岩石样品取芯装置的制作方法

本发明涉及地质勘探开发技术领域，特别地涉及一种岩石样品取芯装置。

背景技术：

在例如页岩层的地层中，通常以吸附或游离的方式贮存有大量的天然气，属于非常规气藏。在页岩中，以这种形态贮存的天然气的含量一般大于90％，因此其含量的大小直接关系到天然气的富集程度和开发技术。

在我国，通常通过非密闭式的方法获取页岩层的岩石样品，并对这种岩石样品进行检测以估算地层中的天然气含量。在获取岩石样品的过程中，岩石样品中吸附或游离的天然气，尤其是在岩石样品表面及其附近吸附或游离的天然气，容易在压降的作用下逸出。由于页岩层通常较深，获取岩石样品的时间较长，因此这种逸出较为严重，从而使得天然气的损失较大，并且损失量的波动也较大。在对损失的天然气进行估算时，这种损失会导致估算的误差较大，从而会造成对例如页岩层的地层中的天然气的贮存量的估算产生较大的误差。这会对天然气的进一步开发和研究造成较大的影响。

因此，需要一种能为更加精确地估算天然气含量而提供岩石样品的装置。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种岩石样品取芯装置，能为更加精确地估算天然气含量而提供岩石样品。

本发明提出了一种岩石样品取芯装置，包括容纳岩石样品的容纳筒，以及与容纳筒相连并能伸入到容纳筒内的取芯器，其中，取芯器能对样品容纳腔内的岩石样品进行取芯。

通过本发明提出的岩石样品取芯装置，能对从地层中取出的岩石样品进行取芯。岩石样品内部的天然气与岩石样品表面的天然气相比，损失较少，尤其是对于页岩这种具有低孔低渗特点的岩石样品而言，其内部的天然气损失能大体忽略 不计。将从地层中直接取出的岩石样品放入到筒体内的样品容纳腔内，并通过夹持组件进行固定。再通过取芯器对固定好的岩石样品进行取芯，即可得到天然气损失量较少的岩芯。对这种岩芯进行检测，能够使估算出的天然气含量更加准确。

在一个实施例中，岩石样品取芯装置还包括容纳于容纳筒内的固定件，固定件与岩石样品的一端相接触以固定岩石样品。通过固定件将岩石样品固定在容纳筒内，能有效保证岩石样品不会在取芯过程中活动，从而有效保证了取心过程的顺利进行。

在一个实施例中，固定件包括与容纳筒的轴线相垂直的抵接部，抵接部能抵在岩石样品的表面上以固定岩石样品。通过抵接部可将岩石样品抵在其他固定件上或容纳筒的内壁上，通过这种结构将岩石样品固定在容纳筒内。

在一个实施例中，岩石样品取芯装置还包括从抵接部朝向设置岩石样品的一侧延伸的卡爪，其中，卡爪与抵接部包围岩石样品的一端以固定岩石样品。通过卡爪与抵接部一起接触岩石样品，能更加稳定地固定岩石样品。另外，此时抵接部不必对岩石样品施加较大的压力，由此防止了岩石样品受挤压而损坏。

在一个实施例中，固定件与容纳筒的筒壁密封式接触。这样能使岩石样品所在的环境密封，从而在取芯的过程中，能够防止岩石样品继续向外泄露天然气。

在一个实施例中，在容纳筒内设置有两个固定件，两个固定件沿筒体的轴线相对设置以在两个固定件之间固定岩石样品。通过两个固定件能固定岩石样品的相对两端，从而能更加有效而稳定地固定岩石样品。

在一个实施例中，两个固定件中的至少一个能沿容纳筒的轴线移动。通过这种结构能方便地调节两个固定件之间的空间的位置和大小，由此能对多种尺寸的岩石样品进行取芯。

在一个实施例中，容纳筒包括第一端为开口而第二端为封闭的筒体，以及与筒体的第一端相连以封闭开口的筒盖，固定件容纳于筒体内。这种结构的容纳筒结构简单，并令使用者能更加方便地将岩石样品放入到容纳筒内。

在一个实施例中，两个固定件沿筒体的轴线相对设置于筒体内，在筒盖与距离筒盖较近的固定件之间设置有用于固定固定件的位置的定位件。通过这种结构能在对岩石样品取芯的过程中，有效固定住定位件，由此能有效固定住岩石样品。

