专利名称：长岩心模拟注水试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油勘探检测领域，具体涉及一种长岩心模拟注水试验系统。
背景技术：
目前常用的岩心模拟注水装置主要分短岩心和长岩心两种系统，尽管采用常规短岩心能够快速评价储层的敏感特性，并能有效开展注水过程中储层保护技术的优选和研究，但由于常规短岩心的长度过短，无法准确反应储层注水过程中的粘土水化膨胀和迁移的过程及特征。为了进一步研究注水过程中的储层伤害机理，在常规短岩心动态防膨实验的基础上，建立了长岩心模拟装置以及长岩心模拟注水的实验方法，开展了长岩心模拟注水储层伤害及保护实验研究。但常规的多点测压长岩心装置存在以下缺陷:1、净围压低，常用长岩心装置的岩心规格为Φ25πιπι*300πιπι，可以进行双测压孔测试。但其胶套的承压能力低，要求小于4MPa，无法模拟地层条件下的上覆压力。2、死体积大，死体积(或无效体积)是从夹持器入口到夹持器出口，所有连接通道占据的体积，主要包括管线、堵头、接头和阀门的连通体积，分布在夹持器入口到岩心前端面、夹持器出口到岩心后端面和岩心测压点到传感器的连接线路中的体积。有效体积是指胶套中容纳长岩心的体积，即等于长岩心的体积。死体积是流程中由于机械加工工艺、安装工艺、过载保护等要求，不可避免的附加体积。死体积对系统的计量精度、响应时间、响应速度等有很大影响。由于增加了测试点以及胶套和岩心的长度，跟短岩心的测试相比，现有长岩心装置的死体积增加了几倍，有效体积所占比重较小，对于精确计量的实验来说，其误差造成的影响更大。因此，现有的岩心模拟注水装置有待于进一步改进和提闻。另外，现有的三轴向岩心夹持器，胶筒形状都是圆柱形的，从加围压方式上划分有两种方法，一种是轴向和径向同时加压，且轴向和径向压力相同，另一种是轴向和径向可以分别加围压。对于是轴向和径 向可以分别加围压的岩心夹持器，胶筒与岩心端面的密封形式一般都是凸型结构(即胶筒两端的口径大于中间段，或者两端为扩口)，这种密封方式的主要缺点是:①由于结构和加工工艺的要求胶套两端必须向外凸，突起这部分胶套增加了夹持器前后端的死体积，影响实验中油水计量精度及系统的响应速度。②由于胶套突起部分有拐点，驱替压力与围压压差大时，胶套从拐点处向内挤压变形，容易漏，所以实验压差不闻。
发明内容
本发明提供一种长岩心模拟注水试验系统，以提高试验精度，提供精确计量的实验数据。为此，本发明提出一种长岩心模拟注水试验系统，所述长岩心模拟注水试验系统包括:长岩心夹持器、与所述长岩心夹持器连接并对所述长岩心夹持器施加围压及轴向压力的加压泵以及分别与所述长岩心夹持器连接的驱替泵、测压计和回压泵；
所述长岩心夹持器包括:夹持器筒体I和套设于所述夹持器筒体I之内的耐高压橡胶套筒2，所述夹持器筒体I与所述耐高压橡胶套筒2之间的空间为围压腔；该长岩心夹持器为三轴向岩心夹持器，有径向围压，而且还有轴向围压。所述耐高压橡胶套筒2包括:筒壁21、位于所述筒壁21中的内腔23以及位于所述内腔23两端的筒口，所述内腔23为直筒形，所述两端的筒口处的内径等于所述内腔23中间处的内径；所述耐高压橡胶套筒2还包括:套筒凸缘22，突出设置在每一端的筒口的外侧的筒壁21处；裙状外缘221，设置在所述套筒凸缘22上远离该所述筒口的一端；所述裙状外缘221与所述耐 高压橡胶套筒2的轴线相交成锐角；所述夹持器筒体I两端的内侧壁分别环设前端凸缘13和后端凸缘14 ；所述裙状外缘221与所述前端凸缘13和后端凸缘14相抵压，从径向上密封住所述围压腔。进一步地，所述裙状外缘221为锥形或锥环形。进一步地，所述裙状外缘221通过裙状外缘221的内壁与所述前端凸缘13和后端凸缘14相抵压。进一步地，所述长岩心夹持器包括:分别安装在所述两端的筒口处的前端堵头3和后端堵头4。