[發明專利]一種泥巖化學勢擴散系數測試裝置及方法

無效

• 申請號: 201310583245.7
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103592205A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 王光磊;張超;程遠方;鄧文彪;黃浩勇;李夢來;李友志;王京印
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 東營雙橋專利代理有限責任公司 37107
• 代理人: 羅文遠

1.一種泥巖化學勢擴散系數測試裝置，其特征是：包括壓力控制系統、溫度控制系統、高壓釜及輔助數據采集與控制系統，其中壓力控制系統分為圍壓加載系統、頂端壓力加載系統及底端壓力加載系統，所述的圍壓加載系統有圍壓泵（20），頂端壓力加載系統有第一平流泵（1）、第二平流泵（14）、第一中間容器（7）、第二中間容器（8）、第一回壓閥（5）、第二回壓閥（11）、第一截止閥（3）、第二截止閥（4）、第三截止閥（6）、第四截止閥（9）、第五截止閥（10）和第六截止閥（12），底端壓力加載系統有第三平流泵（22）、第三中間容器（23）、第七截止閥（24）、第八截止閥（26），溫度控制系統有恒溫箱（16），高壓釜（17）放置在恒溫箱（16）中，巖樣夾持器（18）安裝在高壓釜（17）中；輔助數據采集與控制系統包括第一壓力傳感器（2）、第二壓力傳感器（13）、第一化學勢測試儀（15）、第三壓力傳感器（19）、第二化學勢測試儀（21）、第四壓力傳感器（25）；

所述的巖樣夾持器（18）的頂端一路依次通過第一化學勢測試儀（15）、第一中間容器（7）、第三截止閥（6）、第一回壓閥（5）、第一截止閥（3）和第一壓力傳感器（2）連接到第一平流泵（1）；巖樣夾持器（18）的頂端的另一路依次通過第二中間容器（8）、第四截止閥（9）、第二回壓閥（11）、第六截止閥（12）和第二壓力傳感器（13）連接到第二平流泵（14）；

所述的巖樣夾持器（18）的底部的一路通過第二化學勢測試儀（21）、第四壓力傳感器（25）、第七截止閥（24）、第三中間容器（23）連接到第三平流泵（22）；巖樣夾持器（18）的底部的另一路連接第八截止閥（26）；

所述的巖樣夾持器（18）的一側通過第三壓力傳感器（19）連接圍壓泵（20）。

2.根據權利要求1所述的泥巖化學勢擴散系數測試裝置，其特征是：所述的第一回壓閥（5）上連接第二截止閥（4）。

3.根據權利要求1所述的泥巖化學勢擴散系數測試裝置，其特征是：所述的第二回壓閥（11）上連接第五截止閥（10）。

4.根據權利要求1所述的泥巖化學勢擴散系數測試裝置，其特征是：所述的高壓釜（17）包括卡環（40）、套環（41）、高壓釜殼體（43）、底座（44），所述的高壓釜殼體（43）的底部設有開口，開口通過“王”字形的底座（44）固定密封，底座（44）的上部通過卡環（40）將底座（44）與高壓釜殼體（43）底部的卡槽固定在一起，并在卡環（40）外側設有套環（41）固定；高壓釜殼體（43）的內腔安設巖樣夾持器（18），高壓釜殼體（43）的頂部設有圍壓流體出口（42）。

5.根據權利要求4所述的泥巖化學勢擴散系數測試裝置，其特征是：所述的巖樣夾持器（18）包括定位栓（33）、夾持器底座（34）、橡膠套（36）、鐵片箍（37）、夾持器壓頭（38）、夾持器支架（39），所述的夾持器底座（34）的下部通過定位栓（33）與高壓釜的底座（44）連接，夾持器底座（34）的上部固定夾持器支架（39），夾持器支架（39）的頂部設有夾持器壓頭（38），夾持器壓頭（38）與夾持器底座（34）之間通過鐵片箍（37）固定橡膠套（36），橡膠套（36）內裝有測試用的巖樣（35）。