在一个实施例中，岩石样品取芯装置还包括连通到容纳筒的内部以调节岩石样品所在的环境的压力的压力调节器，和/或岩石样品取芯装置还包括连通到容纳 筒的内部以调节岩石样品所在的环境的温度的温度调节器。通过压力调节器能将岩石样品所在的环境中的压力调节至与地层中的压力相同或相似，以减小甚至消除岩石样品内外的压降，进而防止了岩石样品内的天然气逸出。通过温度调节器能将岩石样品所在的环境中的温度调节至与地层中的压力相同或相似，以进一步防止岩石样品内的天然气的逸出。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)能对从例如页岩的地层中取出的岩石样品进行取芯。(2)将从地层中直接取出的岩石样品放入到样品容纳腔内，并通过夹持组件进行固定。再通过取芯器对固定好的岩石样品进行取芯，即可得到天然气损失量较少的岩芯。(3)对这种岩芯进行检测，能够使估算出的天然气含量更加准确。(4)为非常规气藏，尤其是页岩气藏中的天然气含量的勘探技术应用提供了可靠的技术手段，具有相对经济、便与大量测试等优点，应用前景乐观。

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。其中：

图1显示了本发明的岩石样品取芯装置的一个实施例的整体结构示意图。

图2显示了将岩石样品装入图1的岩石样品取芯装置内的结构示意图。

图3显示了本发明的岩石样品取芯装置的另一个实施例的整体结构示意图。

图4显示了将岩石样品装入图3的岩石样品取芯装置内的结构示意图。

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。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了本发明的岩石样品取芯装置10(以下简称装置10)的整体结构。装置10包括用于容纳岩石样品20的容纳筒。容纳筒包括筒体11和与筒体11相连的筒盖12。筒体11的第一端111为开口的，第二端112为封闭的，筒盖12设置在第一端111处以与筒体11一起包围岩石样品20，为岩石样品20提供适合于取芯的样品容纳腔30。

优选地，筒盖与筒体为密封式相连的，从而能使容纳筒内的压力保持一定，进而能使容纳筒内的压力趋近于岩石样品内的压力，由此减小岩石样品内外的压降，防止岩石样品内的天然气进一步逸出。例如，容纳筒可为密闭保压箱。

装置10还包括能延伸至样品容纳腔30内的取芯器17。通过取芯器17可对岩石样品20进行取芯，以获取岩芯。

由于岩石样品，尤其是页岩的岩石样品，需要从较深的地层中取出，因此在取出的过程中岩石样品所包含的天然气极易在压降的作用下逸出，从而会使检测到的岩石样品的天然气贮存量存在很大误差。但是岩石样品内部的天然气与岩石样品表面的天然气相比，不容易逸出。尤其是对于例如页岩这种具有低孔低渗特点的岩石，取得的岩石样品虽然表面及其附近的天然气会有较大的损失，但是岩石样品内部的天然气能被较好地保留下来，损失量可忽略不计。对这种岩石样品取芯，即可得到天然气损失量较小并甚至可忽略不计的岩芯，由此能有效保证天然气贮存量的检测精度。这第一方面是由于，上述的岩石样品内部的天然气损失量较低。第二方面是由于，对岩石样品取芯的过程较短，岩芯表面及其附近的天然气还未来得及逸出，即能开始检测了。第三方面，这是因为岩芯是岩石样品的一部分，因此其表面积相对较小，表面损失的天然气则会相应地更少。这三个方面的因素结合在一起，保证了检测到的岩芯的天然气含量更贴近于其存在的地层中时实际的天然气含量。

装置10还包括设置在容纳筒内的固定件，固定件与容纳筒的内壁一起包围并形成样品容纳腔30，岩石样品能被固定件固定在样品容纳腔30内。

在图1所示的实施例中，在容纳筒(筒体11)内仅设置有一个固定件13。固定件13包括垂直于筒体11的轴线的抵接部131。在将岩石样品20装入到筒体11内后，可通过抵接部131将岩石样品20抵在筒体的第二端112的内壁上，以在筒体的轴向上固定住岩石样品20。另外，当抵接部131以足够的力将岩石样品20抵在筒体的第二端112上时，还能有效防止岩石样品20沿与筒体的轴向垂直的方向移动，从而进一步保证了取芯过程的顺利进行。

固定件13还优选地包括与抵接部131相连的卡爪132。卡爪132沿筒体的轴线方向从抵接部131朝向设置岩石样品20的样品容纳腔30延伸。在将岩石样品20放入到筒体内后，卡爪和抵接部可分别接触到岩石样品的不相平行的表面上，并包围岩石样品的一端，以更加稳定地固定岩石样品。如图1所示，岩石样品20 大体为圆柱形的，并且其轴线与筒体11的轴线相平行或重合。在岩石样品20的下方设置卡爪131，以托住岩石样品20的周向表面，并令抵接部131抵住岩石样品20的端面。通过这种结构将岩石样品固定在固定件13与筒体11之间，以稳定地进行取芯。

