一种超高压非金属岩心夹持器的制作方法

本实用新型涉及油气勘探开发领域，尤其涉及一种超高压非金属岩心夹持器。

背景技术：

CT技术发展很快，已作为岩心分析中常规的测试技术，广泛应用于岩心描述、岩心的非均质性测定、岩心样品选择、裂缝定量分析、在线饱和度的测量、流动实验研究等方面。通过对岩石物性进行定量和图像分析，直观表征岩石的孔隙结构、非均质性、剩余油分布；对驱替过程进行可视化研究，深刻了解采油机理、监测流体分散与窜流特性、认识聚合物驱对提高波及面积影响，揭示地层伤害机理等。利用 CT 技术可以得到岩心内部流体的饱和度沿程分布信息，对于岩心的研究，利用CT 技术更可直观的得到每个层内的流体饱和度分布信息，并可进一步研究层间窜流现象。

目前，对于模拟地层超高压力条件下的岩样分析手段，是在金属超高压夹持器内进行，只能针对物理量来进行科研实验，比如饱和、驱替。实际情况下，岩石在地层温度和压力以及其他因素的影响下，使得其孔隙结构分布杂乱无序。利用常规手段并不能真实反应岩石内部结构。现在也有一部分利用非金属材料制成的夹持器，比如碳素纤维材料，可以加载一定的压力，模拟地层条件，做岩心CT扫描或者做核磁共振成像。但是由于材料特性和结构的影响，现有的非金属夹持器只能在20MPa以下工作，深层岩石孔隙闭合不够完全，并不能真实有效的模拟深地层条件，因此就需要一种受力均匀、耐高压和密封性好的非金属岩心夹持器。

如中国专利201010610693.8所述的一种用于 CT 扫描的非均质多层岩心夹持器由外壳，橡胶筒，岩心左顶头，岩心右顶 头，左固定套筒，右固定套筒，左紧固套筒、右紧固套筒和固定支架构成 ；其特征在于：聚醚醚酮树脂外壳为圆筒状，橡胶筒置于外壳内部，与外壳同轴心:多层岩心模型位 于橡胶筒内空腔中；岩心左顶头，岩心右顶头可拆卸地抵顶在橡胶筒内、多层岩心模型的两端，其形状和尺寸与橡胶筒内壁相符，橡胶筒的内壁与岩心左顶头和岩心右顶头之间形成容纳多层岩心模型的岩心容室；左固定套筒和右固定套筒，分别套设在岩心左顶头和岩心右顶头上，左固定套筒和右固定套筒外周与外壳两端通过轴向围压密封圈连接 ；橡胶筒外 壁，左固定套筒和右固定套筒和外壳内壁之间形成一密闭环形围压空间 ；左紧固套筒和右 紧固套筒分别套设在岩心左顶头和岩心右顶头上，位于左固定套筒和右固定套筒外侧 ；外壳上设有围压接口、围压排气孔、围压卸压孔 ；岩心左顶头中设有进液口连通岩心容室，设有岩心排气孔连通岩心容室与外界大气 ；岩心右顶头中设有中层出液口、上层出液口、下层出液口，连通岩心容室，每个出液口分别对准一层岩心模型，在岩心右顶头上对应相邻两层岩心模型间的接缝处设置条形出液口密封垫，以使通过每层岩心模型的流出液从各层相应的出液口流出 ；固定支架位于外壳下方。

上述的用于 CT 扫描的非均质多层岩心夹持器，在密封性能比较差，且只能测试一般的压强为20MPa，对于超高压状态下，该结构密封性和结构的不合理就体现出来了，无法完成在100Mpa下的岩心CT扫描。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种超高压非金属岩心夹持器，压力值可以高达100MPa；该设计不仅提高了实验压力，结构上也更合理，在0-180℃范围内满足CT扫描和核磁共振成像的工作条件。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种超高压非金属岩心夹持器，其创新点在于：包括夹持器主体、封头、封头压帽、岩心、岩心塞、岩心塞堵头和调节压帽；

所述夹持器主体为非金属筒状结构，夹持器主体中间开有容纳岩心的通孔，夹持器主体的两端外壁上设置有螺纹；岩心和岩心塞置于夹持器主体的通孔中且与夹持器主体的内壁之间留有形成环压的间隙；

所述封头具有一对分别连接在夹持器主体的两端，所述封头的一端设置有容纳夹持器主体端部的圆柱孔，封头的另一端设置有容纳岩心塞堵头的圆台孔，该圆台孔与圆柱孔导通且圆台孔的侧壁上设置有岩心塞堵头定位台面，封头的外壁上分别设置有覆压气口和测压探头口且均与圆台孔导通；

