一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室及其连接机构的制作方法

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室及其连接机构。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

岩心束缚水饱和度是研究油气储层的重要参数，准确测定岩心在地层条件束缚水饱和度对岩心后期测试以及油气田开发具有重要指导意义。常规高速离心法束缚水饱和度测定是将饱和润湿相流体的岩心装入充满非湿相流体的离心机样盒中，使其在一定转速下旋转，由于润湿相与非润湿相流体密度不同，在相同的转速下两者所受的离心力不相同，借助于两相流体的离心力差来克服岩样的毛管力，使非湿相流体进入岩样并排驱出岩样中的湿相流体。离心机转速越高，则两相流体间的离心力差越大，排驱压力越高。随着离心机转速的提高，湿相流体不断被排出，最终达到稳定状态，此时的含水饱和度即为束缚水饱和度。常规高速离心法测量束缚水饱和度是在常温、常压条件下进行的，没有考虑地层温度、压力对束缚水饱和度的影响。目前国内外常规的离心机不能实现地层条件下束缚水饱和度的测定，即无法在离心机样品室上对样品岩心施加覆压，也无法满足在地层温度下进行测试，因而无法研究上覆压力及地层温度对岩心束缚水饱和度的影响。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明提供了一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室及其连接机构。通过可施加覆压、高温的岩心室，可以模拟不同地层压力、不同地层温度对岩心束缚水饱和度的影响。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室，包括：

中空腔体；

所述中空腔体上端和下端分别设置有上旋盖、下旋盖；

所述中空腔体内套装有弹性胶筒；

所述上、下旋盖的内侧面上分别设置有中空型凸起，所述下旋盖的内侧面还通过通孔与流量监测装置相连。

本申请采用弹性胶筒对岩心进行包覆，使用时，将中空型凸起深入弹性胶筒的内部，既可以实现对岩心的有效固定，同时从岩心中离心出的流体又可以沿中空型凸起汇聚到位于下旋盖底部的流量监测装置，实现对流量的实时监测。

在一些实施例中，所述中空型凸起为圆台形，圆台形设计可以更好地固定弹性胶筒，稳定性高，而且由于圆台下宽上窄，可以最大化地利用岩心室内的空间，提高流体的收集量。

在一些实施例中，所述下旋盖上的中空型凸起内设置有集水槽，所述集水槽可采用锥形结构，可以保证在测试的后期，分离的少量的流体快速、完整地汇聚至流量监测装置，提高检测的准确性。

在一些实施例中，所述弹性-胶筒的内径与中空型凸起上表面内径相同，使其能够通过下旋盖挤入圆筒形胶皮筒，将岩心有效固定。

在一些实施例中，所述岩心室还设置有电加热装置和进气装置。通过电加热和通入高压气体，可以形成类似于地层深处的压力及温度环境，实现不同覆压及地层温度下岩心束缚水饱和度的测试。

在一些实施例中，所述中空型凸起与弹性圆筒之间还设置有垫块。待测的岩心样品的尺寸差别较大，当其尺寸较小时，可以通过垫块将其固定，保证测量过程中，岩心始终处于较为稳定的状态。

本申请对岩心室的加热方式并不作特殊的限定，在一些实施例中，所述弹性胶筒上设置有电加热丝，以提高加热效率。

本发明还提供了一种覆压高速岩心离心机，包括：电机、转动轴、转盘、半球型保护腔、任一上述的岩心室，所述转盘通过转动轴与电机相连，所述转盘上中心对称地设置有多组固定装置，所述固定装置将岩心室固定在转盘上；所述转动轴上还设置有半球型保护腔，所述半球型保护腔位于转盘下方。上述设计可以实现多样品、不同覆压条件下的测试，提高了测试效率，并可研究相同转速下不同覆压条件对岩心束缚水饱和度的影响。

