地层流体压力测量装置的制作方法

本发明涉及石油勘探技术领域，特别地涉及一种地层流体压力测量装置。

背景技术：

现有的泥页岩井壁稳定性研宄一直是国内外十分关注而未能很好解决的工程难题，也是制约我国油气田勘探开发速度的重要因素之一。因此，研宄泥页岩压力传递有助于认识泥页岩井壁失稳的机理。泥页岩压力传递实验模拟的原理是通过评价泥页岩的渗透率来实现的。泥页岩的渗透率是评价泥页岩在水力压差作用下压力梯度特性的主要参数。

现有的监测装置通过建立若干个测压点。这些测压点的压力值能代表通过该点圆截面的压力。当液体进入多孔介质岩心时，从液体入口到液体出口的压力不同，这样便形成了压力梯度。压力梯度的不同能够反映渗透率的变化情况。

现有的监测装置存在当泥页岩产生裂缝时，在压力传递过程中，不在裂缝方位上的单一测点将无法监测到传递压力值的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种地层流体压力测量装置，用于解决现有技术中存在的不在裂缝方位上的单一测点将无法监测到传递压力值的技术问题。

本发明提供一种地层流体压力测量装置，包括岩心样品模块、地层流体模拟模块、地层压力模拟模块以及数据处理模块；所述地层流体模拟模块分别与所述岩心样品模块和所述地层压力模拟模块相连，所述岩心样品模块上设置有用于监测在不同方向上岩心样品压力的压力监测组件，所述压力监测组件与所述数据处理模块电连接；

所述岩心样品模块包括壳体、位于所述壳体内部的胶筒以及位于所述壳体两端的堵头；

所述壳体的内壁与所述胶筒的外壁之间设置有流体容纳区；

所述胶筒的两端均设置有第二止动堵头，所述胶筒的内部设置有用于放置岩心样品的腔室，所述压力监测组件设置在所述胶筒的外壁上；

所述壳体上设置有与所述流体容纳区相连通的压力源接头，所述地层流体模拟模块与所述压力源接头相连。

在一个实施方式中，所述胶筒的外壁上套设有支撑件，所述支撑件沿所述壳体的轴向等间距设置；

所述支撑件包括沿径向方向延伸的测量爪，所述测量爪中设置有与所述腔室相连通的安装孔，所述压力监测组件分别设置在所述安装孔中。

在一个实施方式中，每个所述压力监测组件与所述岩心样品相接触的表面均为光滑过渡面；

每个所述压力监测组件中均开设有测压通道，所述测压通道与所述腔室相连通。

在一个实施方式中，所述堵头包括位于所述壳体一端的第一止动堵头以及位于所述壳体另一端的调节堵头，所述第一止动堵头和所述调节堵头的外壁上均设有多个圆环形凹槽，每个所述环形凹槽内均设有密封圈。

在一个实施方式中，所述第一止动堵头和所述调节堵头与所述岩心样品相接触的表面均设有防腐蚀层。

在一个实施方式中，所述第一止动堵头上分别设置有进液口和排液口，所述进液口和所述排液口分别与所述腔室相连通；

所述进液口和所述排液口关于所述第一止动堵头的轴线对称设置。

在一个实施方式中，所述流体容纳区中设置有进气管路，所述进气管路的一端穿过所述第一止动堵头并与地层压力模拟模块相连，另一端穿过所述调节堵头并与所述腔室相连通。

在一个实施方式中，所述胶筒的外壁上套设置有由耐高温材料制成的岩心垫。

在一个实施方式中，所述地层流体模拟模块包括缸体以及位于所述缸体内部的活塞，所述缸体包括位于所述活塞的一侧的高压液压油腔以及位于所述活塞的另一侧的模拟地层流体腔；

所述高压液压油腔上分别开设有液压油入口和排气口；

所述模拟地层流体腔上分别开设有模拟地层流体出口和模拟地层流体注入口；

所述液压油入口与所述地层压力模拟模块相连通，所述模拟地层流体出口与压力源接头相连通。

在一个实施方式中，所述地层压力模拟模块包括电磁阀、增压缸以及液压泵，所述电磁阀与所述液压油入口相连；所述增压缸分别与所述电磁阀和所述液压泵相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过地层流体模拟模块能够在室内模拟不同岩性、不同渗透率的地层及地层压力，并通过压力监测组件能够有效地监测位于岩心样品不同方向上的压力传递情况，使压力测量的结果准确可靠。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明的实施例中的地层流体压力测量装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例中的岩心样品模块的剖视图；

