岩心含水饱和度测量系统的制作方法

本发明有关于一种岩心含水饱和度测量系统，尤其有关于一种油气勘探开发技术领域中的岩心含水饱和度测量系统。

背景技术：

岩心含水饱和度是油气勘探过程中一项重要的基础数据，其测定对于加深对地层的认识有着重要的意义，尤其是在录井作业中，尽可能快速准确的测量出岩心含水饱和度，对于快速了解地层含油水情况具有重要意义。

现有技术中存在一种基于氯离子探测技术的岩心含水饱和度分析方法：用去离子水浸泡岩心，测定浸出液中的氯离子浓度l测、去离子水体积v水、岩心样品的体积v岩、地层水中的氯离子浓度l地、岩心孔隙度φ等数据，并以上述测量结果作为常规方法测得的已知参数，用公式计算出岩心含水饱和度，该方法测量的量少，简便快捷，适于现场分析。

但上述测量方法仅采用密封容器浸泡岩心，当岩心中含有一定气体时，去离子水和岩心中的孔隙水会被气体隔开使得二者较难接触，进而使浸出岩心孔隙水中的氯离子需要很长时间。此外，孔隙水中若含有的氯离子量相对较少，其顺浓度梯度向去离子水扩散的速度也会变缓，去离子水与孔隙水中达到氯离子浓度平衡的时间会相应变长，若等待时间较短则测量出的氯离子浓度偏差较大。上述现有技术中也未说明如何得到岩心孔隙度数据；且测量孔隙度有多种方法，包括：利用饱和煤油等物理方法、电测、ct扫描或核磁共振等，上述方法得到的孔隙度数据所需的步骤、时间和成本差别较大且得到的孔隙度数据与该岩心的对应情况未知，使得最后带入公式计算得到的岩心含水饱和度数据可能会有偏差。

因此，有必要提供一种新的测量岩心含水饱和度的测量系统，来克服上述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种岩心含水饱和度测量系统，能够加快岩心孔隙水中离子的扩散，效率高，且岩心的受热更为均匀，该岩心含水饱和度测量系统能够准确测量岩心含水饱和度所需的各项数据。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明的岩心含水饱和度测量系统，其包括离子浓度测量装置，包括：

外壳，其具有一开口，所述开口上密封有能拆卸的上盖，所述外壳内安装有上反射板和位于所述上反射板下方的下反射板，所述外壳上设有能连接真空泵的抽真空接口；

岩心盛放容器，其能转动地设于所述外壳的内部，所述岩心盛放容器的上端设有岩心入口，所述岩心盛放容器位于所述上反射板和所述下反射板之间，所述岩心盛放容器与所述外壳之间形成有加热环腔，所述抽真空接口与所述加热环腔相对连通，所述加热环腔通过所述岩心入口与所述岩心盛放容器的内腔相连通；

