一种膨胀仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种膨胀仪，其包括：能收容页岩的中空的本体；设置于所述本体上的第一贯通孔；液体能通过所述第一贯通孔输入所述本体内；与所述第一贯通孔相连接的压力控制装置；所述第一贯通孔与所述压力控制装置之间设置有第一阀门；控制装置，所述控制装置用于控制所述第一阀门；温控装置，所述温控装置能对所述本体进行温度控制；设置于所述本体上的第一检测件；所述第一检测件用于基于所述温控装置和所述控制装置检测所述页岩的膨胀位移量。本实用新型实现了提供一种能真实模拟井下页岩的水化膨胀性能的膨胀仪的目的。
【专利说明】
一种膨胀仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及页岩气田开采技术领域，尤其涉及一种膨胀仪。
【背景技术】
[0002]众所周知在石油工业中大量钻井实践表明:导致井壁稳定性的丧失，引起缩径、岩石的碎裂剥落乃至井壁的坍塌的主要原因之一是页岩或泥页岩中含有水敏性粘土矿物，它们在水基介质中将发生水化膨胀，因此研究地层剖面在水及各种水基介质中的膨胀行为是石油行业预测钻井时地层剖面岩石的潜在不稳定性，鉴定及优选各种钻井液处理剂，鉴定及优选各种钻井液、完井液体系及其配方的重要手段。
[0003]现有技术中，通常使用膨胀仪来监测岩土的水化膨胀性能。但由于页岩是一种沉积岩，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，且其中混杂有石英、长石的碎肩以及其他化学物质。泥页岩属于泥岩和页岩之间的过渡岩石类型，可见发育不完善的页理，且泥页岩比表面大、孔隙小、结构复杂、易吸水膨胀，在油井中，页岩在地下的埋藏深度从1500-3000米不等，而泥页岩在油井内处于页岩的上部，所以其在地下受到的温度和压力与页岩不同。
[0004]而现有技术中的膨胀仪主要是用来监测泥页岩的水化膨胀性能，且由于膨胀仪用于监测泥页岩，所以不具有模拟地面下1500-3000米的高温高压系统，但页岩在地下的埋藏深度从1500-3000米不等，所以页岩在地下处于高温高压环境中，这一点与页岩不同；所以用于检测泥页岩的水化膨胀性能的膨胀仪在用于检测页岩的水化膨胀性能时，不能真实反映页岩所处的地下环境，所以其测量结果与实际井下的页岩的水化膨胀性能相去甚远。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种能真实模拟井下页岩的水化膨胀性能的膨胀仪。
[0006]本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现:一种膨胀仪，其包括:能收容页岩的中空的本体;设置于所述本体上的第一贯通孔;液体能通过所述第一贯通孔输入所述本体内；与所述第一贯通孔相连接的压力控制装置;所述第一贯通孔与所述压力控制装置之间设置有第一阀门；控制装置，所述控制装置用于控制所述第一阀门；温控装置，所述温控装置能对所述本体进行温度控制；设置于所述本体上的第一检测件;所述第一检测件用于基于所述温控装置和所述控制装置检测所述页岩的膨胀位移量。
[0007]优选地，所述压力控制装置包括:高压气源和缓冲容器，所述缓冲容器具有第一输入端和第二输入端，所述第一输入端与所述高压气源相连接，所述第二输入端与动力装置相连接，所述动力装置能对所述缓冲容器内的气体进行加压。
[0008]优选地，所述第一检测件具有壳体，所述壳体内可移动地设置有伸入所述本体内的杆体;所述页岩的膨胀方向与所述杆体的移动方向之间所成的夹角为0°，以使所述杆体的位移量与所述页岩的膨胀位移量相等。
[0009]优选地，所述本体内固定设置有具有收容部的限位体，所述收容部用于收容所述页岩;所述限位体面对所述杆体的一端设置有开口，所述杆体能通过所述开口伸入所述收容部。