6.根據權利要求5所述的泥巖化學勢擴散系數測試裝置，其特征是：所述的夾持器壓頭（38）的中心和偏心處分別設有循環凹槽，兩個循環凹槽分別通過管線連接頂端流體入口（27）和頂端流體出口（31），穿過夾持器底座（34）引到高壓釜的底座（44）外端。

7.根據權利要求5所述的泥巖化學勢擴散系數測試裝置，其特征是：所述的夾持器底座（34）的中心和偏心處分別設有循環凹槽，兩個循環凹槽分別通過管線連接底端流體入口（28）和底端流體出口（29），并分別穿過夾持器底座（34）引到高壓釜的底座（44）外端。

8.根據權利要求5所述的泥巖化學勢擴散系數測試裝置，其特征是：所述的夾持器底座（34）的一側通過管線連接圍壓流體入口（30），分別穿過夾持器底座（34）引到高壓釜的底座（44）外端。

9.一種如上述權利要求1-8中任一項所述的泥巖化學勢擴散系數測試方法，其特征是包括以下步驟：

a連接實驗裝置：

根據實驗要求，連接實驗裝置；其中在連接所述的第一、第二及第三中間容器時，首先要調整各個中間容器的活塞位置，并使活塞靠近泵入鉆井液一段的平流泵，進而延長鉆井液單泵循環時間，減小更換鉆井液泵入方向的頻率；調整完中間容器位置之后，將過濾好的鉆井液分別注入頂端與底端的中間容器中，并將中間容器連接到鉆井液循環管線上，在所有實驗管線連接好之后，檢查各接口是否已完全密閉，確保實驗管線的密閉性；

b放置巖樣：

實驗所用巖樣的規格為直徑25mm、高10mm，獲取巖樣后將其放入巖樣夾持器中，并將夾持器壓頭與橡膠套用鐵片箍固定，確保巖樣完全密封，使得圍壓、頂端壓力、底端壓力相互隔離；之后將巖樣夾持器放入高壓釜中，關閉高壓釜，并檢查其密閉性；

c加載圍壓：

通過伺服電機向高壓釜中泵入圍壓油，至完全充滿高壓釜；啟動圍壓泵，進行施加圍壓；

d溫度控制：

打開恒溫箱，根據實驗要求設置恒溫箱上的值，在溫度達到設定值之后，進行下一步操作；

e循環鉆井液，加載頂端壓力：

開啟頂端的第一平流泵和第二平流泵，加載第一回壓閥和第二回壓閥的回壓，兩個回壓閥加載至相同回壓P₂，先由第一平流泵工作，加載頂端壓力，加載至壓力P₁,經過時間t后，再由第二平流泵工作，加載頂端壓力，同樣加載至P₁，以時間t為周期，兩個平流泵往復加載，保持端實驗用液在巖樣頂端循環；

f加載底端壓力：

開啟第三平流泵，加載底端壓力，當壓力加載至P₁時，關閉底端管線的進口與出口，使巖樣底端成為一個密閉空間；

g數據采集：

實時觀察記錄第一、第二、第三和第四壓力傳感器所顯示的壓力值，并準備記錄化學勢測試儀測量所得的巖樣兩端化學勢的值，注意其變化規律；

h更改實驗狀態，循環實驗：

改變恒溫箱溫度及頂端與底端的壓力，重復步驟a至g，得到不同溫度及壓力條件下化學勢在巖樣的分布規律；

i實驗結束

實驗結束時，首先停止所述多個平流泵的運行，放空回壓閥回壓，卸載頂端與底端的壓力，在巖樣兩端壓力卸載完成后，在控制面板設定圍壓壓力為零，將高壓釜中圍壓卸載為零，待高壓釜中壓力卸載完成后，停止圍壓泵，驅出高壓釜中液壓油，拆卸高壓釜及巖樣夾持器，取出巖樣，觀測巖樣是否完好；拆卸用于循環實驗用液的管線及中間容器，用蒸餾水清洗實驗管線及中間容器，防止實驗用液對管線的腐蝕，重新組裝管線與中間容器。