微波发生器，其安装于所述外壳内，所述微波发生器具有能量输出端，所述能量输出端位于所述加热环腔内；

离子计，其安装于所述上反射板，所述离子计通过所述岩心入口能伸入所述岩心盛放容器的内腔。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述外壳内设有旋转底座，所述旋转底座的上端连接所述岩心盛放容器，所述旋转底座的下端连接有步进电机，所述步进电机安装于所述外壳的底壁，所述岩心盛放容器通过所述步进电机带动所述旋转底座转动而能转动地设置在所述外壳内。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述外壳的底壁设有安装槽，所述旋转底座设于所述安装槽内，所述旋转底座的下端面沿圆周方向间隔设有多个滚珠，多个所述滚珠与所述外壳的底壁能滚动地接触。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述旋转底座的下端设有电机安装槽，所述电机安装槽内设有卡扣槽，所述步进电机的输出端设有卡扣块，所述步进电机安装在所述电机安装槽中，所述卡扣块与所述卡扣槽卡扣连接；所述步进电机通过电机固定螺栓固定连接在所述外壳的底壁。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述微波发生器设于所述下反射板的下方，所述下反射板上设有安装孔，所述微波发生器的能量输出端通过所述安装孔伸入所述加热环腔内。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述微波发生器具有发生器外壳，所述发生器外壳内设有磁铁和螺旋状的微波管，所述微波管套设在所述磁铁的外周，所述能量输出端设于所述发生器外壳的上表面，所述发生器外壳的下端通过固定螺栓与所述外壳的底壁固定连接。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述离子计包括依次连接的固定塞、温度传感器和测试管，所述上反射板上设有离子计安装孔，所述固定塞位于所述上反射板的上表面，所述温度传感器位于所述上反射板的下表面，所述测试管通过所述离子计安装孔伸入所述岩心盛放容器的内腔。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述上反射板上设有三个离子计安装孔，三个所述离子计安装孔中各设有一个所述离子计。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，三个所述离子计分别为氯离子计、钠离子计和钾离子计。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述外壳的上端外周壁沿圆周方向间隔设有多个下锁紧块，所述上盖的外周壁沿圆周方向间隔设有多个上锁紧块，所述上锁紧块与所述下锁紧块之间穿设有锁紧螺栓。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述上盖上设有泄压孔，所述泄压孔处连接有泄压阀。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述岩心盛放容器为透明容器，所述外壳上设有观察窗，所述观察窗与所述岩心盛放容器水平相对。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述外壳上设有能绕所述外壳转动的把手，所述把手包括弧形的握持段及分别连接在所述握持段两端的两个滑管，所述滑管能滑动地设置在所述握持段的端部，所述滑管能转动地与所述外壳相连。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述岩心盛放容器的外周壁上端沿圆周方向间隔设有多个抓耳。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述岩心含水饱和度测量系统还包括冷凝装置，所述冷凝装置包括冷凝罐、密封盖和量瓶，在所述上盖和所述上反射板打开的状态下，所述密封盖能密封扣合在所述岩心盛放容器的岩心入口；所述冷凝罐具有一罐壳，所述罐壳具有冷凝腔，所述冷凝腔中设有冷凝管，所述冷凝管的一端通过输入导管与所述密封盖连接，所述冷凝管的另一端通过输出导管与所述量瓶连接，所述罐壳上设有与所述冷凝腔连通的进水口和出水口。

如上所述的岩心含水饱和度测量系统，其中，所述冷凝管为螺旋状的冷凝管。

本发明的岩心含水饱和度测量系统具有如下优点：

本发明的岩心含水饱和度测量系统，其微波发生器产生的微波在上反射板和下反射板之间反射，能够对岩心盛放容器内盛放的岩心进行加热，其加热效率高，且可以促使岩心孔隙水中的离子快速扩散；另外，岩心盛放容器能转动地设置，以使其内盛放的岩心受热更为均匀；再有，通过外壳上的抽真空接口与真空泵相连，一方面将岩心内部的气体抽出，使得去离子水和岩心孔隙水直接接触，进一步促进去离子水浸入岩心，便于岩心孔隙水中离子的扩散，另一方面，实现岩心在真空环境下的加热，进一步提高了加热效率并促进岩心孔隙水中的离子快速扩散。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置以及其配套设备的结构示意图；

图2为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置状态一的结构示意图；

图3为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置状态二的结构示意图；

图4为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置的外壳结构示意图；

图5为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置的岩心盛放容器、微波发生器、下反射板和旋转底座的组合状态示意图；

图6为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置的下反射板、步进电机、微波发生器和旋转底座组合状态示意图；

图7为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置的旋转底座结构示意图；

图8为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置的步进电机的结构示意图；

图9为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置的微波发生器的结构示意图；

图10为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置的离子计的结构示意图；

图11为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置的上反射板的结构示意图；

图12为本发明的岩心含水饱和度测量系统的离子浓度测量装置的下反射板的结构示意图；

图13为本发明的岩心含水饱和度测量系统的冷凝装置的结构示意图；

图14为本发明的岩心含水饱和度测量系统的冷凝装置的冷凝管的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图14所示，本发明提供一种岩心含水饱和度测量系统，其包括离子浓度测量装置10，所述离子浓度测量装置10包括：外壳2，其具有一开口203，所述开口203上密封有能拆卸的上盖1，所述外壳2内安装有上反射板3和位于所述上反射板3下方的下反射板8，所述外壳2上设有能连接真空泵100的抽真空接口23；岩心盛放容器5，其能转动地设于所述外壳2的内部，所述岩心盛放容器5的上端设有岩心入口52，所述岩心盛放容器5位于所述上反射板3和所述下反射板8之间，所述岩心盛放容器5与所述外壳2之间形成有加热环腔(图中未示出)，所述抽真空接口23与所述加热环腔相对连通，所述加热环腔通过所述岩心入口52与所述岩心盛放容器5的内腔相连通；微波发生器6，其安装于所述外壳2内，所述微波发生器6具有能量输出端61，所述能量输出端61位于所述加热环腔内；离子计32，其安装于所述上反射板3，所述离子计32通过所述岩心入口52能伸入所述岩心盛放容器5的内腔。本发明的岩心含水饱和度测量系统，其微波发生器6产生的微波在上反射板3和下反射板8之间反射，能够对岩心盛放容器内盛放的岩心进行加热，其加热效率高，且可以促使岩心孔隙水中的离子快速扩散；另外，岩心盛放容器5能转动地设置，以使其内盛放的岩心受热更为均匀；再有，通过外壳2上的抽真空接口23与真空泵100相连，一方面将岩心内部的气体抽出，使得去离子水和岩心孔隙水直接接触，进一步促进去离子水浸入岩心，便于岩心孔隙水中离子的扩散，另一方面，实现岩心在真空环境下的加热，进一步提高了加热效率并促进岩心孔隙水中的离子快速扩散。

