一种点接触疏松砂岩岩心模型的制作方法

本发明涉及石油工程技术领域，尤其涉及一种点接触疏松砂岩岩心模型。

背景技术：

实验长岩心模型是针对短岩心驱替对比效果不明显而设计的一种长模型。通过长岩心模型开展的各类驱替实验，有利于现象、规律的探索，但是对于长岩心制作而言，却存在一定的困难。

目前实验室最常用的长岩心分为两种，脱模短岩心连接而成和填砂管填砂而成。其中，短岩心连接而成的长岩心由于脱模岩心自身之间是单独的个体，强行连接，存在毛细管不连续，连接处存在大孔隙等问题。

此类型岩心的使用率越来越少，而填砂管却不会存在类似问题，但是在填砂管模型的制作过程中，依然存在不少问题：①填砂管管身一般是由三部分构成，连接螺纹和两节等长的管身，填砂过程中，为使砂粒更加压实，会采用敲击管壁的方式，这样对管壁伤害较为严重，甚至扭曲，另外，填压石英砂的管柱为整体一个长柱状结构，在填压的过程中也容易发生扭曲；②砂管末端填砂时，由于石英砂填满了整个管身，压管在压制石英砂时会露出端面，最后压制过程中，施力不会太稳，一般情况下会减小施力保证制作安全，这也就导致了末端部分岩心较为疏松；③为了测定中间压力，在管身1/2处焊接了测压点，该过程会导致管壁轻微变形；④普通填砂管的端头导流槽与石英砂紧贴。之间仅隔一层120目的滤网，不利于导流。

上述问题会对室内实验的开展产生一定的影响，不利于实验的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种既不伤害填砂管管身、又具有良好导流的点接触疏松砂岩岩心模型。

一种点接触疏松砂岩岩心模型，包括填砂管管身、上端头、下端头、压柱；所述上端头、下端头用于分别封闭填砂管管身的上端和下端；所述压柱用于填压填砂管管身内的石英砂；

所述上端头包括外盖及设置在外盖中心的填塞，外盖与填塞之间的间隙为填砂管管身的管壁端部所在位置，外盖与所述砂管管身的上端的外管壁固定连接；所述填塞插入在填砂管管身内部，且在填塞上设置有橡胶圈；填塞为具有中空结构的管流通道，在该管流通道的端部堵封有过滤网饼；

所述下端头与上端头结构相同；

所述填砂管管身为一体结构，填砂管管身的长度大于需要制备的岩心长度，填砂管管身长度与所述岩心长度之差为下端头的填塞长度与下端头填塞长度之和；在填砂管管身的管壁上设置有测压点，所述测压点通过螺纹攻丝的方式固定在管身上；

所述压柱由底部压块和若干段上压块可拆卸固定连接构成；所述底部压块的横截面积大于上压块的横截面积，且在底部压块的外径与所述填砂管管身的内径相适应；在所述底部压块上设置有导气通道，该导气通道的一个端口设置在底部压块的底面，另一个端口设置在底部压块的侧面。

进一步地，如上所述的点接触疏松砂岩岩心模型，在底部压块和上压块上面的中心设置有带有外螺纹的连接柱，在底部压块和上压块的中心设置有带有内螺纹的凹槽，所述在底部压块和上压块之间以及上压块与上压块之间通过所述连接柱与凹槽螺纹连接。

进一步地，如上所述的点接触疏松砂岩岩心模型，所述导气通道采用45°倾角。

进一步地，如上所述的点接触疏松砂岩岩心模型，所述测压点包括通过螺纹攻丝方式固定在填砂管管身上的螺丝孔以及与所述螺丝孔螺纹连接的螺纹帽，所述螺丝孔与填砂管管身内部连通，所述螺纹帽为中空结构，在该螺纹帽上堵封有过滤网。

进一步地，如上所述的点接触疏松砂岩岩心模型，在外盖的顶部设置有把手，该把手上设置有通孔，该通孔与所述填塞内部的管流通道连通。

进一步地，如上所述的点接触疏松砂岩岩心模型，所述填砂管管身整内壁为打磨面。

有益效果：

本申请提供的点接触疏松砂岩岩心模型结构稳定，承压范围大；施压全过程，均匀施力；测压点的设计对管壁无伤害，拆卸简易，操作方便；进出口导流能力较强。

附图说明

图1为本申请填砂管管身与上、下端头组合结构示意图；

图2为本申请上端头结构示意图；

图3为本申请压柱结构示意图；

图4为水测渗透率曲线图；

图5为水驱油效果图；

图6为测压点结构示意图。

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。

如图1-图3所示，本申请提供的点接触疏松砂岩岩心模型，包括填砂管管身2、上端头1、下端头4、压柱；所述上端头1、下端头4用于分别封闭填砂管管身2的上端和下端；所述压柱3用于填压填砂管管身2内的石英砂；