[0010]优选地，所述限位体背对所述杆体的一端连接有与所述本体相固定支撑体，所述支撑体上贯穿设置有通道，所述通道与所述收容部相连通。
[0011 ]优选地，所述本体具有相对的开口端和封闭端，所述封闭端与所述支撑体相固定，所述开口端内设置有堵塞体，所述堵塞体通过固定件与所述本体相固定;所述堵塞体上贯穿设置有与所述本体的内部相连通的第三贯通孔，所述第三贯通孔的中心线与所述收容部的中心线共线或平行;所述第三贯通孔内设置有所述第一检测件。
[0012]优选地，所述封闭端或者所述本体靠近所述封闭端的侧壁上设置有第四贯通孔；所述堵塞体或者所述本体靠近所述堵塞体端的侧壁上设置有第五贯通孔。
[0013]优选地，所述本体上设置有第二贯通孔;与所述第二贯通孔相连接有输液装置;所述第二贯通孔与所述输液装置之间设置有第二阀门，所述输液装置包括低压气源和中间容器，所述中间容器中储存有液体，所述中间容器具有第一进口端和第一出口端，所述第一进口端与所述低压气源相连接，所述第一出口端与所述第二阀门相连接。
[0014]优选地，所述本体或者所述堵塞体上设置有第六贯通孔，所述第六贯通孔内设置有第二检测件，所述第二检测件用于检测所述本体内的温度。
[0015]优选地，所述堵塞体与所述本体之间设置有第一密封件;所述堵塞体与所述第一检测件之间设置有第二密封件。
[0016]本实用新型提供的一种膨胀仪的有益效果是:本实用新型通过设置与第一贯通孔相连接的压力控制装置和能对本体进行温度控制的温控装置;从而使得在检测本体内页岩的膨胀位移量时，能通过压力控制装置对本体内进行加压，以模拟页岩埋藏在地下1500-3000米的地方时所处的高压环境和能通过温控装置对本体内进行加温，以模拟页岩埋藏在地下1500-3000米的地方时所处的高温环境，从而能真实模拟页岩所处的地下环境，使得其膨胀位移量的测量结果能真实反映实际井下的页岩的水化膨胀性能;从而实现了本实用新型提供一种能真实模拟井下页岩的水化膨胀性能的膨胀仪的目的。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1本实用新型的一种本体的结构示意图；
[0019]图2本实用新型的示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0021]请参阅图1。本实用新型提供一种膨胀仪，其包括:能收容页岩的中空的本体11;设置于所述本体11上的第一贯通孔23;液体能通过所述第一贯通孔23输入所述本体11内；与所述第一贯通孔23相连接的压力控制装置35;所述第一贯通孔23与所述压力控制装置35之间设置有第一阀门39;控制装置，所述控制装置用于控制所述第一阀门39;温控装置，所述温控装置能对所述本体11进行温度控制;设置于所述本体11上的第一检测件57;所述第一检测件57用于基于所述温控装置和所述控制装置检测所述页岩的膨胀位移量。
[0022]本实用新型实现了在检测本体11内页岩的膨胀位移量时，能通过压力控制装置35对本体11内进行加压，以模拟页岩埋藏在地下1500-3000米的地方时所处的高压环境和能通过温控装置对本体11内进行加温，以模拟页岩埋藏在地下1500-3000米的地方时所处的高温环境，从而能真实模拟页岩所处的地下环境，使得其膨胀位移量的测量结果能真实反映实际井下的页岩的水化膨胀性能;从而实现了本实用新型提供一种能真实模拟井下页岩的水化膨胀性能的膨胀仪的目的。
[0023]如图1所示，在本实施方式中，能收容页岩的中空的本体11，从而可以在该本体11内检测页岩的水化膨胀性能。页岩可以直接放置于本体11内，但在本实施方式中，本体11内固定设置有具有收容部67的限位体65，该收容部67用于收容页岩;从而使得页岩在该本体11内能被该限位体65限位，从而其在接触到液体发生水化膨胀时，不能自由移动，从而有利于检测其膨胀位移量。在本实施方式中，该限位体65背对杆体63的一端连接有与本体11相固定的支撑体69，该支撑体69上贯穿设置有通道71，该通道71与收容部67相连通，从而液体能通过该通道71进入收容部67，使得收容部67内的页岩发生水化膨胀现象，另一方面，当页岩的水化膨胀性能检测完毕时，液体能通过该通道71流出收容部67，从而将本体11内的液体输出。
