一种制备人造均质长岩心用的匀砂装置的制作方法

本发明涉及石油工程技术领域，尤其涉及一种制备人造均质长岩心用的匀砂装置。

背景技术：

随着对油藏地质、油气田开发相关科学研究认识的不断深入，对满足研究需要的岩心需求越来越多，从而进一步认识油气藏和开发好油气藏。但由于现场取芯技术复杂、成本较高，且取出的岩心，在一定程度上存在破损(完整取芯不容易)、取芯成功率较低等因素影响，导致可以供实验研究的天然岩心非常短缺。为了满足实验研究和科学活动的需要，人造岩心的制备和使用，可以补充现阶段天然岩心的使用，同时随着油气田的深入开发，在油气生产过程中进行取芯作业也会越来越少，备满足科研要求的人造岩心是未来研究的基础。

随着研究和认识的深入，人造岩心的规格也逐渐多元化，不再局限于过去的短岩心φ25mm×100mm和φ38mm×100mm；岩心的尺寸较小，其孔隙体积也较小，一般在10mL左右，在研究驱替过程中，产出液量太少导致实验误差较大，现有的设备和方法不能很好地满足实验对比分析的要求。所以在岩心尺寸上需要更大尺寸的岩心进行驱油实验研究，而对于长岩心的制作，主要有两种方式，一种是填砂管的形式，另一种是采用短岩心一节一节连接在一起的形式。其中后一种将多个短岩心串联在一起，存在毛细管不连续的问题，对于驱替实验存在流动不连续的影响，导致实验重复性较差。而采用长填砂管制作长岩心，是采用一段一段加砂，分段压制能够很好地保证人造岩心中岩石颗粒的稳定性，也是目前填砂管制作岩心的主要手段。但是分段压制，会存在锻压剖面，导致岩心的非均质；如果不分段压制，会导致加压端压力传递性好压实作用强，而填砂管中部压实性差，从而导致岩心存在明显的非均质，且远离作用力的部位，渗透率和孔隙度远大于近作用力的部位，结构相对疏松，在岩心驱替过程中极易造成砂粒运移，影响实验结果。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对长岩心的均质性问题，避免岩心制备过程中压制不均匀和石英砂颗粒的“架桥”造成岩心不稳定，提供一种能够将石英砂均匀分散、消除颗粒与颗粒之间的“架桥”，达到改变砂粒之间的接触关系，使石英砂颗粒之间接触更加紧密，从而保证压制过程中压力均匀，避免长岩心的非均质的装置。

一种制备人造均质长岩心用的匀砂装置，包括：调频振动器组、弹簧组、岩心模具夹持器、模具压杆、主体框架和操作平台；所述弹簧组安装在操作平台和主体框架之间，调频振动器组固定在操作平台的上面，且对称分布固定；所述岩心模具夹持器用于夹持固定岩心模具，所述岩心模具夹持器固定在操作平台的上面、且置于调频振动器之间；模具压杆用于压制岩心模具内的石英砂；

所述弹簧组包括九组弹簧，按照九宫格式分布在操作平台和主体框架之间；

在操作平台上设置有用于固定所述岩心模具夹持器的螺纹孔。

进一步地，如上所述的制备人造均质长岩心用的匀砂装置，所述弹簧组中的每个弹簧在其中心还设置有定位销，所述定位销的一端固定在主体框架上，一端插入在操作平台上的通孔内。

进一步地，如上所述的制备人造均质长岩心用的匀砂装置，所述岩心模具夹持器包括上固定板、下固定板以及垂直连接所述上固定板、下固定板的连接板，在所述上固定板上设置有岩心模具能够插入的插孔，在下固定板上设置有固定孔，所述固定孔与螺纹孔通过螺栓将岩心模具夹持器与操作平台固定连接。