具体地，如图1至图4所示，外壳2大体为一上端具有开口203的圆筒，外壳2的外壁中部设有两个抽真空接口23，两个抽真空接口23径向相对设置，该抽真空接口23可通过真空管线231与真空泵100连接，通过真空泵100对外壳2的内腔进行抽真空处理。

另外，在本实施例中，该抽真空接口23上可设有保护盖232，在真空泵100不与抽真空接口23连接的状态下，将保护盖232盖设在抽真空接口23处，能起到防尘保护的作用。

进一步的，在本发明中，外壳2的下部设有两个插针接口24，两个插针接口24径向相对设置；外壳2的上部设有三个通讯接口22，三个通讯接口22沿外壳2的圆周方向等间隔设置。

再有，在本实施例中，外壳2上设有能绕外壳2转动的把手4，该把手4包括弧形的握持段41及分别连接在握持段41两端的两个滑管42，滑管42能滑动地设置在握持段41的端部，且滑管42能转动地与外壳2相连。具体的，滑管42内可设有滑槽，握持段41的端部可设有凸棱，凸棱能嵌入滑槽内以实现握持段41与滑管42的滑动配合，当提拉握持段41时，握持段41的两端能伸出滑管42一段距离但不会脱离滑管42，便于操作者使用，当放下握持段41时，握持段41的两端会收入滑管42内，以节省空间。进一步的，外壳2的下端面设有三个支腿25，作为外壳2的底部支撑使用。

如图1所示，上盖1大体为一圆盘形，其密封地扣合在外壳2的开口203处，上盖1上设有泄压孔(图中未标出)，泄压孔处连接有泄压阀12，当外壳2处于真空状态时，上盖1很难打开，此时打开泄压阀12，使外壳2内部与外界连通直至二者压力相同，即可进行上盖1的拆卸。外壳2的上端外周壁沿圆周方向间隔设有多个下锁紧块26，上盖1的外周壁沿圆周方向间隔设有多个上锁紧块13，上锁紧块13与下锁紧块26之间穿设有锁紧螺栓11。在本实施例中，上盖1的外周壁沿圆周方向均匀间隔设有三个上锁紧块13，外壳2的上端外周壁沿圆周方向间隔均匀地设有三个下锁紧块26，当上盖1密封扣合在外壳2上端时，三个上锁紧块13能与三个下锁紧块26对位配合，通过在上锁紧块13与下锁紧块26之间穿设有锁紧螺栓11，实现上盖1与外壳2的密封连接；进一步的，上盖1和外壳2之间还可设有密封圈，保证外壳2的密封。

如图3至图6以及图11和图12所示，外壳2内安装有上反射板3和位于上反射板3下方的下反射板8，上反射板3的下表面和下反射板8的上表面均可以反射微波，例如在本发明中，上反射板3和下反射板8均由金属材料制成，从而能实现反射微波的功能。在本实施例中，上反射板3大体呈圆盘状，外壳2的内壁上端沿圆周方向设有多个上支撑块20，在本实施例中，上支撑块20为三个，上反射板3放置在三个上支撑块20上，且上反射板3与外壳2的内壁之间具有一定的缝隙，可供空气流通；该上反射板3的上端面设有扶手31，方便其安装拆卸。下反射板8大体呈圆环状，外壳2的内壁的下端沿圆周方向设有多个下支撑块28，在本实施例中，下支撑块28为三个，下反射板8放置在三个下支撑块28上，且下反射板8与外壳2的内壁之间具有一定的缝隙，可供空气流通。上反射板3和下反射板8上下相对设置在外壳2内，二者之间可以相互反射微波，以防止微波能量浪费。