[0024]如图1所示，在本实施方式中，本体11具有相对的开口端13和封闭端15，该封闭端15与支撑体69相固定，该开口端13内设置有堵塞体17，从而可以在将页岩放置于本体11内后，使用该堵塞体17堵塞开口端13，从而密封本体11的内部。在本实施方式中，该堵塞体17通过固定件19与本体11相固定;该固定件19 一端与堵塞体17背对开口端13的侧壁相固定，另一端与开口端13相固定;在其他的实施方式中，该堵塞体17还可以通过螺纹与本体11相固定，或者焊接固定，或者通过螺钉固定。堵塞体17上贯穿设置有与本体11的内部相连通的第三贯通孔25，该第三贯通孔25用于固定第一检测件57，从而当该第一检测件57在检测页岩的膨胀位移量时与本体11保持相对静止的状态，从而保证检测结果的准确性。在本实施方式中，堵塞体17与本体11之间设置有第一密封件99;堵塞体17与第一检测件57之间设置有第二密封件101，从而通过该第一密封件99和第二密封件101密封本体11，从而保证本体11的密封性。在本实施方式中，该第一密封件99为O型圈，该第二密封圈为O型圈，在其他的方式中，该第一密封件99和第二密封件1I可以为其他的形式，例如密封填料。
[0025]如图1、2所示，在本实施方式中，本体11上设置有第一贯通孔23，液体能通过该第一贯通孔23输入本体内，以使得本体内的页岩能接触液体发生水化膨胀现象。本体11上还设置有第二贯通孔21;在本实施方式中，该第二贯通孔21连接有输液装置33;该输液装置33用于向本体11内输入液体，以使得本体11内的页岩能接触液体发生水化膨胀现象。该第二贯通孔21与输液装置33之间设置有第二阀门37，该第二阀门37用于该第二贯通孔21与该输液装置33之间的连通和断开，从而可以通过该第二阀门37打开输液装置33，从而向本体11内输入液体，或者通过该第二阀门37关闭输液装置33，从而将本体11内的液体输出。
[0026]如图1、2所示，在本实施方式中，该输液装置33包括低压气源73和中间容器75，该中间容器75中储存有液体，该中间容器75具有第一进口端77和第一出口端79，该第一进口端77与低压气源73相连接，该第一出口端79与第二阀门37相连接。在本实施方式中，该低压气源73与第一进口端77之间设置有第三阀门41，该第三阀门41用于该低压气源73与该第一进口端77之间的连通和断开，从而可以通过打开该第三阀门41和第二阀门37，使得中间容器75中的液体在低压气源73的作用下，缓慢流入本体11内；或者通过关闭该第三阀门41和第二阀门37，从而停止向本体11内输出液体。在本实施方式中，该第三阀门41与该中间容器75之间的管线上设置有连接有第七阀门49的管线，打开该第七阀门49能排空管线内的气体。在本实施方式中，该第二阀门37与该中间容器75之间的管线上设置有连接有第八阀门51的管线，打开该第八阀门51能排空管线内的气体。在本实施方式中，该第二阀门37与第二贯通孔21之间的管线上设置有连接有第九阀门53的管线，打开该第九阀门53能排空管线内的气体。
[0027]如图1、2所示，在本实施方式中，该第一贯通孔23连接有压力控制装置35;该压力控制装置35用于对本体11内进行加压以模拟页岩埋藏在地下1500-3000米的地方时所处的高压环境，以使得本体11内的页岩能在高压的环境中发生水化膨胀现象。第一贯通孔23与压力控制装置35之间设置有第一阀门39;该第一阀门39用于该第一贯通孔23与该压力控制装置35之间的连通和断开，从而可以通过该第一阀门39打开压力控制装置35，从而向本体11内输入气体，或者通过该第一阀门39关闭压力控制装置35。