在一些实施例中，所述转盘上还设置有防脱落装置。防脱落装置与半球型保护腔可以在岩心室出现脱落等意外情况，使仪器可快速制动确保实验及人员安全。

本发明还提供了一种覆压高温下测试岩心束缚水饱和度的方法，包括：

待测岩心的预处理；

将岩心装入任一上述的岩心室，固定；

将所述岩心室放入离心机对岩心加覆压，达到预设压力后，关闭覆压阀门；再加热岩心室，使温度达到地层温度；

开始离心处理，在不同的离心速度下分别记录系统中排水量vt，当两次岩心排水量不再变化时，即完成一个测试点；

当前后两次前后排除水量相差不足4％时认为岩心达到束缚水饱和度。

上述测试方法简单、高效，准确度高。

在一些实施例中，不同转速下两相流体的离心力差等于毛管力，毛管力按下式计算：

pci＝1.097×10^-9δρ·l·(re-l/2)·n²

岩样内平均剩余流体饱和度为：

其中：pci-岩样驱替毛管力，mpa；l-岩样长度，cm；re-岩样半径，cm；△ρ-两相流体密度差，g/cm³；n-离心机转速，r/min；-岩样内平均剩余流体饱和度；ρ-水的密度，g/cm³。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明区别于传统离心测试方法，加入了可施加覆压的岩心样品室，用于模拟地层压力下的岩石样品，来研究地层压力对岩心束缚水饱和度的影响。

(2)本发明区别与传统离心测试方法，加入带有电阻丝加热且温度可控的岩心样品室，用于模拟地层温度条件，可研究地层温度对岩心束缚水饱和度的影响。

(3)本发明的四个样品室相对独立，可分别对四个样品室施加不同的覆压，实现多样品、不同覆压条件下的测试，提高了测试效率；并可研究相同转速下不同覆压条件对岩心束缚水饱和度的影响。

(4)本发明中电机进行不同转速条件下恒速旋转，可研究转速对束缚水饱和度的影响。

(5)本发明设有半球型保护腔以及岩心室防脱落装置，当岩心室出现脱落等意外情况，仪器可快速制动确保实验及人员安全。

(6)本申请的装置结构简单、使用方便，成本低、具有普适性，易于规模化生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例1的用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室结构图ⅰ；

图2为本发明实施例1的覆压高速离心机岩心室的转盘结构图；

图3为本发明实施例1的覆压高速离心机岩心室的相关装置剖面图；

图4为本发明实施例1的样品岩心不同转速即不同驱替毛管力下，含水饱和度与驱替毛管力关系图。

图5为本发明实施例4用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室的结构图ⅱ；

其中：1-上旋盖，2-圆筒形腔体，3-圆筒形胶皮筒，4-密封胶圈，5-样品岩心，6-集水槽，7-下旋盖，8-密封阀门，9-多孔垫块，10-圆台型凸起，11-恒温加热电阻丝，12-激光微量计量器，13-终端，14-转盘卡腔，15-岩心室，16-岩心室固定器，17-岩心室防脱落装置，18-高速电动机，19-转动轴，20-离心机转盘，21-半球形保护缸。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，针对目前的离心机不能实现地层条件下束缚水饱和度的测定的问题。因此，本发明提出一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室及其连接机构，包括电机、被电机驱动的转动轴、被转动轴驱动的转盘、半球型保护腔及放置岩心的岩心室。

所述转轴设有卡部，所述转盘设有卡腔，所述电机与转轴相连，转轴通过所述电机提供扭力，并将其传递给转盘。

所述转盘设有卡腔、岩心室、岩心室固定器、岩心室防脱落装置。所述卡腔与转轴卡部相连，通过转轴与电机相连由电机提供扭力带动转盘旋转。所述岩心室固定器与转盘为一体构造并通过轴承与岩心室相连。所述岩心室防脱落装置为与电源总开关相连的金属挡板。

所述岩心室包括圆形上旋盖、圆筒形腔体、胶皮筒、圆型下旋盖、密封阀门、多孔垫块、恒温加热电阻丝、集水槽、激光微量计量器、岩心室固定器。所述上旋盖中设有螺纹、密封胶圈、圆台型密封凸起。

所述圆筒形腔体设有螺纹可与上下旋盖紧密相连。

所述圆筒形胶皮筒内径与圆台型凸起上表面内径相同，上下旋盖可通过旋转将圆台凸起挤入胶皮筒实现无缝衔接。

所述圆形下旋盖设有螺纹、密封胶圈、圆台型上开口中空型凸起、集水槽。所述螺纹可与圆筒形腔体紧密相连，所述圆台型上开口中空型凸起内径与胶皮筒内径相同，可通过下旋盖挤入圆筒形胶皮筒。

所述集水槽位于圆台型上开口中空型凸起内部，底部出口端与激光微计量器相连，可将岩心中排出流体导入激光微计量器，由终端实时观测排出流体体积，从而记录样品岩心含水饱和度。

