一种岩心分段式密封装置及其使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种岩心分段式密封装置及其使用方法，属于油气地质领域。本装置包括贮心筒和充气密封圈；所述贮心筒为筒状结构，一端为密封端，另一端为开口端；在所述开口端设有顶盖；在所述贮心筒的壁上开有至少两组装配孔，每组装配孔包括在圆周上相隔180°的两个通孔，所有通孔的轴线均与贮心筒1的轴线垂直；在所述贮心筒的内壁上安装有至少两个环形密封圈槽；每一个环形密封圈槽对应一组装配孔，每组装配孔使其对应的环形密封圈槽与外界连通；在每个所述环形密封圈槽内安装有一个所述充气密封圈。利用本发明实现了岩心的快速、分段密封保存，减少了大气条件下气体逸散，为下步分析测试以及研究工作奠定基础。
【专利说明】一种岩心分段式密封装置及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于油气地质领域，具体涉及一种岩心分段式密封装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 岩心作为一种宝贵的地层样品，即使在由井底提升到井口的过程中，会发生流体 扩散溢出等现象，但仍然可以通过各种技术手段，获得地层流体、地层岩性、矿物组成、储集 渗透性能及其相互关系等重要信息，在油气评价工作中具有不可替代的作用。当前，为了从 岩心获得地层流体信息，并减轻岩心提升到井口后流体的进一步散失，采用了多种技术方 法和手段。
[0003] 据"SY/T5336-1996岩心常规分析方法"和"SY/T5336-2006岩心常规分析方法"介 绍，岩心的密封保存主要采取容器密封法、冷冻法、蜡封等方法，具体如下：
[0004] (1)容器密封法：岩心可直接装入容器，也可以用铝箔、聚乙烯或其他合适的塑料 包装后密封在容器中。装入容器中的岩心有两种方式保存，一是在容器中不倒入任何液体； 二是容器中倒入定量的测定岩样时所用的液体，即将称量后的岩样泡在测定液中密封。该 方法适用于保存分析油水饱和度的岩样及特殊要求的岩样。
[0005] (2)冷冻法：用-25°C低温冰柜冷冻。需要运输时，在岩心周围覆盖干冰。适用于 保存疏松岩心。
[0006] (3)浸液涂层法（蜡封法）：用一容器将石蜡熔化，温度70-90°C，将岩心表面处理 干净，并标明顶底深度，用锡纸包好，赶掉纸与岩心之间的空气，并用不吸水的胶带包紧，最 后在岩心段中部用铁丝捆上，铁丝结尾系成环状。当蜡达到要求时把岩心浸入蜡中，蜡沾满 整个岩心后很快拿出，重复3-4次，使岩心全部被蜡封住，蜡层厚度达l-2mm。该方法适用于 保存胶结好的，用以分析油水饱和度的岩心。
[0007] (4)塑料袋包装法：塑料袋只用于短期的岩心保存。岩心与塑料袋之间的空间应 该小一点，如果塑料袋太大，可以折叠起来使用。塑料袋上应清晰地做好标签并进行合适的 机械固定处理。
[0008] (5)热密封塑料薄膜包装法：有几种受热密封的塑料薄膜可以用来密封岩心。铝 箔或聚乙烯可用来增加薄膜的强度。塑料薄膜可阻挡水汽和气体，抵抗化学反应和流体降 解。这种方法中热密封是关键，为了能有效的密封，热密封材料温度要与厂家规定的一致。 材料上可以选择管状的薄膜，只密封两端。岩心包裹的两端空间应尽量小。
[0009] 上述的现有方法作为标准的一部分，在以往的工作中发挥了应有的作用。
