CN107462509B - 一种适用于多规格超低渗岩心的气测渗透率岩心夹持系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于多规格超低渗岩心的气测渗透率岩心夹持系统，包括一端开口的围压腔，和安装在围压腔内的渗透腔，渗透腔包括两端开口的筒形皮套和分别封闭皮套下游端的密封堵头，和活动封闭围压腔开口一端的底盘，以及一端与密封堵头上的出气道焊接连接另一端由底盘穿出的排气管。本发明可以保证测量大直径样品时尽可能减少漏点，同时，测量小直径样品时，通过O型圈和螺纹密封，装配方便的同时也能保证很好的密封效果。由此，实现两级或多级直径的配套使用，无需增加额外的堵头和体积，减少了堵头和排气管连接的重新拆装和安装，减少了测试和计算的变量，节省了时间，降低了气体泄漏的风险，而且气路体积始终保持不变，实验数据处理不容易出错。

Description

一种适用于多规格超低渗岩心的气测渗透率岩心夹持系统

技术领域

本发明涉及石油工程领域，特别涉及一种能够测量不同规格超低渗岩心的气测渗透率岩心夹持系统。

背景技术

岩石渗透率是储层物性研究、地层损害评价、油气藏开发设计的重要参数和指标。页岩气藏储层渗透率非常低，是影响最终采收率的重要因素。采用液测或者稳态测试的方法测量渗透率为毫达西以下(1md＝9.87×10^-16m²)样品的耗时过长且信号弱精度难以保证。因此，一般多采用瞬态气测方法进行测定，

测量设备采用两端封堵的方式，对内部的待测岩心进行测量，该测量设备采用两端小腔体设计，各个部件之间采用可拆卸安装的结构，一旦气路中任何一个地方存在微小的漏点，则可能造成压力的显著变化，影响最终的测量结果。

现有的测量设备连接点较多，在更换不同尺寸不同长度的岩心时，都需要拆卸测量设备相应的连接点，再进行配套安装，频繁的拆卸可能导致密封配件更快失效或密封性能下降，如两端堵头的更换，排气管的更换等，这些行为都容易造成接着损坏或内部压力泄漏。

发明内容

本发明的目的是要提供一种适用于不同直径、不同长度超低渗岩心且尽量减少可拆卸结构的气测渗透率岩心夹持系统。

特别地，本发明提供一种适用于多规格超低渗岩心的气测渗透率岩心夹持系统，包括：

围压腔，为一端开口的圆形腔体，在未开口端上设置有排气孔；

渗透腔，安装在所述围压腔的内部，包括两端开口的筒形皮套，和分别封闭皮套下游端的密封堵头，在所述密封堵头上设置有沿轴向贯穿的出气道；

底盘，活动封闭所述围压腔的开口一端，设置有向所述围压腔内注水的进水口、和向一侧突出以封闭所述皮套上游端的固定堵头，在固定堵头处设置有沿轴向贯穿的进气道；

排气管，一端与所述密封堵头上的出气道焊接连接，另一端由所述底盘穿出，在所述底盘上设置有供所述排气管伸出的通孔，在所述通孔朝向所述围压腔内部的一侧依次安装有不锈钢垫圈、O形圈和压板，所述压板通过螺栓与所述底盘固定。

在本发明的一个实施方式中，在所述围压腔内安装有恒温循环管，所述恒温循环管由所述围压腔相对所述底盘一端插入所述围压腔内，以螺旋形均匀分布后再由所述围压腔的插入端伸出。

在本发明的一个实施方式中，在所述固定堵头和所述密封堵头相对的一面分别设置有带内螺纹的凹槽，所述凹槽用于安装封堵不同直径待测岩心的活动堵头，所述活动堵头通过螺纹安装在所述凹槽内，且在所述活动堵头上设置有与所述进气道和所述出气道连通的气孔。

在本发明的一个实施方式中，所述活动堵头的直径小于所述密封堵头和所述固定堵头的直径，且所述密封堵头和所述固定堵头的直径与最大直径的待测岩心直径对应。

在本发明的一个实施方式中，还包括用于填充所述凹槽的堵块，所述堵块通过螺纹拧在所述凹槽内，所述堵块包括设置有与所述进气道或出气道连通气孔的连通堵块，和实心的封堵堵块。

在本发明的一个实施方式中，在所述固定堵头和所述密封堵头与所述活动堵头的接触面上，以及所述底盘与所述围压腔接触的接触面上，分别设置有密封槽，在所述密封槽内安装有密封条。