所述密封阀门伸入圆筒形腔体内部，可与高压气源相连，实现通过过高压气源对胶皮筒加压使胶皮筒受挤压而紧密贴紧样品岩心，且密封阀门可旋紧从而保持圆筒形腔体内压力并脱离高压气源。

优选的，所述多孔垫块为当岩心长度小于上下端圆台型凸起长度时，使用不同垫块组合保证胶皮筒被完全填充，保证胶皮筒在高压不会出现由于较大孔隙而出现过度压缩减少胶皮筒使用寿命。

所述恒温加热电阻丝位于胶皮筒及圆筒形腔体间，由终端控制温度。

激光微量计量器与下端中空圆台型凸起内集水槽相连，由集水槽将排除流体导入激光微计量装置中，通过终端实时记录排除流体体积。

此处岩心室固定器与转盘处的岩心室固定装置为嵌套式结构，可将岩心室与转盘紧密连接，保证样品岩心在工作中能够得到有效离心。

使用覆压高速离心机高温高压岩心室进行束缚水饱和测定包括以下步骤：

步骤1：岩心钻切，本仪器使用的岩心为直径为2.5cm的标准岩心柱，实验岩心需按规格进行钻切处理。

步骤2：岩心打磨，岩心切割后需要进行前后端断面的打磨，保证前后端断面平整。

步骤3：岩心洗油。

步骤4：岩心烘干，称取干重m1。

步骤5：岩心抽真空饱和水。

步骤6：称岩心湿重m2。

步骤7：打开离心机上盖，取出岩心室，打开上旋盖，将饱和水的岩心放入岩心室，加入适量多孔垫块保证胶皮筒被完全充满，旋紧上旋盖。

步骤8：将岩心室放入离心机，并用高压气源对岩心加覆压，待压力达到设定压力后关闭岩心室覆压阀门，记录覆压值。打开温控装置，设定地层温度，加热岩心室，使温度达到地层温度。

步骤9：打开高速离心机并设置转速，转速由低到高逐级增加，在恒定转速下每20min读取激光微计量系统中排水量vt，当两次岩心排水量不再变化时，即完成一个测试点。

步骤10：逐级增大转速并重复步骤9操作，当前后两次前后排除水量相差不足4％时认为岩心达到束缚水饱和度。

不同转速下两相流体的离心力差等于毛管力，毛管力按下式计算：

pci＝1.097×10^-9δρ·l·(re-l/2)·n²

岩样内平均剩余流体饱和度为：

其中：pci-岩样驱替毛管力，mpa；l-岩样长度，cm；re-岩样半径，cm；△ρ-两相流体密度差，g/cm³；n-离心机转速，r/min；-岩样内平均剩余流体饱和度；ρ-水的密度，g/cm³。

以下通过具体的实施例对本申请的技术方案进行说明。

实施例1

如图3所示，一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室及其连接机构，包括电机18、被电机驱动的转动轴19、被转动轴驱动的转盘20、半球型保护腔21、及放置岩心的岩心室15。

所述转轴设有卡部14，所述转盘设有卡腔14，所述电机18与转轴19相连，转轴19通过所述电机18提供扭力，并将其传递给转盘20。

所述转盘设有卡腔14、岩心室15、岩心室固定器16、岩心室防脱落装置17。所述卡腔14与转轴卡部14相连，通过转轴19与电机18相连由电机提供扭力带动转盘20旋转。所述岩心室固定器16与转盘20为一体构造并通过轴承与岩心室15相连。所述岩心室防脱落装置17为与电源总开关相连的金属挡板。

所述岩心室15包括上圆形上旋盖1、圆筒形腔体2、胶皮筒3、圆型下旋盖7、密封阀门8、多孔垫块9。所述上旋盖中设有螺纹、密封胶圈4、圆台型密封凸起10。

所述圆筒形腔体2设有螺纹可与上下旋盖紧密相连。

所述圆筒形胶皮筒3内径与圆台型凸10起上表面内径相同，上下旋盖可通过旋转将圆台凸起挤入胶皮筒实现无缝衔接。

所述圆形下旋盖7设有螺纹、密封胶圈4、圆台型上开口中空型凸起10、集水槽6。所述螺纹可与圆筒形腔体紧密相连，所述圆台型上开口中空型凸起10内径与胶皮筒3内径相同，可通过下旋盖挤入圆筒形胶皮筒，所述集水槽6位于圆台型上开口中空型凸10底部、下旋盖7内部。