进一步地，如上所述的制备人造均质长岩心用的匀砂装置，所述模具压杆为筒状结构，其直径与岩心模具内径匹配，模具压杆中间的通孔采用200目网径的三层过滤网进行封堵。

进一步地，如上所述的制备人造均质长岩心用的匀砂装置，所述模具压杆是由螺旋式连接的7cm长高密度钢柱连接而成。

进一步地，如上所述的制备人造均质长岩心用的匀砂装置，所述调频振动器为能够提供不同频率的垂直方向振动力、且振频较低，振幅较大的附着式振动器。

进一步地，如上所述的制备人造均质长岩心用的匀砂装置，所述操作平台是由5cm厚穿孔钢板构成。

进一步地，如上所述的制备人造均质长岩心用的匀砂装置，所述主体框架的底部固定有移动脚架。

有益效果：

本申请提供的制备人造均质长岩心用的匀砂装置，避免了不规则砂粒之间自然接触形成大型孔隙，在压制过程中长岩心不同段受力均匀，从而使岩心均质性好。

附图说明

图1为本申请制备人造均质长岩心用的匀砂装置结构示意图；

图2为本申请岩心模具夹持器结构示意图；

图3为图1的俯视图；

图4为实施例1人造岩心超声波均质性测试曲线图；

图5为实施例2填砂模型的电导率均质性测试曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

本申请提供一种制备人造均质长岩心用的匀砂装置，如图1-3所示，包括：调频振动器组1、弹簧组3、岩心模具夹持器6、模具压杆、主体框架4和操作平台2；所述弹簧组3安装在操作平台2和主体框架4之间，调频振动器组1固定在操作平台2的上面，且对称分布固定；所述岩心模具夹持器6用于夹持固定岩心模具，所述岩心模具夹持器6固定在操作平台2的上面、且置于调频振动器组1之间；模具压杆用于压制岩心模具内的石英砂；

所述弹簧组3包括九组弹簧，按照九宫格式分布在操作平台2和主体框架4之间；

在操作平台2上设置有用于固定所述岩心模具夹持器的螺纹孔21。

所述弹簧组3中的每个弹簧在其中心还设置有定位销，所述定位销的一端固定在主体框架4上，一端插入在操作平台2上的通孔内。

如图2所示，所述岩心模具夹持器6包括上固定板61、下固定板62以及垂直连接所述上固定板61、下固定板62的连接板，在所述上固定板61上设置有岩心模具能够插入的插孔611，在下固定板62上设置有固定孔621，所述固定孔621与螺纹孔21通过螺栓将岩心模具夹持器6与操作平台2固定连接。

所述模具压杆为筒状结构，其直径与岩心模具内径匹配，模具压杆中间的通孔采用200目网径的三层过滤网进行封堵。

所述模具压杆是由螺旋式连接的7cm长高密度钢柱连接而成。

所述调频振动器1为能够提供不同频率的垂直方向振动力、且振频较低，振幅较大的附着式振动器，所述主体框架4的底部固定有移动脚架5。

为改善人造岩心颗粒的接触关系，制备点接触关系的人造长岩心，本申请设计了如上所述的匀砂装置。该设计本身具有可移动性，减轻了笨重的岩心模具在运输中的困难，其次设计可以为多种岩心模具进行匀砂和压实。

所述振荡器组选用的是振频较低，振幅较大的附着式振动器(振频可调)，由于是长岩心模具，垂直放置在操作平台上，岩心上部分会因为距离过远，所受振动作用减弱，一般选用较低振频，较强振幅的振动器振动。振动过程是上下振动，安装上模具压杆，促进石英砂受力垂直向下，避免自然接触形成“桥架”空隙。

所述弹簧组是考虑到振动过程带来的强力振荡，通过弹簧的支撑有效的缓冲了操作平台和支撑骨架之间的振动，也减弱了振荡器带动整个装置的负担；九组弹簧，按照“九宫格”式分布，使振动器的振动作用从单一的垂向振动，变为垂向为主，水平为辅的振动方式，其中定位销的作用是确保操作平台和岩心模具在振动过程中的稳定性，使砂粒之间的接触更为紧密。

所述岩心模具夹持器，其作用是垂向固定长岩心模具，使长岩心模具随匀砂操作平台一起实现垂向和横向上运动；该夹持器顶端可以垂直安放模具压杆(所述模具压杆具有放气孔，保证压杆下沉过程中，使模具内气体能够快速从顶部脱出)，使模型内石英砂等受到一定的压力，迫使岩心受到振动作用后，能够快速下沉，避免“架桥”现象出现。