[0010] 此外，汪忠兴（2010)等提出了一种钻井岩心长久保存方法（已申请专利）。主要 解决了从井底取出后断裂解体的岩心难以切割或切割后难以形成一个整体平面从而导致 难以保存的问题。其特征在于：先配制浇注材料；然后将要保存的岩心摆入聚乙烯U型托槽 中；将浇注材料缓慢倒入盛放有岩心的聚乙烯U型托槽中；室温下凝胶定型，恒温干燥箱中 固化定型后切割岩心，再放入透明有机玻璃U型托槽中，进行二次浇注，浇注后对透明有机 玻璃U型托槽中水晶胶表面进行磨平、磨光、抛光处理，达到光亮透明为止。应用该方法可 进行岩心的整体切割，切割平面光滑，永久保存原始岩心，不破碎，便于全方位观察。
[0011] 页岩气、致密砂岩气是当前的重要勘探领域，在页岩气勘探开发过程中，气体的赋 存方式及其含量是研究重点之一，特别是获得岩心沿轴向含气量及其组分变化等信息，对 于页岩气的评价研究具有重要意义。从这一需求出发，现有的方法具有以下几个方面的不 足和局限性。一是不便于气体的收集和分析测试；二是密封过程较长，容易导致气体逸散。 三是一段（一定长度）岩心密封保存之后，难以再在密封状态下获得这一段岩心轴向含气 变化的信息。为此，研究设计一种新的岩心密封保存装置及其方法是非常必要的。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种岩心分段式密封装 置及其使用方法，为页岩气评价等研究工作提供新手段、新方法，实现井场整块岩心的分段 式、快速密封保存，借助气体分析装置可以对岩心沿轴向分段进行气体含量测定，为岩心含 气轴向（地层垂向）变化规律、气体赋存状态研究，以及含气性与岩性、矿物组成、储集渗透 性能的关联分析研究等创造条件。
[0013] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0014] 一种岩心分段式密封装置，包括贮心筒和充气密封圈；
[0015] 所述贮心筒为筒状结构，一端为密封端，另一端为开口端；在所述开口端设有顶 盖；
[0016] 在所述贮心筒的壁上开有至少2组装配孔，每组装配孔包括在圆周上相隔180° 的两个通孔，所有通孔的轴线均与贮心筒1的轴线垂直；
[0017] 在所述贮心筒的内壁上安装有至少2个环形密封圈槽；每一个环形密封圈槽对应 一组装配孔，每组装配孔使其对应的环形密封圈槽与外界连通；
[0018] 在每个所述环形密封圈槽内安装有一个所述充气密封圈。
[0019] 在每相邻两组装配孔之间的贮心筒的壁上均设有一个进出气口，进出气口使贮心 筒的内腔与外部连通；
[0020] 在第一组装配孔与开口端之间以及最后一组装配孔与密封端之间的贮心筒的壁 上也均开有一个进出气口；所述进出气口用于向贮心筒内注气或采集贮心筒内的气体，也 可以与其他气体分析设备等连接。
[0021] 所述充气密封圈的外形为圆环状，内部为空心结构，在其外侧设有气嘴和固定杆， 二者以相隔180°的位置设置；
[0022] 所述气嘴与充气密封圈的内部空间连通，用于充气；
[0023] 所述固定杆用于充气密封圈的固定；
[0024] 所述气嘴和固定杆分别穿过环形密封圈槽对应的两个通孔；充气密封圈通过固定 杆和气嘴固定于环形密封圈槽内，可以更换；
[0025] 在所述充气密封圈的内侧设有凹形槽，在该凹形槽内设有凹陷可伸缩部分，在自 然状态下，所述凹陷可伸缩部分收缩在凹形槽内，当通过气嘴向充气密封圈内充气时，凹陷 可伸缩部分受压膨胀，伸出凹形槽。
[0026] 所述环形密封圈槽的外缘与贮心筒的内壁固定连接，环形密封槽的内径略大于岩 心直径，以方便岩心放入和取出。
[0027] 在贮心筒的开口端的外壁设有台阶，在该台阶上装有第二支撑环，在密封端的外 壁设有台阶，在该台阶上装有第一支撑环，在所述第二支撑环的靠近顶盖的一侧设有凹槽， 在该凹槽内放置有〇型密封圈，所述顶盖和贮心筒通过所述〇型密封圈密封。
[0028] 所述顶盖通过紧固件固定在开口端；在贮心筒的外圆柱面的底部设有底座15,以 方便贮心筒的固定和放置。
