑等于所述內腔中間處的內徑，不存在現有技術中的拐點，即使驅替壓力與圍壓壓差大時，也不會出現膠套向內擠壓變形，不容易漏，實驗壓差因而可以提聞。進一步地，所述裙狀外緣221通過裙狀外緣221的內壁與所述前端凸緣13和后端凸緣14相抵壓，密封效果更好。進一步地，所述裙狀外緣221的寬度為15.1 15.5_，能夠實現在保持較好密封效果的條件下，減小死體積。進一步地，如圖2，所述長巖心夾持器包括:分別安裝在所述兩端的筒口處的前端堵頭3和后〗而堵頭4，以實現巖心8兩〗而的常封。長巖心夾持器的如堵頭3和后〗而堵頭4都伸入到耐高壓橡膠套筒2的筒口中，前端堵頭3和后端堵頭4的軸向和徑向尺寸都能得以減小。這樣，前端堵頭3和后端堵頭4的孔徑較常規的長巖心夾持器減小了 60%，夾持器總長度因而縮短了 15%。進一步地，如圖3a，所述前端堵頭3包括:管線31及管線上串聯的堵頭連接部32和堵頭端部33 ;所述堵頭端部33伸入到前端的筒口中，所述堵頭端部33的外徑等于所述兩端的筒口處的內徑。管道31連通至巖心的左端面，為驅替的進出管道或驅替通道。堵頭端部33的外部形狀與耐高壓橡膠套筒2內腔23的形狀吻合，其插入內腔23中且其端面抵頂在巖心8的端面上。這樣，可以減小前端堵頭3的軸向和徑向尺寸。進一步地，如圖6c，所述后端堵頭4的中軸位置具有供氣液流動的管道41，管道41連通至巖心的右端面，為驅替的進出管道或驅替通道；所述后端堵頭4的中部具有環狀凸緣42 ;所述后端堵頭4具有位于所述環狀凸緣42之前的插入部43，所述插入部43伸入到后端的筒口中，所述插入部43的外徑等于所述兩端的筒口處的內徑，在所述環狀凸緣42上設有密封圈槽421和密封圈422 ;所述環狀凸緣42的外徑大于所述插入部43的外徑。環狀凸緣42外部形狀與第一固定環的固定環連接端62的內徑形狀吻合。后端堵頭4前部(即插入部43)的外部形狀與耐高壓橡膠套筒2的內腔23吻合。這樣，可以減小后端堵頭4的軸向和徑向尺寸，便于密封。進一步地，耐高壓橡膠套筒2的軸向長度為25.0 35.0cm,由于內腔23為直筒形，所以內腔23的軸向長度為25.0 35.0cm ;所述筒壁21的厚度為10 10.6mm ；內徑為
2.54-3.81cm,所述套筒凸緣22壁厚為14.9 15.3mm,長度為15.1 15.5mm,所述裙狀外緣221的寬度為15.1 15.5_。進一步地，前端堵頭3的軸向長度為5-lOcm，所述后端堵頭4的軸向長度為10-15cm，前端堵頭3的管線31的直徑為0.5_2mm，所述后端堵頭4的管道41的直徑為0.5-2mm。該膠套可承受壓力60MPa，靜壓差20MPa。同時，膠套的筒口長度較常規膠套筒口長度短，使膠套的總長度縮短了 10%，夾持器總長度因而縮短了 15%，夾持器前后兩端的堵頭及接頭的孔徑較常規減小了 60 %，進一步減小了死體積。進一步地，如圖1，所述長巖心模擬注水試驗系統還包括:計算機數據采集控制系統VI (簡稱數據采集系統)，所述計算機數據采集控制系統VI分別與所述加壓泵、所述長巖心夾持器連接的驅替泵、測壓計和回壓泵連接。通過計算機數據采集控制系統VI可以進行長巖心沿軸向多測壓點檢測，測量精確，快速，數據全面，計量誤差小。進一步地，如圖1和圖2，所述長巖心夾持器I的筒壁上設有進液口、出液口、圍壓入口 16以及至少兩個測壓點接頭(例如為測壓點接頭151和測壓點接頭152)。長巖心夾持器I的筒壁上還設有軸向壓力入口 63。圍壓入口 16和軸向壓力入口 63均與加壓泵II連接，以實現軸向壓力和圍壓由同一泵加載；進液口，出液口及圍壓入口 16分別設置測壓計V，以進行測量。下面介紹一下更為具體的一個長巖心模擬注水試驗系統的實施例的連接結構和工作原理和過程:
如圖1所示，長巖心模擬注水試驗系統包括長巖心夾持器I，加壓泵II，驅替泵III，回壓泵IV，測壓計V，和計算機數據采集控制系統VI。其設備的主要組成及性能參數見表I。表I
權利要求