进一步地，所述前端堵头3包括:管线31及管线上串联的堵头连接部32和堵头端部33 ;所述堵头端部33伸入到前端的筒口中，所述堵头端部33的外径等于所述两端的筒口处的内径。进一步地，所述后端堵头4的中轴位置具有供气液流动的管道41，所述后端堵头4的中部具有环状凸缘42 ;所述后端堵头4具有位于所述环状凸缘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的外径等于所述两端的筒口处的内径，在所述环状凸缘42上设有密封圈槽421和密封圈422 ;所述环状凸缘42的外径大于所述插入部43的外径。进一步地，所述筒壁21的厚度为10 10.6mm ;内径为2.54-3.81cm，所述套筒凸缘22壁厚为14.9 15.3mm,长度为15.1 15.5mm,所述裙状外缘221的宽度为15.1 15.5mmο进一步地，所述长岩心夹持器的前端堵头3的轴向长度为5-lOcm，所述后端堵头4的轴向长度为10-15cm。进一步地，所述长岩心模拟注水试验系统还包括:计算机数据采集控制系统，所述计算机数据采集控制系统分别与所述加压泵、所述长岩心夹持器连接的驱替泵、测压计和回压泵连接。进一步地，所述长岩心夹持器I的筒壁上设有进液口、出液口、围压入口 16以及至少两个测压点接头。本发明的长岩心模拟注水试验系统中，耐高压橡胶套筒不同于常规胶套，常规胶套两端的筒口处的内径大于内腔中间处的内径，由于夹持器筒体I的内径是确定的，夹持器筒体I与所述耐高压橡胶套筒2之间的空间，即围压腔9的径向尺寸是有限定的，在围压腔的有限空间中，受常规胶套两端的筒口处的内径限制，常规胶套的壁厚只能限定在较小的范围内，而本发明中，耐高压橡胶套筒的内腔23为直筒形，两端的筒口处的内径等于所述内腔23中间处的内径，因此，耐高压橡胶套筒的壁厚能够突破常规胶套两端的筒口处的内径大于内腔中间处的内径的限制，只要内腔23中间处的壁厚不影响围压腔的有限空间，耐高压橡胶套筒的壁厚可以比现有的常规胶套更为厚实，能够承受更大压力。而且内腔23的直筒形结构使得套筒凸缘22从内凹形结构变为外凸形结构，这样，与套筒2两端的堵头对接的套筒凸缘22就能占据较少的空间，从而使胶套筒壁21可以加厚。本发明在密封结构上改进，使得夹持器死体积小，实验压差高。本发明的胶套密封端面处没有凸出部分，内腔为直筒形，所述两端的筒口处的内径等于所述内腔中间处的内径，不存在现有技术中的拐点，即使驱替压力与围压压差大时，也不会出现胶套向内挤压变形，不容易漏，实验压差因而可以提高。进而，长岩心夹持器的前端堵头3和后端堵头4都伸入到耐高压橡胶套筒2的筒口中，如端堵头3和后端堵头4的轴向和径向尺寸都能得以减小。这样，如端堵头3和后端堵头4的孔径较常规的长岩心夹持器减小了 60%，夹持器总长度因而缩短了 15%。该胶套可承受压力60MPa，静压差20MPa。同时，胶套的筒口长度较常规胶套筒口长度短，使胶套的总长度缩短了 10%，从而减小了死体积。本发明的长岩心模拟注水试验系统用于研究注水过程中的储层伤害机理，有效揭示长岩心注水过程中的沿程伤害特征，并为敏感性储层防膨半径以及防膨周期的确定提供理论和实验依据。该系统可进行长岩心沿轴向多测压点检测，端面效应低、死体积小、静围压大，计量误差小。
图1为根据本发 明实施例的长岩心模拟注水试验系统的整体结构示意图，图中虚线表示计算机数据采集控制系统的线路连接，实线表示驱替系统的线路连接；图2为根据本发明实施例的长岩心夹持器的纵向剖面结构示意图；图3a为根据本发明实施例的长岩心夹持器的前端堵头的结构示意图；图3b为根据本发明实施例的长岩心夹持器的前端固定环的结构示意图；图3c为根据本发明实施例的长岩心夹持器的前端筒体的结构示意图；图4为根据本发明实施例的耐高压橡胶套筒纵向剖视结构示意图；图5为根据本发明实施例的套筒凸缘和裙状外缘的结构；图6a为根据本发明实施例的长岩心夹持器的后端筒体的结构示意图；图6b为根据本发明实施例的长岩心夹持器的后端第一固定环的结构示意图；图6c为根据本发明实施例的长岩心夹持器的后端堵头的结构示意图；图6d为根据本发明实施例的长岩心夹持器的后端第二固定环的结构示意图；图7为现有的常规用于长岩心夹持器的耐高压橡胶套筒结构示意图。