图3是图2所示的胶筒的纵向剖视图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

附图标记：

1-岩心样品模块；2-地层流体模拟模块；3-地层压力模拟模块；

4-数据处理模块；5-压力监测组件；6-岩心样品；

7-支撑件；11-壳体；12-胶筒；

13-堵头；14-流体容纳区；15-岩心垫；

16-第二止动堵头；21-缸体；22-活塞；

31-电磁阀；32-增压缸；33-液压泵；

41-控制器41；42-信号采集件；43-引线件；

51-测压通道；71-测量爪；111-压力源接头；

121-腔室；131-第一止动堵头；132-调节堵头；

133-密封圈；134-进液口；135-排液口；

136-进气管路；211-高压液压油腔；212-模拟地层流体腔；

213-液压油入口；214-排气口；215-模拟地层流体出口；

216-模拟地层流体注

入口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种地层流体压力测量装置，包括岩心样品模块1、地层流体模拟模块2、地层压力模拟模块3以及数据处理模块4；地层流体模拟模块2分别与岩心样品模块1和地层压力模拟模块3相连，岩心样品模块1上设置有用于监测在不同方向上岩心样品的压力传递大小的压力监测组件5，压力监测组件5与数据处理模块4电连接。

地层流体模拟模块2安装在岩心样品模块1与地层压力模拟模块3之间，根据实验要求，可更换不同性质的流体来模拟真实地层流体，模拟不同压力下，不同性质的地层流体在不同岩性、不同渗透率的岩心内的渗流。

如图2所示，岩心样品模块1包括壳体11、位于壳体11内部的胶筒12以及位于壳体11两端的堵头13，其中，壳体11的内壁与胶筒12的外壁之间设置有流体容纳区14。

胶筒12的两端均设置有第二止动堵头16，胶筒12的内部设置有用于放置岩心样品6的腔室121，压力监测组件5设置在胶筒12的外壁上。第二止动堵头16的端面分别与胶筒12的两端相抵接，从而起到了支撑和固定胶筒12的作用。

壳体11上设置有与流体容纳区14相连通的压力源接头111，地层流体模拟模块2与压力源接头111相连。

通过压力源接头111向流体容纳区14中注入来自地层流体模拟模块2中的高压液体，直至流体容纳区14中的压力达到预定值，则表明已满足高压的环境，便停止注入液体。此时，该流体容纳区14中的压力能够真实地模拟地层的覆压力情况。

压力监测组件5用于监测岩心样品6的压力，其固定方式如下：胶筒12的外壁上套设有支撑件7，支撑件7沿壳体11的轴向等间距设置；支撑件7的外壁上沿圆周方向等间距地设置有测量爪71(如对称地设置4个)，如图3所示，测量爪71中设置有与腔室121相连通的安装孔，压力监测组件5分别设置在安装孔中。

此外，每个压力监测组件5与岩心样品6相接触的表面均为光滑过渡面；使得压力监测组件5能够与岩心样品6的侧表面相贴合。另外，由于该压力监测组件5与岩心样品6相接触的表面为光滑过渡面会使得压力监测组件5与岩心样品6之间的接触更加紧密，避免了两者之间有缝隙的存在。进一步地，避免了因在压力监测组件5与岩心样品6之间存有缝隙或距离，而使得连接两者的测压管线因自身带有测压阻力，导致无法真实反映出岩心样品6的表面压力传递情况的弊端。

更进一步地，每个压力监测组件5中均开设有测压通道51，测压通道51与腔室121相连通。这样，当向腔室121中注入带压的循环流体时，渗入到岩心样品6中的循环流体进入到该测压通道51后，该压力监测组件5会监测出此时该处的压力值，并将该压力值以压力信号的形式传递给数据处理模块4。

具体地，数据处理模块4包括控制器41以及分别与每个压力监测组件5电连接的信号采集件42，信号采集件42可通过螺钉固定安装壳体11的内部。该信号采集件42用于将压力信号转化为电信号。即该信号采集件42能够将每个压力监测组件5监测到的代表压力值的压力信号转化为电信号输出。

在一个实施例中，堵头13包括位于壳体11一端的第一止动堵头131以及位于壳体11另一端的调节堵头132，第一止动堵头131和调节堵头132的外壁上均设有多个圆环形凹槽，每个环形凹槽内均设有密封圈133。通过密封圈133，能够有效的堵头13在工作中的密封性，提高实验的效果。

具体来说，第一止动堵头131穿过位于胶筒12左端的第二止动堵头16并与岩心样品6的一端相抵接；类似地，调节堵头132穿过位于胶筒12右端的第二止动堵头16并与岩心样品6的一端相抵接，从而为岩心样品6提供轴向的压力；同时，也起到了支撑和固定岩心样品6的作用。

第一止动堵头131和调节堵头132与岩心样品6相接触的表面均设有防腐蚀层，能够有效的保护第一止动堵头131和调节堵头132的表面，从而提高了其使用寿命。

第一止动堵头131上分别设置有进液口134和排液口135，进液口134和排液口135分别与腔室121相连通；进液口134和排液口135关于第一止动堵头131的轴线对称设置。通过向进液口134中注入带有压力的循环流体，使得该循环流体进入腔室121中后，一部分经排液口135输出，而另一部分则渗入到岩心样品6中，实现模拟地层流体压力在岩心样品6(含裂缝的泥页岩心)中的动、静态压力的传递情况，此时，再利用压力监测组件5即可测出压力的变化梯度。