1.一種長巖心模擬注水試驗系統,其特征在于,所述長巖心模擬注水試驗系統包括:長巖心夾持器、與所述長巖心夾持器連接并對所述長巖心夾持器施加圍壓及軸向壓力的加壓泵以及分別與所述長巖心夾持器連接的驅替泵、測壓計和回壓泵； 所述長巖心夾持器包括:夾持器筒體(I)和套設于所述夾持器筒體(I)之內的耐高壓橡膠套筒(2)，所述夾持器筒體(I)與所述耐高壓橡膠套筒(2)之間的空間為圍壓腔； 所述耐高壓橡膠套筒(2)包括:筒壁(21)、位于所述筒壁(21)中的內腔(23)以及位于所述內腔(23)兩端的筒口，所述內腔(23)為直筒形，所述兩端的筒口處的內徑等于所述內腔(23)中間處的內徑； 所述耐高壓橡膠套筒(2)還包括: 套筒凸緣(22)，突出設置在每一端的筒口的外側的筒壁(21)處； 裙狀外緣(221)，設置在所述套筒凸緣(22)上遠離該所述筒口的一端；所述裙狀外緣(221)與所述耐高壓橡膠套筒(2)的軸線相交成銳角； 所述夾持器筒體(I)兩端的內側壁分別環設前端凸緣(13)和后端凸緣(14)； 所述裙狀外緣(221)與所述前端凸緣(13)和后端凸緣(14)相抵壓，從徑向上密封住所述圍壓腔。
2.如權利要求1所述的長巖心模擬注水試驗系統，其特征在于，所述裙狀外緣(221)為錐形或錐環形。
3.如權利要求2所述的長巖心模擬注水試驗系統，其特征在于，所述裙狀外緣(221)通過裙狀外緣(221)的內壁與所述 前端凸緣(13)和后端凸緣(14)相抵壓。
4.如權利要求1所述的長巖心模擬注水試驗系統，其特征在于，所述長巖心夾持器包括:分別安裝在所述兩端的筒口處的前端堵頭(3)和后端堵頭(4)。
5.如權利要求4所述的長巖心模擬注水試驗系統，其特征在于，所述前端堵頭(3)包括:管線(31)及管線上串聯的堵頭連接部(32)和堵頭端部(33);所述堵頭端部(33)伸入到前端的筒口中，所述堵頭端部(33)的外徑等于所述兩端的筒口處的內徑。
6.如權利要求4所述的長巖心模擬注水試驗系統，其特征在于，所述后端堵頭(4)的中軸位置具有供氣液流動的管道(41)，所述后端堵頭(4)的中部具有環狀凸緣(42);所述后端堵頭(4)具有位于所述環狀凸緣(42)之前的插入部(43)，所述插入部(43)伸入到后端的筒口中，所述插入部(43)的外徑等于所述兩端的筒口處的內徑，在所述環狀凸緣(42)上設有密封圈槽(421和密封圈(422);所述環狀凸緣(42)的外徑大于所述插入部(43)的外徑。
7.如權利要求2所述的長巖心模擬注水試驗系統，其特征在于，所述筒壁(21)的厚度為10 10.6mm ;內徑為2.54-3.81cm，所述套筒凸緣(22)壁厚為14.9 15.3mm，長度為15.1 15.5mm，所述裙狀外緣(221)的寬度為15.1 15.5mm。
8.如權利要求4所述的長巖心模擬注水試驗系統，其特征在于，所述長巖心夾持器的前端堵頭⑶的軸向長度為5-lOcm，所述后端堵頭(4)的軸向長度為10-15cm。
9.如權利要求1所述的長巖心模擬注水試驗系統，其特征在于，所述長巖心模擬注水試驗系統還包括:計算機數據采集控制系統，所述計算機數據采集控制系統分別與所述加壓泵、所述長巖心夾持器連接的驅替泵、測壓計和回壓泵連接。
10.如權利要求1所述的長巖心模擬注水試驗系統，其特征在于，所述長巖心夾持器(I)的筒壁上設 有進液口、出液口、圍壓入口(16)以及至少兩個測壓點接頭。
全文摘要
本發明提出一種長巖心模擬注水試驗系統，所述長巖心模擬注水試驗系統包括長巖心夾持器、與長巖心夾持器連接并對長巖心夾持器施加圍壓及軸向壓力的加壓泵以及分別與長巖心夾持器連接的驅替泵、測壓計和回壓泵；長巖心夾持器包括夾持器筒體(1)和套設于夾持器筒體(1)之內的耐高壓橡膠套筒(2)；耐高壓橡膠套筒(2)包括筒壁(21)、位于筒壁(21)中的內腔(23)以及位于內腔(23)兩端的筒口，內腔(23)為直筒形，兩端的筒口處的內徑等于內腔(23)中間處的內徑。本發明可進行長巖心沿軸向多測壓點檢測，端面效應低、死體積小、靜圍壓大，計量誤差小。
文檔編號G01N33/24GK103245769SQ201310132940
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者伍家忠, 劉莉, 劉玉章, 秦積舜, 馬德勝, 吳康云, 謝全, 劉慶杰, 楊思玉 申請人:中國石油天然氣股份有限公司
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