[0029] 所述岩心分段式密封装置进一步包括充填柱，所述充填柱安装在顶盖与岩心之 间；
[0030] 所述充填柱包括两个平行设置的充填块，两个充填块通过弹簧连接；
[0031] 所述充填块为圆盘状，其直径与标准岩心直径相等，当岩心的长度小于贮心筒1 的内部长度时，放入岩心后将其放入贮心筒，用于防止岩心在贮心筒内沿轴向活动、破裂。
[0032] -种所述岩心分段式密封装置的使用方法，包括以下步骤：
[0033] (1)将岩心取至地面出筒后，去掉岩心表面的钻井液，将其放置到贮心筒中，并旋 紧顶盖；
[0034] (2)接通气源，通过气嘴向充气密封圈中注入气体，使凹陷可伸缩部分膨胀并贴紧 岩心的表面，这样岩心与贮心筒之间的环形空间就被分割为N相互隔离的小段。
[0035] 所述步骤（1)中，当岩心的长度小于贮心筒的内部长度时，放入岩心后还要将充 填柱放入贮心筒内，使其位于岩心与顶盖之间；所述步骤（2)的N为充气密封圈的个数+1。
[0036] 所述方法进一步包括：
[0037] 在室内常温常压的条件下，或者在室内将贮心筒放置到水浴槽中加热的条件下， 将贮心筒的进出气口与气体分析设备连接，用于分析位于各小段内的岩心的气体解吸量及 其组分。
[0038] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0039] (1)岩心出筒后，岩心的快速、分段密封保存，能够减少大气条件下气体逸散，为下 步分析测试以及研究工作奠定基础；
[0040] (2)分段式快速密封的实现，为深入刻画岩心轴向含气量变化以及含气量与岩性、 矿物组成、储集渗透性能的相关分析奠定了基础；
[0041] (3)分段式快速密封的实现，为各段岩心气体解吸规律研究奠定了基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0042] 图1是本发明岩心分段式密封装置的剖面示意图。
[0043] 图2是本发明岩心分段式密封装置中的充气密封圈的结构示意图。
[0044] 图3是本发明岩心分段式密封装置中的充填柱的结构示意图。
[0045] 其中，1为贮心筒，2为环形密封圈槽，3为充气密封圈，4为气嘴，5为进出气口，6 为固定杆，7为0型密封圈,8为顶盖,9为紧固件,10为岩心，11为充填柱,12为第一支撑环， 13为第二支撑环，14为凹陷可伸缩部分，15为底座，301为充填块，302为弹簧。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0047] 如图1所示，一种岩心密封保存装置，至少包括以下部件，贮心筒1、充气密封圈3、 充填柱11等。
[0048] 贮心筒1具有通透的筒状结构，筒外缘底部设有底座15,以方便贮心筒固定、放 置；筒的一端为直接密闭（封），另一端设有开口和顶盖8,开口部位向外缘延伸，与顶盖8 及紧固件9配合，实现开口处的密封；贮心筒1外缘相隔180°设有两个孔，一个用于密封 圈3气嘴通过，一个用于密封圈固定杆6通过。贮心筒1的顶底分别设置有第一支撑环12 和第二支撑环13,起支撑作用。第一支撑环12设置于筒封闭的一端，第二支撑环13设置于 筒的开口端，且设有凹槽，用于放置0型密封圈7,顶盖8和筒体通过0型密封圈7贴合密 封，以便岩心10的放入取出和密封。
[0049] 贮心筒1的内侧筒以一定的间距（视需要而定）设有环形密封圈槽2,用于放置充 气密封圈3,在每个环形密封圈槽2上合适位置设有两个相隔180°的小孔，一个用于放置 充气密封圈气嘴4,另一个放置充气密封圈固定杆6。环形密封圈槽2的外缘以焊接等方式 与贮心筒内壁连接固定，环形密封槽2的内径略大于岩心直径，以方便岩心放入和取出；贮 心筒1上设有进出气口 5,用于向筒内注气或采集筒内的气体，也可以与其他气体分析设备 等连接。