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
。
如图1所示，长岩心模拟注水试验系统包括:长岩心夹持器1、与所述长岩心夹持器I连接并对所述长岩心夹持器施加围压及轴向压力的加压泵II以及分别与所述长岩心夹持器I连接的驱替泵III (驱替泵III通过线路连接形成驱替系统)，回压泵IV和测压计V ；如图2所示，所述长岩心夹持器包括:夹持器筒体I和套设于所述夹持器筒体I之内的耐高压橡胶套筒2，所述夹持器筒体I与所述耐高压橡胶套筒2之间的空间为围压腔，具体地，夹持器筒体I内壁、前端凸缘13、后端凸缘14和耐高压橡胶套筒2外壁构成环状围压腔9 ；所述耐高压橡胶套筒2包括:筒壁21、位于所述筒壁21中的内腔23以及位于所述内腔23两端的筒口，所述内腔23为直筒形，岩心8设置在内腔23中，两端的筒口分别用堵头堵住岩心8，所述两端的筒口处的内径等于所述内腔23中间处的内径；本发明的耐高压橡胶套筒不同于常规胶套，如图7，常规胶套200两端的筒口处的内径大于内腔230中间处的内径，即常规胶套两端具有扩口 280，由于夹持器筒体的内径是确定的，夹持器筒体与所述耐高压橡胶套筒之间的空间，即围压腔的径向尺寸是有限定的，在围压腔的有限空间中，受常规胶套两端的筒口处的内径限制，常规胶套的侧壁210壁厚只能限定在较小的范围内，而本发明中，耐高压橡胶套筒的内腔23为直筒形，两端的筒口处的内径等于所述内腔23中间处的内径，因此，耐高压橡胶套筒的壁厚能够突破常规胶套两端的筒口处的内径大于内腔中间处的内径的限制，只要内腔23中间处的壁厚不影响围压腔的有限空间，耐高压橡胶套筒的壁厚可以比现有的常规胶套更为厚实，能够承受更大压力。同时，胶套的筒口长度较常规胶套筒口长度短，使胶套的总长度缩短，从而减小了死体积；所述耐高压橡胶套筒2还包括:套筒凸缘22，突出设置在每一端的筒口的外侧的筒壁21处；如图2和图4所·示,裙状外缘221,设置在所述套筒凸缘22上远离该所述筒口的一端；所述裙状外缘221与所述耐高压橡胶套筒2的轴线相交成锐角，或者，裙状外缘221的开口方向与该端筒口的朝向相反，耐高压橡胶套筒2的两端都是如此；例如，图2中，左端的裙状外缘221的开口方向为朝右(可见图4和图5);而左端的筒口的朝向是朝左；右端的裙状外缘221的开口方向为朝左(可见图4和图5);而右端的筒口的朝向是朝右；裙状外缘221的这种结构既有密封的作用，又有定位作用，而且密封效果更好；如图3c，所述夹持器筒体I两端的内侧壁分别环设前端凸缘13和后端凸缘14，前端凸缘13和后端凸缘14均径向向内突出；所述裙状外缘221与所述前端凸缘13和后端凸缘14相抵压，从径向上密封住所述围压腔。夹持器筒体I内壁、前端凸缘13、后端凸缘14和耐高压橡胶套筒2外壁构成环状围压腔9，加围压时，裙状外缘221在压力作用下靠紧前端凸缘13和后端凸缘14，加强了密封作用。进一步地，所述裙状外缘221为锥形或锥环形，以便更好的密封。进而，本发明的胶套密封端面处没有凸出部分，或者说，胶套密封端面为平的，内腔为直筒形，所述两端的筒口处的内径等于所述内腔中间处的内径，不存在现有技术中的拐点，即使驱替压力与围压压差大时，也不会出现胶套向内挤压变形，不容易漏，实验压差因而可以提闻。进一步地，所述裙状外缘221通过裙状外缘221的内壁与所述前端凸缘13和后端凸缘14相抵压，密封效果更好。进一步地，所述裙状外缘221的宽度为15.1 15.5_，能够实现在保持较好密封效果的条件下，减小死体积。进一步地，如图2，所述长岩心夹持器包括:分别安装在所述两端的筒口处的前端堵头3和后〗而堵头4，以实现岩心8两〗而的常封。