[0028]如图1、2所示，在本实施方式中，该压力控制装置35包括:高压气源89和缓冲容器91，缓冲容器91具有第一输入端85和第二输入端87，第一输入端85具有两条管线，一条管线与高压气源89相连接，以使得该高压气源89中的高压气体能输入到该缓冲容器91中，另一条管线与第一阀门39相连接，以通过该缓冲容器91对本体11内进行加压。第二输入端87与动力装置97相连接，动力装置97能对缓冲容器91内的气体进行加压，从而使得缓冲容器91中的高压气体的压力进一步升高，从而能模拟地层中的压力。在本实施方式中，该高压气源89与第一输入端85之间设置有第四阀门43，该第四阀门43用于该高压气源89与该第一输入端85之间的连通和断开，从而可以通过打开该第四阀门43，使得高压气源89中的高压气体流入缓冲容器91内；或者通过关闭该第四阀门43，停止向缓冲容器91内输出气体。在本实施方式中，该动力装置97与第二输入端87之间设置有第五阀门45，该第五阀门45用于该动力装置97与该第二输入端87之间的连通和断开，从而可以通过打开该第五阀门45，通过该动力装置97对缓冲容器91内的气体进行加压;或者通过关闭该第五阀门45，停止对缓冲容器91内的气体进行加压。在本实施方式中，该动力装置97包括:液压栗93和油箱95，该液压栗93具有第二进口端81和第二出口端83，该第二进口端81与该油箱95相连通，该第二出口端83与第五阀门45相连通。在本实施方式中，该第四阀门43与该缓冲容器91之间的管线上设置有连接有第六阀门47的管线，打开该第六阀门47能排空管线内的气体。在本实施方式中，该第五阀门45与该缓冲容器91之间的管线上设置有连接有第十阀门55的管线，打开该第十阀门55能排空管线内的气体。
[0029]在本实施方式中，控制装置，控制装置用于控制第一阀门39，从而可以通过控制装置打开第一阀门39，从而能对本体11内进行加压。在本实施方式中，该控制装置为计算机。
[0030]在本实施方式中，温控装置，温控装置能对本体11进行温度控制;从而能通过该温控装置对本体11内进行加温，以模拟页岩埋藏在地下1500-3000米的地方时所处的高温环境。
[0031]如图1所示，在本实施方式中，本体11上设置有第一检测件57;该第一检测件57用于基于温控装置和控制装置检测页岩的膨胀位移量，从而能真实反映页岩在地下所发生的水化膨胀性能。该第一检测件57具有壳体61，壳体61内可移动地设置有伸入本体11内的杆体63;页岩的膨胀方向与杆体63的移动方向之间所成的夹角为0°，以使所述杆体63的位移量与所述页岩的膨胀位移量相等，从而能检测页岩的膨胀位移量。在本实施方式中，限位体65面对杆体63的一端设置有开口，该杆体63能通过开口伸入收容部67，从而检测收容部67内的页岩的膨胀位移量。在本实施方式中，第三贯通孔25的中心线与收容部67的中心线共线或平行，从而能使页岩的膨胀方向与第一检测件57的杆体63的移动方向之间所成的夹角为0°。在本实施方式中，该第一检测件57为位移传感器。
[0032]如图1所示，在本实施方式中，封闭端15或者本体11靠近封闭端15的侧壁上设置有第四贯通孔27，从而可以通过该第四贯通孔27将本体11内的液体排出。堵塞体17或者本体11靠近堵塞体17端的侧壁上设置有第五贯通孔29，从而可以通过该第五贯通孔29将本体11内的气体排出。本体11或者堵塞体17上设置有第六贯通孔31，第六贯通孔31内设置有第二检测件59，第二检测件59用于检测本体11内的温度，从而可以将本体11内的温度控制在与地层的温度相同的值。
[0033]本实用新型所提供的一种膨胀仪的操作步骤如下:
[0034]第一步，将准备测试的页岩样品放入本体11内；将第一检测件57的杆体63对准该页岩样品，用堵塞体17堵塞开口端13;
[0035]第二步，打开温控装置，对本体11进行加热，通过第二检测件59测量本体11内的温度，使得本体11内的温度控制在与地层的温度相同的值；
