一种保温保压岩芯贮藏罐系统及贮藏方法

1.本发明属于储藏设备技术领域，更具体地，涉及一种保温保压的岩芯储藏罐。


背景技术：

2.对于超深层油气工程，地应力是决定储层品质，影响裂隙规模发育、确定储层改造方案，提高产量效率的重要参数之一。首先有研究指出传统储层品质评价主要基于储层岩石基质和裂缝的孔渗分析，忽略了地应力相关因素，在同一构造相邻2口井的产能相差可以达到40倍。其次钻井过程中井壁垮塌严重是页岩气井长水平段钻井的主要技术难点。目前绝大多数页岩气井在页岩水平井段发生井筒垮塌，严重影响评价井的钻井周期和压裂施工效果，在某些情况下甚至会导致油井的废弃。因此，确定深部地应力状态已成为评价超深储层可采性的关键技术指标。大量研究指出在深地高温、高地应力状态下岩石的变形性质与常温常压下存在很大的差异，然而目前的侧壁取芯设备直接将岩芯储存至岩芯筒内，并未记录采集岩芯处的温度和压力信息，同时在设备回收过程中，由于没有对岩芯进行保温保压处理，岩芯温度和所受压力逐渐降低，回到地面后已经处于常温常压状态，室内实验中测量得到的变形参数不能反应真实深层岩体的性质，从而产生很大的测试误差。
3.应力解除法是一种测量岩芯在与周围岩体分离过程中表面变形，从而反算得到远场地应力的方法。目前，绝大多数的应力解除方法是在孔底进行套芯解除作业，使得测试深度受到钻孔孔深的限制，一般只适用于地下洞室或者采矿巷道中。目前直接运用在垂直深钻孔中的应力解除法的最大深部约在400-500米左右，远远不满足超深部油气开发的要求。
4.地应力测井机器人，主要应用于深部水平井地应力测量，垂直井地应力测量，研发满足3000m深钻孔的地应力测量的局部壁面应力解除法地应力测试设备，由下放提升机构，封隔机构，主工作部，辅助测试短节，以及地面控制系统组成。该设备的技术关键是在深部钻井环境实现封隔及排水、密封防水、复杂井壁壁面处理和岩壁变形测试、复杂页岩条件下孔壁应变测试四个方面。围绕这四个技术关键，研发了一种全新的上下双封隔系统以及新型lpa井下开关阀系统，实现了在深部页岩气裸眼钻井中封隔以及排水的技术突破；研发了一套新型内外封隔套系统以及回转纵移系统，实现高温高压环境下的密封防水；研发了型壁面打磨、喷胶、剥离和应变数据采集系统，在深钻井环境下实现了高精度孔壁应变测试；研发了一套辅助测试短节，可在直接在泥浆环境下进行局部壁面应力解除法地应力测试，最大限度减小对孔壁的扰动，避免井壁局部坍塌风险。
5.因此，需要一种与地应力测井机器人配套的保温保压岩芯贮藏罐系统及贮藏方法及贮藏方法将取下的岩芯保温保压。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种保温保压岩芯贮藏罐系统及贮藏方法，它包括以下内容：
7.一种保温保压岩芯贮藏罐系统，包括连接系统、位于最外侧的外壳、位于外壳中部
的贮芯系统、传感器系统、电磁阀系统；
8.外壳通过连接系统与地应力测井机器人和辅助测试短节相连，贮芯系统上端和下端通过上连接板和下连接板与外壳相连，传感器系统位于贮芯系统内部，电磁阀系统位于贮芯系统的上下两端；电路管道和油路管道为环形管道，位于外壳与贮芯系统之间，电路管道与外壳相邻，油路管道与电路管道相邻；电路管道中的电路与地应力测井机器人和辅助测试短节中的电路通过连接系统相连接，外壳和贮芯系统之间的油路管道充满耐高温机油，油路管道通过连接系统与地应力测井机器人和辅助测试短节中的油路管道相连接；
9.所述贮芯系统包括外耐压套筒、保温层、内套筒及岩芯管组成；保温层为外耐压套筒与内套筒之间的真空空间，岩芯管在内套筒内，内部注有钻井液。
10.进一步地，外耐压套筒由高强度不锈钢制作，内套筒由隔热陶瓷材料制成。
11.进一步地，外壳为圆筒状，可与地应力测井机器人和辅助测试短节的外壳套接在一起。
12.进一步地，所述连接系统包括油管上接头、油管下接头、插头和插孔：
13.外壳为圆筒状，保温保压岩芯储藏罐上端的外壳与地应力测井机器人的外壳可以套接在一起，保温保压岩芯储藏罐下端的外壳与辅助测试短节的外壳可以套接在一起；油管下接头开有和辅助测试短节的油管上接头相配套的小孔，保温保压岩芯贮藏罐的油管下接头与辅助测试短节中的油管上接头可以套接在一起，保温保压岩芯贮藏罐的油管上接头与地应力测井机器人中的油管接头可以套接在一起，保温保压岩芯贮藏罐的密封插头和密封插孔，分别与地应力测井机器人和辅助测试短节中的插孔和插头相连接。
14.进一步地，所述传感器系统包括温度传感器和压力传感器，封装在传感器元件中，自带电源和储存芯片，位于贮芯系统内部，焊接在下电磁阀上。
15.进一步地，所述电磁阀系统包括上电磁阀和下电磁阀，位于贮芯系统的上下两端。
16.进一步地，地应力测井机器人下方，辅助测试短节上方，可以连接一个或多个相邻连接的保温保压岩芯储藏罐。