所述密封阀门8伸入圆筒形腔体2内部，可与高压气源相连，实现通过过高压气源对胶皮筒3加压使胶皮筒受挤压而紧密贴紧样品岩心，且密封阀门8可旋紧从而保持圆筒形腔体内压力并脱离高压气源。

所述多孔垫块9为当岩心长度小于上下端圆台型凸起10长度时，使用不同垫块组合保证胶皮筒被完全填充，保证胶皮筒在高压不会出现由于较大孔隙而出现过度压缩减少胶皮筒使用寿命。

所述恒温加热电阻丝11位于胶皮筒3及圆筒形腔体2间，由终端13控制温度。

激光微量计量器12可计量由岩心室样品排出的流体体积。

使用覆压高速离心装置进行束缚水饱和测定包括以下步骤：

步骤1：岩心钻切，本仪器使用的岩心为直径为2.5cm的标准岩心柱，实验岩心需按规格进行钻切处理。

步骤2：岩心打磨，岩心切割后需要进行前后端断面的打磨，保证前后端断面平整。

步骤3：岩心洗油。

步骤4：岩心烘干，称取干重m1。

步骤5：岩心抽真空饱和水。

步骤6：称岩心湿重m2。

步骤7：打开离心机上盖，取出岩心室15，打开上旋盖1，将饱和水的岩心放入岩心室15，加入适量多孔垫块9保证胶皮筒3被完全充满，旋紧上旋盖1。

步骤8：将岩心室15放入离心机，并用高压气源对岩心加覆压，待压力达到设定压力后关闭岩心室覆压阀门，记录覆压值。打开温控装置13，设定地层温度，加热岩心室，使温度达到地层温度。

步骤9：打开高速离心机并设置转速，转速由低到高逐级增加，在恒定转速下每20min读取激光微计量系统中排水量vt，当两次岩心排水量不再变化时，即完成一个测试点。

步骤10：逐级增大转速并重复步骤9操作，当前后两次前后排除水量相差不足4％时认为岩心达到束缚水饱和度。

不同转速下两相流体的离心力差等于毛管力，毛管力按下式计算：

pci＝1.097×10^-9δρ·l·(re-l/2)·n²

岩样内平均剩余流体饱和度为：

其中：pci-岩样驱替毛管力，mpa；l-岩样长度，cm；re-岩样半径，cm；△ρ-两相流体密度差，g/cm³；n-离心机转速，r/min；-岩样内平均剩余流体饱和度；ρ-水的密度，g/cm³。

由上述步骤可得图4，样品岩心不同转速即不同驱替毛管力下，含水饱和度与驱替毛管力关系图。

实施例2：

使用实施例1中的覆压高速离心机高温高压岩心室及其连接机构进行高压下束缚水饱和度测量，包括以下步骤：

步骤1：重复实施例1中的步骤1-步骤7。

步骤2：将岩心室15放入离心机，并用高压气源通过密封阀门8对胶皮筒3进行加压，与实施例1的区别在于此时设置不同的压力值并待压力稳定后，记录覆压值，并放入离心机中。

步骤3：重复实施例1中步骤9-步骤10。

可得在不同覆压条件下岩心束缚水饱和度情况，对比两例实验结果可探究不同上覆压力对岩心束缚水饱和度影响。

实施例3：

使用实施例1中的覆压高速离心机高温高压岩心室及其连接机构进行高温下束缚水饱和度测量，包括以下步骤：

步骤1：重复实施例1中的步骤1-步骤7。

步骤2：将岩心室15放入离心机，并用高压气源通过密封阀门8对胶皮筒3进行加压，与实施例1的区别在于此时设置不同的温度值并待温度稳定后，记录实验温度，并放入离心机中。

步骤3：重复实施例1中步骤9-步骤10。

可得在不同温度条件下岩心束缚水饱和度情况，对比两例实验结果可探究不同温度对岩心束缚水饱和度影响。

实施例4

一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室，包括：

中空腔体2；

所述中空腔体2上端和下端分别设置有上旋盖1、下旋盖7；

所述中空腔体2内套装有弹性胶筒3；

所述上、下旋盖1、7的内侧面上分别设置有中空型凸起10，所述下旋盖的内侧面还通过通孔与流量监测装置12相连。

本申请采用弹性胶筒3对岩心进行包覆，使用时，将中空型凸起10深入弹性胶筒3的内部，既可以实现对岩心的有效固定，同时从岩心中离心出的流体又可以沿中空型凸起10汇聚到位于下旋盖7底部的流量监测装置12，实现对流量的实时监测。