[0050] 如图2所不，充气密封圈包括充气密封圈3,密封圈气嘴4,密封圈固定杆6和凹陷 可伸缩部分14。
[0051] 充气密封圈3的外形为圆环状，内部为空心结构，设有气嘴4和固定杆6,二者在密 封圈外缘，以相隔180°设置，气嘴4用于充气，固定杆6用于密封圈的固定。充气密封圈3 为硅橡胶制作，外表光滑、具有弹性、无毒无味，适用温度范围（-KKTC _280°C )。自然状态 下（即一个大气压的条件下），充气密封圈3的凹陷可伸缩部分14收缩在凹形槽内，当通过 气嘴4向密封圈气囊内充气时，密封圈气囊因受内压力作用而发生变形，中间凹进部分向 外胀起，伸出凹槽与岩心10的表面紧密接触，形成若干个（充气密封圈个数+1)相对独立 的可以保存岩心解吸气体的环形空间，从而实现岩心的分段密封和隔离；当需要解除密封、 隔离状态时，再通过气嘴4排出空气，密封圈膨胀部分自动回缩到凹槽内（自然状态），与岩 心表面脱离。
[0052] 如图3所示，充填柱11由两个充填块301和弹簧302组成，充填块301为圆盘状， 直径与标准岩心直径相当，由钢板等有一定强度、无孔的材质制成。当岩心10长度小于贮 心筒1内部长度时，放入岩心10后将其放入贮心筒，用于防止岩心在贮心筒内沿轴向活动、 破裂。
[0053] 本发明岩心密封保存的工作过程是：岩心至地面出筒后，去掉表面钻井液，迅速放 置到贮心筒中，当岩心长度小于贮心筒内部长度时，放入岩心后将充填柱放入贮心筒，并旋 紧顶盖；接通气源，向充气密封圈中注入气体，具有一定压力的气体使密封圈可伸缩部分膨 胀并贴紧岩心表面，此时，密封圈的密封作用将岩心与贮心筒之间的环形空间分割为几个 相对隔离的小段，当气体从岩心中释放解吸出来之后，分别集中在几个相对隔离的环状空 间中，从而实现了岩心的分段式密封保存。
[0054] 岩心密封后的应用方法：
[0055] (1)岩心经本发明装置密封之后，可以运输到实验室，进行各种分析测试；
[0056] (2)在室内、常温常压下，将贮心筒1的进出气口 5与气体分析设备连接，可以分析 各段岩心气体解吸量及其组分，为页岩气含量评价等提供基础数据。
[0057] (3)在室内，将贮心筒1放置到水浴槽中加热，分析各段岩心在不同温度条件下， 气体解吸量及其组分，为页岩气含量评价等提供基础数据。
[0058] (4)利用各分段的气体量、组分等数据与其他岩性、矿物组成、储集渗透性能等数 据的对比关联分析，为页岩气综合评价提供基础数据。
[0059] 本发明可以应用于油气地质领域。在钻井现场岩心出筒后，可以应用本发明设计 的岩心密封装置将岩心分段式密封保存。由于实现了分段式密封，故可以借助气体分析设 备，对岩心轴向含气量、组分及其变化进行分析，并可以与岩性、矿物组成、储集渗透性能等 进行对比关联分析研究。此外，还可以借助水浴加热等装置，进行一定温度条件下岩心的气 体解吸规律研究等。故具有推广应用价值和良好的应用前景。
[0060] 本发明可用于井场岩心的快速密封，不仅为油气地质领域提供了一种新装置，而 且分段式密封为岩心轴向气体含量等变化及其关联分析提供了新的途径和思路。
[0061] 上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本 发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本 发明上述【具体实施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制 性的意义。
【权利要求】