所述上端头1包括外盖11及设置在外盖中心的填塞12，外盖11与填塞12之间的间隙为填砂管管身2的管壁端部所在位置，外盖11与所述砂管管身2的上端的外管壁固定连接；所述填塞12插入在填砂管管身内部，且在填塞12上设置有橡胶圈14；填塞12为具有中空结构的管流通道，在该管流通道的端部堵封有过滤网饼15；

具体地，所述填塞12内部是φ3的管流通道，该管流通道的端面与岩心接触，为防止砂体进入管流通道，在管流通道的端面上堵封有过滤网饼15。由于上端头1与下端头4均具有管流通道，因此，不但利于填砂管身内部砂粒间气体的排出，而且，在长条形岩心制备好后，通过该管流通道一端进水一端出水来测定岩心的渗透率。

所述过滤网饼的目数为120目，过滤网饼的使用避免了岩心砂粒与管流通道的直接接触，导流能力较好。

所述下端头4与上端头1结构相同，只是两者的填塞长度不同而已；

所述填砂管管身2为一体结构，填砂管管身2的长度大于需要制备的岩心长度，填砂管管身2长度与所述岩心长度之差为下端头4的填塞12长度与下端头填塞长度之和；

在填砂管管身2的管壁上设置有测压点21，所述测压点21通过螺纹攻丝的方式固定在管身上；

所述填砂管管身2为一体结构；所述压柱3由底部压块32和若干段上压块31可拆卸固定连接构成；所述底部压块32的横截面积大于上压块31的横截面积，且在底部压块32的外径与所述填砂管管身2的内径相适应；在所述底部压块32上设置有导气通道321，该导气通道321的一个端口设置在底部压块32的底面，另一个端口设置在底部压块32的侧面。

具体地，在使用时，首先将下端头4固定在填砂管管身2的下端，然后进行填装石英砂，每装入一定质量的石英砂后，利用压柱3进行填压，由于压柱3是由底部压块32和若干段上压块31固定连接构成的，在初始填装石英砂进行填压时，上压块31连接的个数多，在随着填砂管管身2内石英砂不断的上升过程中，压柱3上的上压块31也随之不断拆卸，当填压完毕后，利用上端头1将填砂管管身2的上端固定堵封。

在实际应用中，由于岩心的长度是固定的50cm，而现有技术中的填砂管管身长度为50cm,如此，压柱在压制石英砂时会露出填砂管管身的端面，最后压制过程中，压柱施力不会太稳，一般情况下会减小施力保证制作安全，这也就导致了末端部分岩心较为疏松，而本申请填砂管管身2的总长为60cm，比岩心的长度长了10cm(这10cm中在管身上端的7cm空腔与上端的填塞吻合，管身下端的3cm空腔与下端的填塞吻合)，如此，在压制岩心的时候，就可以通过压柱给岩心的端面也有一个垂直稳定的压力，也就是说方便压制岩心的过程中使力，从而使得制备的岩心即使其端面也是压力密度与岩心的中间部分大致相同的，从而就避免了压柱施力不稳，导致岩心端面疏散的问题，使得末端部分岩心压制较为紧密。

另外，由于填塞12是与填砂管身的管内壁接触的，而橡胶圈14设置在填塞12的外围上，而不是像常规技术一样是在上盖的内盖底上设置橡胶圈，从而使得上、下端头密封填砂管身内的石英砂效果更好，充分发挥可O型圈密封功能。

此外，由于现有技术中压柱是一个整体的长柱状结构，而填砂管管身的长度较长，在使用压柱填压的过程中，会使压柱产生弯曲变形，而本申请的压柱是由底部压块32和若干段上压块31固定连接构成的，因此，在填压的过程中不易变形，而且填砂管管身2本身也是一个整体结构，在填砂过程中采用敲击管壁的方式也不会对管壁造成伤害。

另外，由于在压柱上设置有所述导气通道321，在填压石英砂的过程中，就可以将砂粒间气体通过导气通道321排出，而压柱的所有上压块31其横截面积小于填砂管管身2的横截面积，因此，上压块31的外壁与填砂管管身2的内壁之间就构成了一定的间隙，而该间隙与所述导气通道321的出口连通，如此，就更加有利于砂粒间气体有效排出。