所述封头压帽具有一对且封头压帽上设置有一容纳封头端部的空腔，该空腔的内壁通过螺纹分别连接在位于夹持器主体两端的封头上；封头压帽的中间设置有岩心塞堵头安装孔；

所述岩心塞堵头呈圆柱状安装在封头压帽的岩心塞堵头安装孔内；岩心塞堵头的中间开有岩心塞安装孔，该岩心塞安装孔的一端设置有内螺纹；岩心塞堵头的一端设置有岩心塞堵头限位台，该岩心塞堵头限位台的一端定位在封头圆台孔侧壁上设置的岩心塞堵头定位台面处，该岩心塞堵头限位台的另一端定位在封头压帽的岩心塞堵头安装孔边缘；

所述岩心通过一对岩心塞夹持在夹持器主体通孔的中间位置；所述岩心塞沿着轴线方向开有流道，岩心塞包括内岩心塞和外岩心塞；所述内岩心塞为非金属圆柱状结构，夹持在岩心上的内岩心塞的一端设置有胶套卡槽，该胶套卡槽上套有环绕岩心的无氢材质胶套；内岩心塞的另一端与外岩心塞通过螺纹相连；外岩心塞穿过封头且与岩心塞堵头的岩心塞安装孔相配合；所述外岩心塞的外轮廓上设置有调节压帽限位台面；

所述调节压帽的中间设置容纳外岩心塞穿过的圆孔，调节压帽的外轮廓与岩心塞堵头的岩心塞安装孔通过螺纹连接，调节压帽的一端顶在外岩心塞的调节压帽限位台面上；旋转调节压帽通过岩心塞堵头的螺纹传动将岩心塞驱动位移顶紧位于夹持器主体内部的岩心。

进一步的，所述岩心塞堵头的侧壁上沿着轴线方向设置有测温探孔，监控温度是否处于0-180度的温度范围。

进一步的，所述岩心塞堵头靠近岩心塞堵头限位台的端面上沿着轴线方向延伸有一圆环状薄壁，该薄壁的内径与岩心塞堵头的岩心塞安装孔的内径相同，岩心塞堵头适用于酸碱盐不同介质且可自由更换。

进一步的，所述非金属的夹持筒体两端连接的结构为金属结构且外岩心塞也为金属结构。

进一步的，所述内岩心塞与外岩心塞直径一致相连且岩心塞与夹持器主体之间留有间隙，内岩心塞的端部设置有一螺纹凸起，该螺纹凸起的半径小于内岩心塞的轮廓半径；外岩心塞的端部设置有与该螺纹凸起相匹配的螺纹盲孔，且螺纹盲孔的底端设置有密封结构。

进一步的，在夹持器主体与封头的衔接位置、岩心塞堵头与封头的衔接位置、调节压帽与岩心塞堵头的位置均设置有密封圈。

进一步的，所述封头容纳岩心塞堵头的圆台孔的内径由外到内逐渐减小。

本实用新型的优点在于：

1）夹持器主体与内岩心塞在采用非金属材质满足CT扫描和核磁共振成像的工作条件的同时两端采用金属的结构，且外岩心塞也为金属结构，避免外岩心塞与其外部件之间材质不一致导致在多次拆卸和装配时造成岩心塞的损坏，降低使用寿命，同时减少了非金属材料的使用，降低了成本；

2）岩心塞堵头的侧壁上沿着轴线方向设置有测温探孔，可随时监控夹持器主体的内部的温度情况，便于观察在不同温度下流体对岩心的作用情况；

3）岩心塞堵头靠近岩心塞堵头限位台的端面上沿着轴线方向延伸有一圆环状薄壁，该薄壁的内径与岩心塞堵头的岩心塞安装孔的内径相同，防止调节压帽在调节岩心塞的时候由于岩心的尺寸过小导致外岩心塞的调节压帽限位台面与岩心塞堵头错位造成密封性降低的情况，且在不增加整体长度的情况下，延长了导向面积，适用于不同大小的岩心结构；

4）内岩心塞与外岩心塞直径一致相连，减少了气体在通过岩心塞与夹持器主体之间间隙的气体阻力，降低了压损；

5）在夹持器主体与封头的衔接位置、岩心塞堵头与封头的衔接位置、调节压帽与岩心塞堵头的位置均设置有密封圈，保证了在增大压力的情况下，整个岩心夹持的密封性能良好，不会发生泄露的情况；

6）封头容纳岩心塞堵头的圆台孔的内径由外到内逐渐减小，便于岩心塞堵头一端的圆环薄壁的延伸以及留有在岩心塞堵头上设置的测温探孔进行监测空间。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为超高压非金属岩心夹持器的剖视图。

图2为超高压非金属岩心夹持器的局部放大图。

图3为超高压非金属岩心夹持器的封头剖视图。

图4为超高压非金属岩心夹持器的封头压帽剖视图。

图5为超高压非金属岩心夹持器的岩心塞堵头剖视图。

图6为超高压非金属岩心夹持器的岩心塞剖视图。

图7为超高压非金属岩心夹持器的调节压帽剖视图。

如图1至图7所示：1、岩心夹持器主体；11、通孔；2、封头；21、圆柱孔；22、圆台孔；23、岩心塞堵头定位台面；24、覆压气口；25、测压探头口；3、封头压帽；31、空腔；32、岩心塞堵头安装孔；4、岩心；5、岩心塞；51、流道；52、内岩心塞；53、外岩心塞；531、调节压帽限位台面；6、岩心塞堵头；61、岩心塞安装孔；62岩心塞堵头限位台；63、测温探孔；64、薄壁；7、调节压帽；71、圆孔；8、胶套。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1至图7所示的一种超高压非金属岩心夹持器，包括夹持器主体1、封头2、封头压帽3、岩心4、岩心塞5、岩心塞堵头6和调节压帽7。