所述主体框架是考虑到自身要承载岩心及其制造模具的压力，其次要承受高频振动，带来的振荡力，所以结构要稳固，设计四柱结构来能稳定支撑上部结构。

所述操作平台是厚2cm的钢板，上面规则的布有螺纹孔如图3所示，其作用是固定振荡器和岩心模具夹持器，满足不同尺寸岩心模具操作要求，保证人造长岩心模型中石英砂颗粒振动的均匀性。

本申请装置在后续岩心制作过程中，首先填入石英砂，然后振动，继续加砂振动后，经过压制和胶结后的人造长岩心具有良好的均质性。

实施例1：

按照上述发明制作的接触胶结人造长岩心。

首先要填制两根φ25×500mm的长胶结岩心：

a)混合石英砂与粉末状环氧树脂，按照比例20:1混合(混合1200g石英砂，60g环氧树脂胶结剂)待用。

b)分别将石英砂与胶结剂混合物共500g装入两岩心制作模型。其中一根岩心模型A放入振动匀砂装置振动30s后和另一根未进行任何操作的岩心模型B，一起放入锻压机。可以发现：由于振动作用，岩心模型A中的500g石英砂颗粒下降了4cm的高度，添加少量石英砂(增量略微超过500mm长度，约0.5cm)后继续振动10s，确保模型A与模型B的石英砂同高。然后采用相同压力15MPa进行锻压5分钟后，两岩心模具进一步添加石英砂，确保长度为500mm，进行锻压，直至两根填砂模型填装完毕，放入恒温箱高温烘烤，待冷却后，脱模取出岩心A和岩心B。

通过室内岩心驱替实验进行了对比验证。

(1)岩心气测渗透率：

连接实验流程，按照国家标准测定岩心渗透率，岩心A和B的气测渗透率分别为：2002mD和2152mD。

(2)岩心孔隙度的测定：

通过称量岩心，确定岩心A和岩心B的干重分别为586g和532g，岩心密度较大，表明孔隙体积较小，经过振动后的岩心A接触较岩心B更紧密。

(3)采用超声波测定均质性，比较岩心A和岩心B的均匀性：

超声波分段测试岩心不同位置的均质程度，其结果见图4，可以发现经过振动后的岩心A每段的超声波反馈速率相近，表明岩心的整体均质性较好；而岩心B是呈现了由低到高的走势，实验结果表明岩心A的均质性明显要强于岩心B的均质性。

通过三个岩心实验参数的确定，通过匀砂模型振动后的石英砂接触更为紧密，避免了“架桥”现象，岩心更加均匀。

实施例2：

按照上述发明制作的填砂管长岩心。

首先选用两根φ25×500mm的长岩心模型，分别往内填入石英砂500g。一根填砂管C放入振动匀砂装置振动30s，另一根填砂管D未进行振动，直接放入锻压机锻压。可以发现：由于振动作用，填砂管C中的500g石英砂颗粒在模型中下降了4cm左右的高度，添加少量石英砂(超过模型0.5cm)后继续振动10s，保证填砂管C中的石英砂与填砂管D中的石英砂同高。

然后两者采用相同压力15MPa进行锻压5分钟后，两岩心模具进一步加砂，确保最终填制长度为500mm，添加模型端面盖，即填装完毕。

通过室内岩心驱替实验进行了对比验证。

(1)岩心气测渗透率：

连接实验流程，按照国家标准测定岩心渗透率，两者气测渗透率分别为：1823mD和2353mD。

(2)岩心孔隙度的测定：

通过称量岩心，确定两根填砂管C和D的干重分别为23.21kg和22.82kg，其中模型C外表皮的重量为22.62kg，模型D外表皮的重量为22.29kg；两模型的岩心干重分别为590g和530g，经过振动后的岩心接触更紧密。

(3)岩心均质性的测定，采用电导率测定均质性：

电导率测试中的斜率越高，表明水驱前缘推进越均匀，实验结果如图5所示，填砂管C岩心斜率高于填砂管D岩心，所以经过振动后的岩心C的均匀性比岩心D的好。

通过三个岩心参数的确定，通过匀砂模型后的石英砂接触更为紧密，避免了“架桥”现象，岩心更加均匀。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。