在本发明的一个实施方式中，所述待测岩心的直径为1.0～1.5英寸。

在本发明的一个实施方式中，在所述皮套与所述固定堵头和所述密封堵头接触的外部，设置有提高紧固效果的的卡箍。

在本发明的一个实施方式中，在所述底盘上安装有检测所述围压腔内水温的温度传感器，和检测所述围压腔内部压力的围压传感器。

本发明的围压腔仅一端开口，同时排气管的管径统一并采用焊接固定，可以减少现有测量设备存在的潜在漏点多而导致内部压力显著变化的问题，提高测量精度和更换测试对象时的效率。

本发明可以保证测量大直径样品时尽可能减少漏点，同时，测量小直径样品时，通过O型圈和螺纹密封，装配方便的同时也能保证很好的密封效果。由此，实现两级或多级直径的配套使用，无需增加额外的堵头和体积，减少了堵头和排气管连接的重新拆装和安装，减少了测试和计算的变量，节省了时间，降低了气体泄漏的风险，而且气路体积始终保持不变，实验数据处理不容易出错。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的气测渗透率岩心夹持系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一个实施例提供一种适用于多规格超低渗岩心的气测渗透率岩心夹持系统，该气测渗透率岩心夹持系统一般性地包括围压腔10、渗透腔20、底盘30和排气管40。

该围压腔10为一端开口的圆形腔体，以用于安装渗透腔20，在未开口端上设置有排气孔11。

该底盘30活动封闭在围压腔10的开口一端，以使围压腔10形成一个密闭的环境，在底盘30上设置有向围压腔10内注水的进水口31。底盘30可以通过螺栓一类固定件与围压腔10固定。此外，可以在底盘30与围压腔10接触的接触面上，设置环形的密封槽32，然后在密封槽32内安装密封条33，以提高底盘30与围压腔10之间的密封效果。

该渗透腔20安装在围压腔10的内部，与围压腔10的内侧壁有一定的间隔，包括两端开口以圆周夹持待测岩心50的筒形皮套21，和封闭皮套21上游端的固定堵头22、封闭下游端的密封堵头23，在固定堵头22和密封堵头23上分别设置有沿轴向贯穿的进气道221和出气道231，该进气道221和出气道231用于连通渗透腔20和围压腔10。本实施方式中，固定堵头22与底盘30为一体设置，由底盘30的一侧凸出形成，以减少可拆卸连接点。

该排气管40由一根独立的管子构成，其一端位于围压腔10内并与密封堵头23上的出气道231焊接连接，另一端经过弯折后由围压腔10内穿出底盘30。排气管40采用整段完整管线直接连到外部阀门的方式，中间不进行拼接、变径等处理。上述结构能够减少因待测岩心50高度不同而进行管线组合或拼接时所带来的泄漏点增加和体积增加问题。

为方便排气管40的调整，可以在底盘30上设置供排气管40由围压腔10内伸出的通孔34，在通孔34朝向围压腔10内部的一侧依次安装支撑环41、O形圈42和压板43，压板43通过螺栓与底盘30固定。当排气管40需要根据测试岩心50的高度调整固定位置时，可以拧松螺栓，使排气管40相对通孔34滑动。当调节到位后，再拧紧螺栓，利用压板43对O形圈42的挤压将排气管40密封固定在通孔34处。本实施方式可以在螺栓和底盘30的拧紧力作用下，通过压板43和支撑环41压紧O型圈42，填满底盘30和排气管40之间的孔隙，以免造成围压水体的泄露和围压下降或无法保持。

由于排气管40与密封堵头23上的出气道231是采用焊接固定，因此在调节时，排气管40可随密封堵头23同步移动，进而减少连接结构，降低泄漏可能。

在实验时，将待测岩心50插入皮套21内，用密封堵头23封闭皮套21的下游端，再由围压腔10的开口端放入围压腔10内，利用底盘30将围压腔10的开口端密封，同时使固定堵头22插入皮套21的上游端，然后根据待测岩心50的高度调整排气管40穿出底盘30的位置，然后将其密封固定。

通过底盘30上的进水口31向围压腔10内注水，围压腔10中的空气由围压腔10上的排气孔11排出，当气体排尽后，可以利用阀门将排气孔11封闭，通过水压增压对渗透腔20施加围压，使围压腔10内的压力较排气管40内压力大于3MPa以上。

由底盘30上的进气道221进行充气，高压气体进入待测岩心50，高压气体通过对待测岩心50的渗透，由待测岩心50的下部向上部渗透，最后由待测岩心50的上端进入出气道231和排气管40，然后由排气管40排出围压腔10外，进入相应容纳设备。