如图5所示，岩心盛放容器5大体为一圆筒，其上端设有岩心入口52，岩心盛放容器5能竖直转动地设置在外壳2内，其与外壳2之间形成加热环腔，外壳2上的抽真空接口23与加热环腔相对连通，加热环腔通过岩心入口52与岩心盛放容器5的内腔相连通。当真空泵100抽真空时，不但能使整个外壳2的内部形成真空环境，而且还可对岩心盛放容器5内放置的岩心进行抽真空处理，以将岩心中存在的气体抽出，使得浸泡岩心的去离子水能够与岩心孔隙水直接接触，促进去离子水浸入岩心，便于岩心孔隙水中离子的扩散。

如图5、图6和图9所示，微波发生器6大体为一圆筒，其具有发生器外壳65，发生器外壳65内设有磁铁63和螺旋状的微波管62，微波管62套设在磁铁63的外周，该发生器外壳65的上表面设有能量输出端61，发生器外壳65的下端能通过固定螺栓27与外壳2的底壁固定连接，在微波发生器6的底部设有供电口64，供电口64通过电线与外壳2上的插针接口24连接，其中，插针接口24为三针插口，控制柜通过插针接口24控制微波发生器6工作。插针接口24上还可设有保护盖241，可以作为插针接口24的防尘保护罩使用。微波发生器6设于下反射板8的下方，下反射板8上设有安装孔81，微波发生器6的能量输出端61通过安装孔81伸入加热环腔内，在微波管62和磁铁63的共同作用下，能量输出端61能够输出微波，微波在上反射板3和下反射板8之间反射，以对加热环腔进行加热，进而加热岩石盛放容器5的内腔及其内的岩心。

如图3和图10所示，上反射板3上设有多个离子计32，在本实施例中，离子计32包括依次连接的固定塞322、温度传感器323和测试管321，上反射板3上设有离子计安装孔33，固定塞322位于上反射板3的上表面，温度传感器323位于上反射板3的下表面，测试管321通过离子计安装孔33伸入岩心盛放容器5的内腔。具体的，上反射板3上设有三个离子计安装孔33，三个离子计安装孔33中各设有一个离子计32，在本发明中，三个离子计32分别为氯离子计、钠离子计和钾离子计，能分别测试去离子水中的氯离子浓度、钠离子浓度和钾离子浓度，本发明采用三个离子计同时测量，能够节约时间。该离子计32能通过信号线与外壳2上的通讯接口22连接，其中，通讯接口22为双针插口，其可将采集到的信号传输到控制柜；另外，该通讯接口22上可套设保护盖221，作为防尘保护罩使用。

根据本发明的一个实施方式，如图5至图8所示，该外壳2内设有旋转底座7，该旋转底座7的上端连接岩心盛放容器5，该旋转底座7的下端连接有步进电机71，该步进电机71安装于外壳2的底壁，该岩心盛放容器5通过步进电机71带动旋转底座7转动而能转动地设置在外壳2内。

具体的，旋转底座7由圆筒75及连接在圆筒75上端的圆环形的凸缘76组成。旋转底座7设置在外壳2的底壁，在本发明中，如图4所示，于外壳2的底壁上设有安装槽29，旋转底座7的圆筒75设于安装槽29内，该旋转底座7的下端面，也即圆筒75的下端面，沿圆周方向间隔设有多个滚珠72，多个滚珠72与外壳2的底壁能滚动地接触；旋转底座7的凸缘76穿设在环形的下反射板8中，该凸缘76的上表面设有能安装岩心盛放容器5的岩心容器安装槽73。

该旋转底座7的下端，也即圆筒75的下端，设有电机安装槽74，电机安装槽74内设有卡扣槽(图中未标出)，步进电机71的输出端设有卡扣块711，步进电机71安装在电机安装槽74中，卡扣块711与卡扣槽卡扣连接；如图4所示，外壳2的底壁上设有固定孔202，步进电机71的底部设有螺栓孔713，步进电机71通过电机固定螺栓714固定连接在外壳2的底壁。该步进电机71可通过电线与外壳2上插针接口24连接，其中，插针接口24为三针插口，外部控制柜通过插针接口24能控制步进电机71工作，以使步进电机71带动旋转底座7和岩心盛放容器5缓慢转动，使对待测岩心的加热更为均匀，进一步加速岩心孔隙水中离子的扩散。

根据本发明的一个实施方式，该岩心盛放容器5为透明容器，外壳2上设有观察窗21，观察窗21与岩心盛放容器5水平相对，操作者可以通过观察窗21随时观察岩心盛放容器5内的实验情况。

根据本发明的一个实施方式，岩心盛放容器5的外周壁上端沿圆周方向间隔设有多个抓耳51，在本发明中，岩心盛放容器5的上端外周壁沿圆周方向等间隔设有四个抓耳51。实验时，可以利用挂钩勾住抓耳51，将岩心盛放容器5放入外壳2或自外壳2内取出。