[0036]第三步，打开输液装置33，具体地，打开第二阀门37和第三阀门41，关闭第七阀门49、第八阀门51、第七阀门49、使得中间容器75中的液体在低压气源73的作用下通过第二贯通孔21第一贯通孔23流入本体11内；打开压力控制装置35，具体地，首先打开第四阀门43和第六阀门47，对缓冲容器91中输入高压气源89;然后关闭第四阀门43、第六阀门47和第十阀门55，打开第一阀门39、第五阀门45，通过动力装置97对缓冲容器91中的高压气源89进一步加压至地层内的压力值并通过第一贯通孔23将缓冲容器91中的气体输入至本体11内，从而使得本体11内的压力与地层内的压力相同；
[0037]第四步，获取页岩的膨胀位移量；
[0038]第五步，通过第四贯通孔27和第五贯通孔29将本体11内的液体和气体释放出来。
[0039]以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。
【主权项】
1.一种膨胀仪，其特征在于，其包括: 能收容页岩的中空的本体； 设置于所述本体上的第一贯通孔;液体能通过所述第一贯通孔输入所述本体内； 与所述第一贯通孔相连接的压力控制装置;所述第一贯通孔与所述压力控制装置之间设置有第一阀门； 控制装置，所述控制装置用于控制所述第一阀门； 温控装置，所述温控装置能对所述本体进行温度控制； 设置于所述本体上的第一检测件;所述第一检测件用于基于所述温控装置和所述控制装置检测所述页岩的膨胀位移量。2.根据权利要求1所述的膨胀仪，其特征在于:所述压力控制装置包括:高压气源和缓冲容器，所述缓冲容器具有第一输入端和第二输入端，所述第一输入端与所述高压气源相连接，所述第二输入端与动力装置相连接，所述动力装置能对所述缓冲容器内的气体进行加压。3.根据权利要求1所述的膨胀仪，其特征在于:所述第一检测件具有壳体，所述壳体内可移动地设置有伸入所述本体内的杆体;所述页岩的膨胀方向与所述杆体的移动方向之间所成的夹角为0°，以使所述杆体的位移量与所述页岩的膨胀位移量相等。4.根据权利要求3所述的膨胀仪，其特征在于:所述本体内固定设置有具有收容部的限位体，所述收容部用于收容所述页岩;所述限位体面对所述杆体的一端设置有开口，所述杆体能通过所述开口伸入所述收容部。5.根据权利要求4所述的膨胀仪，其特征在于:所述限位体背对所述杆体的一端连接有与所述本体相固定支撑体，所述支撑体上贯穿设置有通道，所述通道与所述收容部相连通。6.根据权利要求5所述的膨胀仪，其特征在于:所述本体具有相对的开口端和封闭端，所述封闭端与所述支撑体相固定，所述开口端内设置有堵塞体，所述堵塞体通过固定件与所述本体相固定;所述堵塞体上贯穿设置有与所述本体的内部相连通的第三贯通孔，所述第三贯通孔的中心线与所述收容部的中心线共线或平行;所述第三贯通孔内设置有所述第一检测件。7.根据权利要求6所述的膨胀仪，其特征在于:所述封闭端或者所述本体靠近所述封闭端的侧壁上设置有第四贯通孔;所述堵塞体或者所述本体靠近所述堵塞体端的侧壁上设置有第五贯通孔。8.根据权利要求6所述的膨胀仪，其特征在于:所述本体上设置有第二贯通孔；与所述第二贯通孔相连接有输液装置;所述第二贯通孔与所述输液装置之间设置有第二阀门，所述输液装置包括低压气源和中间容器，所述中间容器中储存有液体，所述中间容器具有第一进口端和第一出口端，所述第一进口端与所述低压气源相连接，所述第一出口端与所述第二阀门相连接。9.根据权利要求6所述的膨胀仪，其特征在于:所述本体或者所述堵塞体上设置有第六贯通孔，所述第六贯通孔内设置有第二检测件，所述第二检测件用于检测所述本体内的温度。10.根据权利要求6所述的膨胀仪，其特征在于:所述堵塞体与所述本体之间设置有第一密封件;所述堵塞体与所述第一检测件之间设置有第二密封件。
【文档编号】G01N25/16GK205449841SQ201521084113
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月23日
【发明人】曾博, 方朝合, 葛稚新, 姚建军, 曹倩
【申请人】中国石油天然气股份有限公司