1. 一种岩心分段式密封装置，其特征在于：所述岩心分段式密封装置包括贮心筒和充 气密封圈； 所述贮心筒为筒状结构，一端为密封端，另一端为开口端；在所述开口端设有顶盖； 在所述贮心筒的壁上开有至少2组装配孔，每组装配孔包括在圆周上相隔180°的两 个通孔，所有通孔的轴线均与贮心筒1的轴线垂直； 在所述贮心筒的内壁上安装有至少2个环形密封圈槽；每一个环形密封圈槽对应一组 装配孔，每组装配孔使其对应的环形密封圈槽与外界连通； 在每个所述环形密封圈槽内安装有一个所述充气密封圈。
2. 根据权利要求1所述的岩心分段式密封装置，其特征在于：在每相邻两组装配孔之 间的贮心筒的壁上均设有一个进出气口，进出气口使贮心筒的内腔与外部连通； 在第一组装配孔与开口端之间以及最后一组装配孔与密封端之间的贮心筒的壁上也 均开有一个进出气口。
3. 根据权利要求2所述的岩心分段式密封装置，其特征在于：所述充气密封圈的外形 为圆环状，内部为空心结构，在其外侧设有气嘴和固定杆，二者以相隔180°的位置设置； 所述气嘴与充气密封圈的内部空间连通，用于充气； 所述固定杆用于充气密封圈的固定； 所述气嘴和固定杆分别穿过环形密封圈槽对应的两个通孔，充气密封圈通过固定杆和 气嘴固定于环形密封圈槽内； 在所述充气密封圈的内侧设有凹形槽，在该凹形槽内设有凹陷可伸缩部分，在自然状 态下，所述凹陷可伸缩部分收缩在凹形槽内，当通过气嘴向充气密封圈内充气时，凹陷可伸 缩部分受压膨胀，伸出凹形槽。
4. 根据权利要求3所述的岩心分段式密封装置，其特征在于：所述环形密封圈槽的外 缘与贮心筒的内壁固定连接，环形密封槽的内径略大于岩心直径。
5. 根据权利要求4所述的岩心分段式密封装置，其特征在于：在贮心筒的开口端的外 壁设有台阶，在该台阶上装有第二支撑环，在密封端的外壁设有台阶，在该台阶上装有第一 支撑环，在所述第二支撑环的靠近顶盖的一侧设有凹槽，在该凹槽内放置有〇型密封圈，所 述顶盖和贮心筒通过所述0型密封圈密封。
6. 根据权利要求5所述的岩心分段式密封装置，其特征在于：所述顶盖通过紧固件固 定在开口端；在C心筒的外圆柱面的底部设有底座。
7. 根据权利要求6所述的岩心分段式密封装置，其特征在于：所述岩心分段式密封装 置进一步包括充填柱，所述充填柱安装在顶盖与岩心之间； 所述充填柱包括两个平行设置的充填块，两个充填块通过弹簧连接； 所述充填块为圆盘状，其直径与标准岩心的直径相等。
8. -种权利要求7所述的岩心分段式密封装置的使用方法，其特征在于：所述方法包 括以下步骤： (1) 将岩心取至地面出筒后，去掉岩心表面的钻井液，将其放置到贮心筒中，并旋紧顶 盖； (2) 接通气源，通过气嘴向充气密封圈中注入气体，使凹陷可伸缩部分膨胀并贴紧岩心 的表面，这样岩心与贮心筒之间的环形空间就被分割为N相互隔离的小段。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤（1)中，当岩心的长度小于贮心 筒的内部长度时，放入岩心后还要将充填柱放入贮心筒内，使其位于岩心与顶盖之间； 所述步骤（2)的N为充气密封圈的个数+1。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括： 在室内常温常压的条件下，或者在室内将贮心筒放置到水浴槽中加热的条件下，将贮 心筒的进出气口与气体分析设备连接，用于分析位于各小段内的岩心的气体解吸量及其组 分。
【文档编号】G01N1/28GK104142258SQ201310168182
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】鲍云杰, 李志明, 黎茂稳, 王杰, 张文涛 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院