17.进一步地，岩芯管上端与地应力测井机器人中的取芯钻机相连，如果下部为辅助测试短节，岩芯管止于贮芯系统下端，如果下部为其他保温保压岩芯储藏罐,则直接通至下方其他保温保压岩芯储藏罐的贮芯系统。
18.一种保温保压岩芯贮藏方法，其特征在于：在地应力测井机器人和辅助测试短节之间仅有一个保温保压岩芯储藏罐时，保温保压岩芯贮藏方法包括以下步骤：
19.a、设备下井前，关闭上电磁阀和下电磁阀；
20.b、到达指定测试或者取芯深度，进行应力解除法测试或侧壁取芯作业；
21.c、打开上电磁阀，将岩芯和钻井液通过岩芯管进入贮芯系统内；
22.d、打开地应力测井机器人的油管阀门，注入机油，直到压力传感器显示的保温保压岩芯储藏罐的压力与取芯时地下的压力相同；
23.e、传感器系统测量并记录贮芯系统内部液体温度和压力；
24.f、在测试深度完成多个应力解除法测试或者侧壁取芯作业后，岩芯依次进入贮芯系统，关闭上电磁阀；
25.g、随设备回收至地面，拆卸保温保压岩芯储藏罐，直接送至实验室后取出岩芯，并读取压力和温度数据，并模拟此环境迅速开展变形参数试验。
26.一种保温保压岩芯贮藏方法，其特征在于：在地应力测井机器人和辅助测试短节之间有多个保温保压岩芯储藏罐时，保温保压岩芯贮藏方法包括以下步骤：
27.多个保温保压岩芯储藏罐，从上到下依次编号为1，2，
…
，n；
28.x表示测试或者取芯深度的编号，x初始值为1，每进行一次步骤b-f的循环后，x变成x+1；
29.a、设备下井前，关闭所有保温保压岩芯储藏罐的上电磁阀和下电磁阀，设备首先下放到最底部；
30.b、然后提升设备到达第x处测试或者取芯深度，进行应力解除法测试或侧壁取芯作业；
31.c、打开第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐上电磁阀和第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐上方的所有电磁阀，将岩芯和钻井液通过岩芯管进入第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐的贮芯系统内；
32.d、打开地应力测井机器人的油管阀门，注入机油，直到压力传感器显示的保温保压岩芯储藏罐的压力与取芯时地下的压力相同；
33.e、第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐传感器系统测量并记录贮芯系统内部液体温度和压力；
34.f、在测试深度完成多个应力解除法测试或者侧壁取芯作业后，岩芯依次进入贮芯系统，关闭第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐上电磁阀；
35.g、x变成x+1，重复步骤b-f，直到x＝n；
36.h、随设备回收至地面，拆卸所有保温保压岩芯储藏罐，直接送至实验室后取出岩芯，并读取压力和温度数据，并模拟此环境迅速开展变形参数试验。
37.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
38.1.本发明的保温保压岩芯储藏罐，通过贮芯系统实现最大程度地保持岩芯的原位温度压力环境，并记录压力、温度，提高岩体变形参数试验的准确性；
39.2.本发明的保温保压岩芯储藏罐，实现在地应力测井机器人中原位岩芯的采集；
40.3.本发明的保温保压岩芯储藏罐，能显著提高在高地应力区和软岩地层侧壁取芯岩样的完整程度。
附图说明
41.图1为保温保压岩芯储藏罐与地应力测井机器人和辅助测试短节的连接示意图；
42.图2为保温保压岩芯储藏罐的结构示意图；
43.图3为保温保压岩芯储藏罐a处的剖面图。
44.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-地应力测井机器人、2-保温保压岩芯储藏罐、3-辅助测试短节、4-电路管道、5-外耐压套筒、6-外壳、7-内套筒、8-保温层、9-岩芯、10-油路管道、11-油管上接头、12-上电磁阀、13-下电磁阀、14-传感器元件、15-钻井液、16-插头、17-油管下接头、18-上连接板、19-岩芯管、20-插孔、21-下连接板、22-管壁。
具体实施方式
45.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
46.整个保温保压岩芯储藏罐包括连接系统、位于最外侧的外壳6、位于外壳6中部的贮芯系统、传感器系统、电磁阀系统；
47.外壳通过连接系统与地应力测井机器人1和辅助测试短节3相连，贮芯系统上端和下端通过通过上连接板18和下连接板21与外壳6相连，传感器系统位于贮芯系统内部，电磁阀系统位于贮芯系统的上下两端；