进一步地，在如上所述的点接触疏松砂岩岩心模型的基础上，本申请提供了一种底部压块32和上压块31的连接方式，即螺纹连接，具体为：在底部压块32和上压块31上面的中心设置有带有外螺纹的连接柱311，在底部压块32和上压块31的中心设置有带有内螺纹的凹槽，所述在底部压块32和上压块31之间以及上压块31与上压块31之间通过所述连接柱311与凹槽螺纹连接。

具体地，本申请压柱通过是10cm长度的带有螺纹接头的小圆块一个接一个，可以拆卸，避免了购置多根不同长度的压杆进行施压，节省材料。

进一步地，在如上所述的点接触疏松砂岩岩心模型的基础上，所述导气通道321采用45°倾角。

具体地，本申请气通道321采用45°倾角，不但可以有效的排出砂粒间气体，而且还可以避免粉砂飞窜。

进一步地，在如上所述的点接触疏松砂岩岩心模型的基础上，为了方便拆卸和拿取，在外盖11的顶部设置有把手13，该把手13上设置有通孔，该通孔与所述填塞12内部的导流槽连通。

进一步地，如图6所示，所述测压点21包括通过螺纹攻丝方式固定在填砂管管身2上的螺丝孔211以及与所述螺丝孔211螺纹连接的螺纹帽212，所述螺丝孔211与填砂管管身2内部连通，所述螺纹帽212为中空结构，在该螺纹帽212上堵封有过滤网。，且填砂管身上均匀布置有三个所述测压点。

所述螺纹帽212上可以安装传感器来测量填砂管身的各种参数，譬如测量填砂管内部的压力；当需要测量岩心的渗透率时，给填砂管身的一端通入水，水经过岩心后从底部和该所述几个测压点21分别流出；当不需要测量压力的时候，将螺纹帽212端部堵死，避免与外界相通。

具体地，所述测压点21实际是一个可以放置传感器的空间，现有技术是通过在填砂管管身上钻取一个通孔，然后通过焊接地方式在该通孔上固定一个放置传感器的空间容器，而在焊接的过程中，容易使填砂管管身发生变形，从而导致制备的岩心发生变形，进而影响试验测试数据的精确性；而本申请是通过攻丝的方式在填砂管管身上钻取通孔，然后通过螺纹连接的方式固定连接一个放置传感器的空间容器，如此，就避免了填砂管管身发生变形，从而也就相对提高了试验测试数据的精确性。

所述的测压点是采用螺纹攻丝的方式固定在管身上，内径2mm，便于拆卸、更换，采用“O”型圈密封效果较好。在填砂管身的1/4，1/2，3/4处分别安置了测压点。

本申请的填砂管管身整个内部打磨，从而可以促进管壁与石英砂颗粒的接触，上端预留了70mm与长端头搭配，未安装端头时，多出部分可以使岩心填压的压杆在岩心末端保持垂直，下端预留了30mm。

下面通过实施例来进一步说明本发明：

实施例：

(1)进行该模型的组装：

①套上O型圈，涂抹润滑油，安装滤网膜及圆环小孔片，将下端头安装到管身，旋紧螺纹固定下端头；

②采用丝堵封堵测压点；

(2)进行填砂操作。一般分五次填砂，每次分别填入80g不同目数的石英砂，使用振动器振动20s，用压柱恒压5分钟后，再一次填砂、振动、压制，最后一次高出岩心面2cm即可施加锻压操作(多次试验结果表明多出2cm砂体填压的，刚好使岩心长度为50cm)，采用相应压制模具25MPa恒压5分钟，最后放入长端头恒压5MPa后，进行模具组合成型，命名为A管。

(3)两端填加水平阀门，快速接头，尾管等，测定岩心整体干重M1。

(4)进行相关实验研究：开展水测渗透率实验，连接实验流程，测定水测渗透率K，见图4所示。

(5)饱和原油，采用变流速度的方式饱和原油70mPa·s，流速0.1mL/min，0.2mL/min，0.5mL/min，1mL/min分别饱和12h，4h，4h，1h。计算原油饱和度，并老化2d。

(6)进行水驱油实验，采用流速1mL/min驱替原油，观察驱替动态，见图5。实验结果表明，长岩心模型密封性良好，能够较好的模拟驱替实验，模拟效果不错，能够达到室内实验要求。

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。