根据本发明的一个实施方式，如图13至图14所示，本发明的岩心含水饱和度测量系统还包括冷凝装置9，该冷凝装置9包括冷凝罐95、密封盖91和量瓶97，在上盖1和上反射板3打开的状态下，密封盖91能密封扣合在岩心盛放容器5的岩心入口52；冷凝罐95具有冷凝腔(图中未标出)，冷凝腔中设有冷凝管90，冷凝管90的一端通过输入导管92与密封盖91连接，冷凝管90的另一端通过输出导管96与量瓶97连接，冷凝罐95上设有与冷凝腔连通的进水口93和出水口94。在本实施例中，冷凝管90为螺旋状的冷凝管，蒸汽在通过冷凝管90时，能尽量长时间的与进水口93通入的冷水相作用而冷凝，最后流入量瓶97，利用量瓶97读取冷凝液体的体积。

利用本发明的岩心含水饱和度测量系统来测量岩心含水饱和度的工作过程如下：

1、将待测量的岩心放到岩心盛放容器5中，在岩心盛放容器5中加入去离子水，把岩心盛放容器5安装到旋转底座7的岩心容器安装槽73内，记录岩心盛放容器5中装入的去离子水体积v水，此时，设置岩心盛放容器5中的初始温度为20℃～40℃。

2、扣合上反射板3，上反射板3上装上三个离子计32，扣合上盖1并旋紧锁紧螺栓11，此时，外壳2成为一个密封容器。在外部控制柜上进行操作控制，打开微波发生器6，对加热环腔进行加热；启动真空泵100开始抽真空；启动步进电机71，以使步进电机71带动旋转底座7和岩心盛放容器5缓慢转动。然后，在控制柜的电脑上观察三个离子计32所测的氯离子、钠离子和钾离子的浓度变化，测出氯离子、钠离子、钾离子在去离子水中最先达到浓度平衡的离子的浓度，记录为ρ测；

3、步进电机71停止转动，真空泵100和微波发生器6停止工作，停止抽真空和加热。打开上盖1，卸下上反射板3，取出岩心盛放容器5中的岩心，排出岩心盛放容器5内的去离子水，然后再将岩心放入岩心盛放容器5内，之后将冷凝装置9的密封盖91密封扣合在岩心盛放容器5的岩心入口52，启动微波发生器6继续加热，以实现对岩心进行高温加热干馏，形成高温蒸汽，高温蒸汽通过密封盖91和输入导管92进入冷凝管90，同时，冷凝装置9的进水口93通入冷水，冷水从出水口94流出，高温蒸汽冷凝变成冷凝液体，冷凝液体流入量瓶97，通过观察窗21观察，岩心干馏完成后，停止微波发生器6对岩心的加热，此时读出量瓶97中冷凝液体的体积，即岩心孔隙体积v孔；

4、测量氯离子、钠离子和钾离子在去离子水中最先达到浓度平衡的那种离子在该岩心所在的地层水中的离子浓度ρ地测；

5、根据公式sw＝v水ρ测/v孔ρ地测，计算出岩心含水饱和度的值，其中，

sw：岩心含水饱和度(％)，v水：去离子水体积(单位：l)；ρ测：去离子水中最先达到浓度平衡的离子的浓度(单位：mg/l)；v孔：岩心孔隙体积，即通过量瓶97测量出的自岩心孔隙中干馏出的液体的体积(单位：l)；ρ地测：去离子水中最先达到浓度平衡的离子对应在地层水中的该离子的浓度(单位：mg/l)。

本发明的岩心含水饱和度测量装置，其微波发生器6产生的微波在上反射板3和下反射板8之间反射，能够对岩心盛放容器5内盛放的岩心进行加热，其加热效率高，且可以促使岩心孔隙水中的离子快速扩散；另外，步进电机71带动旋转底座7和岩心盛放容器5缓慢的转动，使得岩心的受热更为均匀；再有，通过外壳2上的抽真空接口23与真空泵100相连，一方面将岩心内部气体抽出，使得去离子水和岩心孔隙水直接接触，进一步促进去离子水浸入岩心，便于岩心孔隙水中离子的扩散，另一方面，实现岩心在真空环境下的加热，进一步提高了加热效率并促进岩心孔隙水中离子的快速扩散；采用三种离子计32同时测量，可以节省时间，提高效率。在对岩心进行干馏时，不需要更换仪器，直接接入冷凝装置9，一体化测试，测量步骤少，准确度高。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。