夹持器主体1为非金属筒状结构，夹持器主体1中间开有容纳岩心的通孔11，夹持器主体1的两端外壁上设置有螺纹；岩心4和岩心塞5置于夹持器主体1的通孔11中且与夹持器主体1的内壁之间留有形成环压的间隙，可以利用热源对夹持器进行循环式加热。

封头2具有一对分别连接在夹持器主体1的两端，所述封头2的一端设置有容纳夹持器主体1端部的圆柱孔21，封头2的另一端设置有容纳岩心塞堵头6的圆台孔22，该圆台孔22与圆柱孔21导通且圆台孔22的侧壁上设置有岩心塞堵头定位台面23，封头2的外壁上分别设置有覆压气口24和测压探头口25且均与圆台孔22导通。

封头压帽3具有一对且封头压帽3上设置有一容纳封头2端部的空腔31，该空腔31的内壁通过螺纹分别连接在位于夹持器主体1两端的封头2上；封头压帽3的中间设置有岩心塞堵头安装孔32。

岩心塞堵头6呈圆柱状安装在封头压帽3的岩心塞堵头安装孔32内；岩心塞堵头6的中间开有岩心塞安装孔61，该岩心塞安装孔61的一端设置有内螺纹；岩心塞堵头6的一端设置有岩心塞堵头限位台62，该岩心塞堵头限位台62的一端定位在封头2圆台孔22侧壁上设置的岩心塞堵头定位台面23处，该岩心塞堵头限位台62的另一端定位在封头压帽3的岩心塞堵头安装孔32边缘。

岩心4通过一对岩心塞5夹持在夹持器主体1通孔11的中间位置，所述岩心塞5沿着轴线方向开有流道51，岩心塞5包括内岩心塞52和外岩心塞53；所述内岩心塞52为非金属圆柱状结构，夹持在岩心4上的内岩心塞52的一端设置有胶套卡槽，该胶套卡槽上套有环绕岩心的无氢材质胶套8；内岩心塞52与岩心4接触的端面设置有环形沟槽，便于流体充分进入岩心4中；内岩心塞52的另一端与外岩心塞53通过螺纹相连；外岩心塞53穿过封头2且与岩心塞堵头6的岩心塞安装孔61相配合；所述外岩心塞53的外轮廓上设置有调节压帽限位台面531。

调节压帽7的中间设置容纳外岩心塞53穿过的圆孔71，调节压帽7的外轮廓与岩心塞堵头6的岩心塞安装孔61通过螺纹连接，调节压帽7的一端顶在外岩心塞53的调节压帽限位台面531上；旋转调节压帽7通过岩心塞堵头6的螺纹传动将岩心塞5驱动位移顶紧位于夹持器主体1内部的岩心4。

岩心塞堵头6的侧壁上沿着轴线方向设置有测温探孔63，可随时监控夹持器主体1的内部的温度情况，便于观察在不同温度下流体对岩心4的作用情况。

岩心塞堵头6靠近岩心塞堵头限位台62的端面上沿着轴线方向延伸有一圆环状薄壁64，该薄壁64的内径与岩心塞堵头6的岩心塞安装孔61的内径相同，防止调节压帽7在调节岩心塞5的时候由于岩心4的尺寸过小导致外岩心塞53的调节压帽限位台面531与岩心塞堵头6错位造成密封性降低的情况，岩心塞堵头适用于酸碱盐不同介质且可自由更换，且在不增加整体长度的情况下，延长了导向面积，适用于不同大小的岩心结构。

夹持器主体1与内岩心塞52在采用非金属材质满足0-180度CT扫描和核磁共振成像的工作条件的同时两端采用金属的结构，且外岩心塞53也为金属结构，避免外岩心塞53与其外部件之间材质不一致导致在多次拆卸和装配时造成岩心塞5的损坏，降低使用寿命。

内岩心塞52与外岩心塞53直径一致相连，减少了气体在通过岩心塞5与夹持器主体1之间间隙的气体阻力，降低了压损。

在夹持器主体1与封头2的衔接位置、岩心塞堵头6与封头2的衔接位置、调节压帽7与岩心塞堵头6的位置均设置有密封圈，保证了在增大压力的情况下，整个岩心夹持的密封性能良好，不会发生泄露的情况。

封头2容纳岩心塞堵头6的圆台孔22的内径由外到内逐渐减小，便于岩心塞堵头6一端的圆环薄壁64的延伸以及留有在岩心塞堵头6上设置的测温探孔63进行监测空间。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。