其中，进液口134中带有压力的循环流体来自地层流体模拟模块2。

此外，与上述信号采集件42电连接的引线件43固定安装在第一止动堵头131中，该引线件43可为高温高压引线器。该引线件43具有耐高温和耐高压的特性，因而能够保证信号采集件42转化成的电信号顺利地输出到控制器41中，从而完成该部分的多截面多测点的压力传递的实时监测。

在本实施例中，流体容纳区14中设置有进气管路136，进气管路136的一端穿过第一止动堵头131并与地层压力模拟模块3相连，另一端穿过调节堵头132并与腔室121相连通。通过进气管路136可向腔室121中注入气体，这样，当该腔室121中的压力达到小于或接近流体容纳区14中的压力时，则表明该腔室121中的压力已满足监测要求。向该腔室121中注入气体的目的在于，能够真实地模拟处于地层中岩心样品6所受到的地层压力情况。

进一步地，胶筒12的外壁上套设置有由耐高温材料制成的岩心垫15。对胶筒12起到保护的作用。

如图1所示，地层流体模拟模块2包括缸体21以及位于缸体21内部的活塞22，缸体21包括位于活塞22的一侧的高压液压油腔211以及位于活塞22的另一侧的模拟地层流体腔212；高压液压油腔211上分别开设有液压油入口213和排气口214；模拟地层流体腔212上分别开设有模拟地层流体出口215和模拟地层流体注入口216；液压油入口213与地层压力模拟模块3相连通，模拟地层流体出口215与压力源接头111相连通。

高压液压油通过液压油入口213进入高压液压油腔211内，液压油作用在活塞22上。活塞22的另一侧是模拟地层流体腔212，活塞19将高压液压油腔211与模拟地层流体腔212隔离开来，防止液压油污染地层流体，影响实验效果。实验过程中，模拟地层流体经模拟地层流体出口215进入流体容纳区14内，因此地层流体会有所损失，体积减少。实验结束后，打开排气口214通过地层流体注入口216向地层流体模拟模块补充地层流体，供下次实验使用。

地层压力模拟模块3包括电磁阀31、增压缸32以及液压泵33，电磁阀31与液压油入口213相连；增压缸32分别与电磁阀31和液压泵33相连。

地层压力模拟模块3向地层流体模拟模块2提供不同压力的高压流体，用来模拟地层压力。地层压力模拟模块3模块包括电磁阀31、增压缸32、调速阀、电磁换向阀、液压泵33和电机。液压油的压力通过地层流体模拟模块2作用在岩心样品6上，来模拟真实的地层压力。由于液压泵33的输出压力有限，为模拟更大压力范围的地层压力，采用增压缸32来放大液压泵33输出压力的方法模拟地层压力。

电机与液压泵33相连，电磁换向阀的第一个接口与液压泵33相连通；第二个接口与冷却器相连通，冷却器与过滤器相连通；第三个接口通过双向液压锁与调速阀的接口相通，调速阀与增压缸32的下腔相连通；第四个接口通过双向液压锁与增压缸32的上腔连通。增压缸32的上腔也与电磁阀31连通。液压泵33的出油口还接有溢流阀。

使用时，向电动机供电，带动液压泵33回转，高压液压油经过换向阀，再通过双向液压锁与调速阀进入增压缸32的下腔，通过增压缸32的增压作用，高压油的压力数值在增压缸32的上腔被放大，通过电磁阀31后进入地层流体模拟模块2，然后作用在岩心样品6，模拟地层压力。换向阀控制增压缸32内活塞的运动方向，高压油进入增压缸32的下腔，活塞向上运动到增压缸32的上腔顶端后，控制换向阀关闭电磁阀31，高压油作用在增压缸32的上腔顶端，活塞向下运动，回到增压缸32的下腔低端，恢复初始状态。需要再次增压时，控制换向阀使高压油进入液压缸12的下腔，活塞再次向上运动，放大液压泵33的输出压力，模拟地层压力。调速阀控制缸体21内的活塞22的运动速度，使缸体21上腔的压力匀速增大，保持地层压力增长的稳定性，提高地层压力控制精度。当地层压力升高到预先设定的数值后，电磁阀31可切断地层流体模拟模块2的液压源，进而保持岩心样品6内的地层压力。此时液压泵33可停止转动，以节省能量。当地层压力减小时，液压泵33开启，继续通过地层流体模拟模块2向岩心样品6提供模拟地层流体，直到地层压力与预设值相近，液压泵33再次停止运转。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。