长岩心夹持器的如堵头3和后〗而堵头4都伸入到耐高压橡胶套筒2的筒口中，前端堵头3和后端堵头4的轴向和径向尺寸都能得以减小。这样，前端堵头3和后端堵头4的孔径较常规的长岩心夹持器减小了 60%，夹持器总长度因而缩短了 15%。进一步地，如图3a，所述前端堵头3包括:管线31及管线上串联的堵头连接部32和堵头端部33 ;所述堵头端部33伸入到前端的筒口中，所述堵头端部33的外径等于所述两端的筒口处的内径。管道31连通至岩心的左端面，为驱替的进出管道或驱替通道。堵头端部33的外部形状与耐高压橡胶套筒2内腔23的形状吻合，其插入内腔23中且其端面抵顶在岩心8的端面上。这样，可以减小前端堵头3的轴向和径向尺寸。进一步地，如图6c，所述后端堵头4的中轴位置具有供气液流动的管道41，管道41连通至岩心的右端面，为驱替的进出管道或驱替通道；所述后端堵头4的中部具有环状凸缘42 ;所述后端堵头4具有位于所述环状凸缘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的外径等于所述两端的筒口处的内径，在所述环状凸缘42上设有密封圈槽421和密封圈422 ;所述环状凸缘42的外径大于所述插入部43的外径。环状凸缘42外部形状与第一固定环的固定环连接端62的内径形状吻合。后端堵头4前部(即插入部43)的外部形状与耐高压橡胶套筒2的内腔23吻合。这样，可以减小后端堵头4的轴向和径向尺寸，便于密封。进一步地，耐高压橡胶套筒2的轴向长度为25.0 35.0cm,由于内腔23为直筒形，所以内腔23的轴向长度为25.0 35.0cm ;所述筒壁21的厚度为10 10.6mm ；内径为
2.54-3.81cm,所述套筒凸缘22壁厚为14.9 15.3mm,长度为15.1 15.5mm,所述裙状外缘221的宽度为15.1 15.5_。进一步地，前端堵头3的轴向长度为5-lOcm，所述后端堵头4的轴向长度为10-15cm，前端堵头3的管线31的直径为0.5_2mm，所述后端堵头4的管道41的直径为0.5-2mm。该胶套可承受压力60MPa，静压差20MPa。同时，胶套的筒口长度较常规胶套筒口长度短，使胶套的总长度缩短了 10%，夹持器总长度因而缩短了 15%，夹持器前后两端的堵头及接头的孔径较常规减小了 60 %，进一步减小了死体积。进一步地，如图1，所述长岩心模拟注水试验系统还包括:计算机数据采集控制系统VI (简称数据采集系统)，所述计算机数据采集控制系统VI分别与所述加压泵、所述长岩心夹持器连接的驱替泵、测压计和回压泵连接。通过计算机数据采集控制系统VI可以进行长岩心沿轴向多测压点检测，测量精确，快速，数据全面，计量误差小。进一步地，如图1和图2，所述长岩心夹持器I的筒壁上设有进液口、出液口、围压入口 16以及至少两个测压点接头(例如为测压点接头151和测压点接头152)。长岩心夹持器I的筒壁上还设有轴向压力入口 63。围压入口 16和轴向压力入口 63均与加压泵II连接，以实现轴向压力和围压由同一泵加载；进液口，出液口及围压入口 16分别设置测压计V，以进行测量。下面介绍一下更为具体的一个长岩心模拟注水试验系统的实施例的连接结构和工作原理和过程:
如图1所示，长岩心模拟注水试验系统包括长岩心夹持器I，加压泵II，驱替泵III，回压泵IV，测压计V，和计算机数据采集控制系统VI。其设备的主要组成及性能参数见表I。表I
权利要求