优选地，卡爪132为多个，沿周向布置在筒体11的内侧。例如可如图2所示的那样将两个卡爪132对称设置在岩石样品的上下两侧，以将岩石样品稳定固定在两个卡爪132之间。这样能保证岩石样品不易在与筒体的轴向垂直的方向上移动。另外，还可沿筒体11的周向再设置其他卡爪132，以在其他方向上固定岩石样品。

尤其是在放入岩石样品的过程中，可先将岩石样品夹持在卡爪132之间，再将岩石样品和固定件一起放入到筒体13内，对其固定。这样，能进一步保证取芯过程的顺利进行，保证了取得的岩芯的完整性。卡爪132与筒体的轴线之间的距离为可调的，以适应不同尺寸的岩石样品。

在如图3所示的实施例中，在筒体内还设置有固定件14。如图3所示，固定件14设置于固定件13和筒体的第二端112之间，从而使样品容纳腔30形成于固定件13和固定件14之间。

固定件14包括垂直于筒体的轴线的抵接部141，抵接部141与抵接部131相对设置。如图4中所示的那样，将岩石样品20装入后，固定件13的抵接部131能和固定件14的抵接部141抵在岩石样品20的两端处，并固定岩石样品20。

如图4所示，固定件14还能包括与抵接部141相连的卡爪142。卡爪142的结构和设置方式与卡爪132大体相似。卡爪142设置于抵接部141用于夹持岩石样品的一侧，并朝向筒体的轴线延伸。卡爪142与抵接部141一起包围岩石样品的另一端，以更稳定地固定住岩石样品。

优选地，卡爪142也为多个，沿周向布置在筒体11的内侧。例如可如图2所示的那样将两个卡爪142对称设置在岩石样品的上下两侧，以将岩石样品稳定固定在两个卡爪142之间。这样能保证岩石样品不易在与筒体的轴向垂直的方向上移动。另外，还可沿筒体11的周向再设置其他卡爪132，以在其他方向上固定岩石样品。

在将岩石样品放入筒体内时，可先将岩石样品夹于卡爪142之间，使其相对固定，然后再将固定件13推入，以将岩石样品完全固定住。卡爪142与筒体的轴线之间的距离为可调的，以适应不同尺寸的岩石样品。

为了适应于不同尺寸的岩石样品，固定件13可沿筒体的轴线移动，并设置在筒体的第一端和取芯器17之间的任一位置处。固定件14的位置可为固定的，也可设置为可变的，以进一步适应岩石样品的尺寸。

在为岩石样品20取芯时，为了保证固定件13能有效定位，可在固定件13与筒盖12之间设置定位件15。当通过固定件13固定住岩石样品20后，岩石样品内的天然气会继续在压降的作用下逸出，从而筒体11内的压力会相应升高，并对固定件13产生较大的压力。如图1到4所示的定位件一端与筒盖相接触，另一端与固定件相接触，从而能利用筒体与筒盖之间强力的连接而保证固定件13能稳定地保持在夹持岩石样品的位置。

优选地，定位件为可伸缩定位件。这种定位件能更加方便地适应不同尺寸的岩石样品20。

如图3或4所示，可令固定件13和14与筒体11的周向内侧壁密封式相连。具体来说，可令抵接部131和141与筒体11的内壁密封式相连。优选地，还可令卡爪132和142与筒体11的内壁密封式相连。这样一来，天然气只能逸出到容积较小的样品容纳腔30内，从而使岩石样品所在的环境中的压力能快速上升至与岩石样品内的天然气压力相等，进而进一步减少了天然气损失量。

另外，还可设置与样品容纳腔相连通的压力调节器，并通过压力调节器将样品容纳腔内的压力调节至岩石样品在地层中受到的压力，由此方便而直接地消除了岩石样品与其所在环境中的压降。

在一个优选的实施例中，还可设置与样品容纳腔相连通的温度调节器。通过温度调节器将岩石样品所在的环境温度调节至地层中的温度，以减少甚至防止岩石样品内的天然气逸出。

应理解地是，压力调节器和温度调节器可分别设置，也可将压力调节器和温度调节器集成为如图1到4中所示的温压调节器16。温压调节器16固定于筒体的周向侧壁上，并延伸至样品容纳腔内，以调节样品容纳腔内的温度及压力。并能通过密封件18在筒体与筒盖、筒体与夹持组件、筒体与取芯器17以及筒体与温压调节器之间形成密封。

使用上述装置10，能为准确地估算天然气含量而提供岩芯，即天然气损失量较少的岩石样品的一部分，使得估算出的非常规气藏，尤其是页岩气藏中的天然气含量误差较小，为非常规气藏，尤其是页岩气藏的勘探研究提供了更为精确、可靠的含气量数据。

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。