实施例5

一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室，包括：

中空腔体2；

所述中空腔体2上端和下端分别设置有上旋盖1、下旋盖7；

所述中空腔体2内套装有弹性胶筒3；

所述上、下旋盖1、7的内侧面上分别设置有中空型凸起10，所述下旋盖的内侧面还通过通孔与流量监测装置12相连。

本申请采用弹性胶筒3对岩心进行包覆，使用时，将中空型凸起10深入弹性胶筒3的内部，既可以实现对岩心的有效固定，同时从岩心中离心出的流体又可以沿中空型凸起10汇聚到位于下旋盖7底部的流量监测装置12，实现对流量的实时监测。

所述下旋盖7上的中空型凸起10内设置有集水槽6，所述集水槽6可采用锥形结构，可以保证在测试的后期，分离的少量的流体快速、完整地汇聚至流量监测装置12，提高检测的准确性。

实施例6

一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室，包括：

中空腔体2；

所述中空腔体2上端和下端分别设置有上旋盖1、下旋盖7；

所述中空腔体2内套装有弹性胶筒3；

所述上、下旋盖1、7的内侧面上分别设置有中空型凸起10，所述下旋盖的内侧面还通过通孔与流量监测装置12相连。

本申请采用弹性胶筒3对岩心进行包覆，使用时，将中空型凸起10深入弹性胶筒3的内部，既可以实现对岩心的有效固定，同时从岩心中离心出的流体又可以沿中空型凸起10汇聚到位于下旋盖7底部的流量监测装置12，实现对流量的实时监测。

所述岩心室15还设置有电加热装置11和进气装置8。通过电加热和通入高压气体，可以形成类似于地层深处的压力及温度环境，实现不同覆压及地层温度下岩心束缚水饱和度的测试。

实施例7

一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室，包括：

中空腔体2；

所述中空腔体2上端和下端分别设置有上旋盖1、下旋盖7；

所述中空腔体2内套装有弹性胶筒3；

所述上、下旋盖1、7的内侧面上分别设置有中空型凸起10，所述下旋盖的内侧面还通过通孔与流量监测装置12相连。

本申请采用弹性胶筒3对岩心进行包覆，使用时，将中空型凸起10深入弹性胶筒3的内部，既可以实现对岩心的有效固定，同时从岩心中离心出的流体又可以沿中空型凸起10汇聚到位于下旋盖7底部的流量监测装置12，实现对流量的实时监测。

所述弹性胶筒3上设置有电加热丝11，以提高加热效率。

实施例8

一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室的连接机构，包括：电机18、转动轴19、转盘20、半球型保护腔21、实施例4-7任一项所述的岩心室15，所述转盘20通过转动轴19与电机18相连，所述转盘20上中心对称地设置有多组固定装置16，所述固定装置16将岩心室15固定在转盘20上；所述转动轴19上还设置有半球型保护腔21，所述半球型保护腔21位于转盘20下方。上述设计可以实现多样品、不同覆压条件下的测试，提高了测试效率，并可研究相同转速下不同覆压条件对岩心束缚水饱和度的影响。

实施例9

一种用于岩心束缚水饱和度测量的覆压高速离心机高温高压岩心室的连接机构，包括：电机18、转动轴19、转盘20、半球型保护腔21、实施例4-7任一项所述的岩心室15，所述转盘20通过转动轴19与电机18相连，所述转盘20上中心对称地设置有多组固定装置16，所述固定装置16将岩心室15固定在转盘20上；所述转动轴19上还设置有半球型保护腔21，所述半球型保护腔21位于转盘20下方。上述设计可以实现多样品、不同覆压条件下的测试，提高了测试效率，并可研究相同转速下不同覆压条件对岩心束缚水饱和度的影响。

所述转盘20上还设置有防脱落装置17。防脱落装置17与半球型保护腔21可以在岩心室15出现脱落等意外情况，使仪器可快速制动确保实验及人员安全。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。