通过在初始时刻给定待测岩心50两端一定的气体压力差，再测量充气过程中压力差随时间的衰减曲线，进而可计算得到渗透率。测试过程中，上下游压力差随时间的衰减曲线是直接测量值，渗透率值为依据压力随时间衰减曲线，根据一定的流动模型计算的结果。

一般来说，在同等的待测岩心50大小(长度和截面面积)、腔体体积、温度、测试气体和初始压差条件下，压力随时间变化的速率越快，渗透率越高。因此，对于超低渗样品而言，其压力差随时间变化的速率相对较低。样品的渗透率直接决定了单位时间内气体由待测岩心50上游到达待测岩心50下游的气体量。除此以外，上下游腔体的大小也对压力差的变化速率有影响。低渗透样品单位时间通过的气体量小，为了保证压力差随时间变化的信号足够明显，需要将上下游腔体的体积设计得足够小，以保证小气体量变化在压力数值变化上有足够明显的反映。本实施方式的围压腔仅一端开口，减少一个拆卸点，而排气管的安装结构可以减少现有测量设备存在的潜在漏点多而导致内部压力显著变化的问题。

在本发明的一个实施方式中，可以在围压腔10内安装恒温循环管12，该恒温循环管12由围压腔10相对底盘30一端伸入围压腔10内，围绕渗透腔20的外围在围压腔10内形成均匀分布后再由伸入端引出。恒温循环管12采用管径统一的管路，在围压腔10内呈螺旋形环绕分布，以对围压腔10内的水进行均匀加温，使其保持在实验所要求的恒温状态，通过恒温水浴保证待测岩心50处温度恒定，可以消除温度变化对气体和围压压力的影响，从而保证计算结果的稳定性。采用螺旋状管路分布，还便于空间布置，增大热交换面积，利于围压水体的温度稳定。

在本发明的一个实施方式中，可以在底盘30上安装检测围压腔10内水温的温度传感器35，和检测围压腔10内部压力的围压传感器36。

在本发明的一个实施方式中，为方便测试不同直径的待测岩心，在固定堵头22和密封堵头23相对的一面分别设置有带内螺纹的凹槽24，该凹槽24用于安装不同直径的活动堵头25，活动堵头25的直径小于固定堵头22和密封堵头23的直径，活动堵头25的形状与密封堵头23和固定堵头22的形状对应，只是在上表面设置有一个带有外螺纹的圆柱。在当前待测岩心50的直径小于密封堵头23和固定堵头22的直径时，则可以选择相应直径的活动堵头25，利用圆柱拧在密封堵头23和固定堵头22上的凹槽24内，每个活动堵头25上都设置有与固定堵头22和密封堵头23上的进气道221和出气道231连通的气孔251。在使用时，仅将活动堵头25部分插入皮套21的两端实现密封，安装后气孔251分别与进气道221和出气道231连通。

本实施方式中，固定堵头22和密封堵头23的直径相同且大于活动堵头25，并与可测试的最大直径的待测岩心50的直径对应。以1.5英寸和1.0英寸两种直径的岩心为例，固定堵头22和密封堵头23的直径分别为1.5英寸，活动堵头25的直径则为1.0英寸，当测试1.5英寸的岩心时，可直接用固定堵头22和密封堵头23对皮套21的两端进行密封。当测试1.0英寸的岩心时，可将活动堵头25拧在固定堵头22和密封堵头23的凹槽24内，利用活动堵头25直接密封皮套21，此状态下固定堵头22和密封堵头23位于皮套21的端口外。

在采用不同直径的堵头时，相应的位置会发生变化，此时，仅需调整排气管40使其随密封堵头23的位置升降，调整到位后，再将排气管40与底盘30的连接处进行密封固定。

现有技术中，测量的岩心不但在直径上有不同，在长度上也有不同，因此，设计有不同长度的密封堵头23和排气管，考虑耐高围压的要求，现有排气管设计的较粗，并不具备良好的柔性，而且需要事先对不同长度的密封堵头23和排气管进行体积标定。此外，体积是计算渗透率的输入参数之一，因此还需要在计算渗透率过程中注意防止气路体积使用上的混淆。

本实施方式将排气管40与密封堵头23焊接固定，可以在不改动或拆卸原有结构的情况下，通过在垂直方向上的同时移动，来适应不同长度的待测岩心50。采用一体化的排气管，在减少泄漏点的同时可保持排气管40的体积不变，减少标定次数，通过与活动堵头25的配合可适应不同直径和长度的测试岩心50，避免现有技术中在对不同直径和长度的岩心测试时，需要更换密封堵头23的结构设计，简化了结构设计和拆卸过程，减少了泄露的可能。