48.外壳6耐受外部高压，保护外壳中的其他系统，外壳6为圆筒状，可与地应力测井机器人1和辅助测试短节3的外壳套接在一起，电路管道4和油路管道10为环形管道，位于外壳6与贮芯系统之间，电路管道4与外壳6相邻，油路管道10与电路管道4相邻；电路管道4中的电路与地应力测井机器人1和辅助测试短节3中的电路通过连接系统相连接；外壳6和贮芯系统之间充满耐高温机油10，并通过油路管道11进行液压平衡，保障外壳内外压力平衡，油路管道10通过连接系统与地应力测井机器人1和辅助测试短节3中的油路管道相连接。
49.连接系统包括油管上接头11、油管下接头17、插头16和插孔20，油管下接头17开有和辅助测试短节3的油管上接头相配套的小孔，保温保压岩芯贮藏罐2的油管下接头17与辅助测试短节3中的油管上接头可以套接在一起，保温保压岩芯贮藏罐2的油管上接头11与地应力测井机器人1中的油管接头可以套接在一起，维持外壳内部与外部钻井液压力相等，提高设备的耐压性能；保温保压岩芯贮藏罐2的密封插头16和密封插孔20，分别与地应力测井机器人1和辅助测试短节3中的插孔和插头相连接。
50.贮芯系统包括外耐压套筒5、保温层8、内套筒7及岩芯管19，外耐压套筒5由高强度不锈钢制作，用以耐受贮芯系统内部与外壳6内部机油之间的压力差，内套筒7由隔热陶瓷材料制成，用于储存岩芯，保温层8为外耐压套筒5与内套筒7之间的空间，通过抽取真空实现保温功能，岩芯管19在内套筒7内，内部注有钻井液15，钻孔时产生高温加热钻井液15，钻井液15对岩芯9进行保温；岩芯管19上端与地应力测井机器人1中的取芯钻机相连，如果下部为辅助测试短节3，岩芯管止于贮芯系统下端，如果下部为其他保温保压岩芯储藏罐,则直接通至下方贮芯系统，其作用是提供岩芯9移动的通道。
51.传感器系统包括温度传感器和压力传感器，均位于贮芯系统内部，封装在传感器元件14中。温度传感器用以测量并记录贮芯系统内的温度，其自带电源和储存芯片，在设备回收到地面后读取记录的时间和温度参数。压力传感器用以测量并记录贮芯系统内的压力，其自带电源和储存芯片，在设备回收到地面后读取记录的时间和压力参数。
52.电磁阀系统包括上下两个电磁阀，位于贮芯系统的上下两端，用于控制岩芯管的开闭，实现贮芯系统保压性能。
53.保温保压岩芯储藏罐的具体实现过程如下：
54.(1)在地应力测井机器人1和辅助测试短节3之间仅有一个保温保压岩芯储藏罐时
55.a、设备下井前，关闭上电磁阀12和下电磁阀13；
56.b、到达指定测试或者取芯深度，进行应力解除法测试或侧壁取芯作业；
57.c、打开上电磁阀12，将岩芯和钻井液通过岩芯管进入贮芯系统内；
58.d、打开地应力测井机器人的油管阀门，注入机油，直到压力传感器显示的保温保压岩芯储藏罐的压力与取芯时地下的压力相同；
59.e、传感器系统测量并记录贮芯系统内部液体温度和压力；
60.f、在测试深度完成多个应力解除法测试或者侧壁取芯作业后，岩芯依次进入贮芯系统，关闭上电磁阀12；
61.g、随设备回收至地面，拆卸保温保压岩芯储藏罐，直接送至实验室后取出岩芯，并读取压力和温度数据，并模拟此环境迅速开展变形参数试验。
62.(2)在地应力测井机器人1和辅助测试短节3之间有多个保温保压岩芯储藏罐(从上到下依次编号为1，2，
…
，n)时：
63.x表示测试或者取芯深度的编号，x初始值为1，每进行一次步骤b-f的循环后，x变成x+1；
64.a、设备下井前，关闭所有保温保压岩芯储藏罐的上电磁阀12和下电磁阀13，设备首先下放到最底部；
65.b、然后提升设备到达第x处测试或者取芯深度，进行应力解除法测试或侧壁取芯作业；
66.c、打开第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐上电磁阀12和第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐上方的所有电磁阀，将岩芯和钻井液通过岩芯管进入第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐的贮芯系统内；
67.d、打开地应力测井机器人的油管阀门，注入机油，直到压力传感器显示的保温保压岩芯储藏罐的压力与取芯时地下的压力相同；
68.e、第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐传感器系统测量并记录贮芯系统内部液体温度和压力；
69.f、在测试深度完成多个应力解除法测试或者侧壁取芯作业后，岩芯依次进入贮芯系统，关闭第n-x+1号保温保压岩芯储藏罐上电磁阀12；
70.g、x变成x+1，重复步骤b-f，直到x＝n；
71.h、随设备回收至地面，拆卸所有保温保压岩芯储藏罐，直接送至实验室后取出岩芯，并读取压力和温度数据，并模拟此环境迅速开展变形参数试验。
72.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。