1.一种长岩心模拟注水试验系统,其特征在于,所述长岩心模拟注水试验系统包括:长岩心夹持器、与所述长岩心夹持器连接并对所述长岩心夹持器施加围压及轴向压力的加压泵以及分别与所述长岩心夹持器连接的驱替泵、测压计和回压泵； 所述长岩心夹持器包括:夹持器筒体(I)和套设于所述夹持器筒体(I)之内的耐高压橡胶套筒(2)，所述夹持器筒体(I)与所述耐高压橡胶套筒(2)之间的空间为围压腔； 所述耐高压橡胶套筒(2)包括:筒壁(21)、位于所述筒壁(21)中的内腔(23)以及位于所述内腔(23)两端的筒口，所述内腔(23)为直筒形，所述两端的筒口处的内径等于所述内腔(23)中间处的内径； 所述耐高压橡胶套筒(2)还包括: 套筒凸缘(22)，突出设置在每一端的筒口的外侧的筒壁(21)处； 裙状外缘(221)，设置在所述套筒凸缘(22)上远离该所述筒口的一端；所述裙状外缘(221)与所述耐高压橡胶套筒(2)的轴线相交成锐角； 所述夹持器筒体(I)两端的内侧壁分别环设前端凸缘(13)和后端凸缘(14)； 所述裙状外缘(221)与所述前端凸缘(13)和后端凸缘(14)相抵压，从径向上密封住所述围压腔。
2.如权利要求1所述的长岩心模拟注水试验系统，其特征在于，所述裙状外缘(221)为锥形或锥环形。
3.如权利要求2所述的长岩心模拟注水试验系统，其特征在于，所述裙状外缘(221)通过裙状外缘(221)的内壁与所述 前端凸缘(13)和后端凸缘(14)相抵压。
4.如权利要求1所述的长岩心模拟注水试验系统，其特征在于，所述长岩心夹持器包括:分别安装在所述两端的筒口处的前端堵头(3)和后端堵头(4)。
5.如权利要求4所述的长岩心模拟注水试验系统，其特征在于，所述前端堵头(3)包括:管线(31)及管线上串联的堵头连接部(32)和堵头端部(33);所述堵头端部(33)伸入到前端的筒口中，所述堵头端部(33)的外径等于所述两端的筒口处的内径。
6.如权利要求4所述的长岩心模拟注水试验系统，其特征在于，所述后端堵头(4)的中轴位置具有供气液流动的管道(41)，所述后端堵头(4)的中部具有环状凸缘(42);所述后端堵头(4)具有位于所述环状凸缘(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)的外径等于所述两端的筒口处的内径，在所述环状凸缘(42)上设有密封圈槽(421和密封圈(422);所述环状凸缘(42)的外径大于所述插入部(43)的外径。
7.如权利要求2所述的长岩心模拟注水试验系统，其特征在于，所述筒壁(21)的厚度为10 10.6mm ;内径为2.54-3.81cm，所述套筒凸缘(22)壁厚为14.9 15.3mm，长度为15.1 15.5mm，所述裙状外缘(221)的宽度为15.1 15.5mm。
8.如权利要求4所述的长岩心模拟注水试验系统，其特征在于，所述长岩心夹持器的前端堵头⑶的轴向长度为5-lOcm，所述后端堵头(4)的轴向长度为10-15cm。
9.如权利要求1所述的长岩心模拟注水试验系统，其特征在于，所述长岩心模拟注水试验系统还包括:计算机数据采集控制系统，所述计算机数据采集控制系统分别与所述加压泵、所述长岩心夹持器连接的驱替泵、测压计和回压泵连接。
10.如权利要求1所述的长岩心模拟注水试验系统，其特征在于，所述长岩心夹持器(I)的筒壁上设 有进液口、出液口、围压入口(16)以及至少两个测压点接头。
全文摘要
本发明提出一种长岩心模拟注水试验系统，所述长岩心模拟注水试验系统包括长岩心夹持器、与长岩心夹持器连接并对长岩心夹持器施加围压及轴向压力的加压泵以及分别与长岩心夹持器连接的驱替泵、测压计和回压泵；长岩心夹持器包括夹持器筒体(1)和套设于夹持器筒体(1)之内的耐高压橡胶套筒(2)；耐高压橡胶套筒(2)包括筒壁(21)、位于筒壁(21)中的内腔(23)以及位于内腔(23)两端的筒口，内腔(23)为直筒形，两端的筒口处的内径等于内腔(23)中间处的内径。本发明可进行长岩心沿轴向多测压点检测，端面效应低、死体积小、静围压大，计量误差小。
文档编号G01N33/24GK103245769SQ201310132940
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者伍家忠, 刘莉, 刘玉章, 秦积舜, 马德胜, 吴康云, 谢全, 刘庆杰, 杨思玉 申请人:中国石油天然气股份有限公司