此外，在固定堵头22和密封堵头23与活动堵头25接触的接触面上，可以设置环形密封槽，并安装O形圈，通过两个堵头端面的夹紧，实现密封。

采用本发明的设计，可以保证测量大直径样品时尽可能减少漏点，同时，测量小直径样品时，通过O型圈和螺纹密封，装配方便的同时也能保证很好的密封效果。由此，实现两级或多级直径的配套使用，无需增加额外的堵头和体积，减少了堵头和排气管连接的重新拆装和安装，减少了测试和计算的变量，节省了时间，降低了气体泄漏的风险，而且气路体积始终保持不变，实验数据处理不容易出错。

此外，测量不同长度的待测岩心50时，只需要在安装的时候松开底盘30上的密封结构，排气管40便可上下调节位置，待垂向位置确定后再紧固密封结构即可。在试验时，底盘30下方必须预留足够空间，以保证排气管40的下行空间。

当单独使用固定堵头22和密封堵头23时，为避免凹槽24增加气路体积，可以设置一个用于填充凹槽24的堵块，堵块外表面设置外螺纹，其形状与凹槽24的大小对应，当堵块拧入凹槽24内后，其底面与固定堵头22和密封堵头23的表面平齐。堵块可以包括设置气孔的结构的连通堵块，和不设置气孔结构的封堵堵块，两种结构的堵块可以用于不同的实验中。

为提高密封效果，可以在皮套21的两端部安装相应的卡箍，当固定堵头22和密封堵头12或活动堵头25插入皮套21内后，可利用卡箍将皮套21的端部箍紧，以减少泄露。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种适用于多规格超低渗岩心的气测渗透率岩心夹持系统，其特征在于，包括：

围压腔，为一端开口的圆形腔体，在未开口端上设置有排气孔；

渗透腔，安装在所述围压腔的内部，包括两端开口的筒形皮套，和分别封闭皮套下游端的密封堵头，在所述密封堵头上设置有沿轴向贯穿的出气道；

底盘，活动封闭所述围压腔的开口一端，设置有向所述围压腔内注水的进水口、和向一侧突出以封闭所述皮套上游端的固定堵头，在固定堵头处设置有沿轴向贯穿的进气道；

在所述固定堵头和所述密封堵头相对的一面分别设置有带内螺纹的凹槽，所述凹槽用于安装封堵不同直径待测岩心的活动堵头，所述活动堵头通过螺纹安装在所述凹槽内，且在所述活动堵头上设置有与所述进气道和所述出气道连通的气孔；

排气管，一端与所述密封堵头上的出气道焊接连接，另一端由所述底盘穿出，在所述底盘上设置有供所述排气管伸出的通孔，在所述通孔朝向所述围压腔内部的一侧依次安装有不锈钢垫圈、O形圈和压板，所述压板通过螺栓与所述底盘固定。

2.根据权利要求1所述的气测渗透率岩心夹持系统，其特征在于，

在所述围压腔内安装有恒温循环管，所述恒温循环管由所述围压腔相对所述底盘一端插入所述围压腔内，以螺旋形均匀分布后再由所述围压腔的插入端伸出。

3.根据权利要求1所述的气测渗透率岩心夹持系统，其特征在于，

所述活动堵头的直径小于所述密封堵头和所述固定堵头的直径，且所述密封堵头和所述固定堵头的直径与最大直径的待测岩心直径对应。

4.根据权利要求1所述的气测渗透率岩心夹持系统，其特征在于，

还包括用于填充所述凹槽的堵块，所述堵块通过螺纹拧在所述凹槽内，所述堵块包括设置有与所述进气道或出气道连通气孔的连通堵块，和实心的封堵堵块。

5.根据权利要求1所述的气测渗透率岩心夹持系统，其特征在于，

在所述固定堵头和所述密封堵头与所述活动堵头的接触面上，以及所述底盘与所述围压腔接触的接触面上，分别设置有密封槽，在所述密封槽内安装有密封条。

6.根据权利要求1所述的气测渗透率岩心夹持系统，其特征在于，

所述待测岩心的直径为1.0～1.5英寸。

7.根据权利要求1所述的气测渗透率岩心夹持系统，其特征在于，

在所述皮套与所述固定堵头和所述密封堵头接触的外部，设置有提高紧固效果的卡箍。

8.根据权利要求1所述的气测渗透率岩心夹持系统，其特征在于，

在所述底盘上安装有检测所述围压腔内水温的温度传感器，和检测所述围压腔内部压力的围压传感器。