岩心夹持器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于油气勘探与开发领域的岩心夹持器。本发明岩心夹持器包括围压釜体、定位堵头、调节堵头、胶筒组件，所述胶筒组件与所述围压釜体之间的空间形成有围压腔，所述围压釜体为碳纤维?金属?工程塑料复合材料结构，所述围压釜体包括分别固定在所述围压釜体两端的金属结构螺纹圈、铺设在所述螺纹圈外侧的碳纤维的外壳、与所述外壳的内壁相贴合的工程塑料的内衬，所述内衬两端分别抵接所述定位堵头和所述调节堵头，所述定位堵头和所述调节堵头上均设有压紧螺套，所述压紧螺套固定连接在所述螺纹圈上，并且所述压紧螺套压紧固定所述定位堵头和所述调节堵头。其目的是为了提供一种适用于高温高压环境的复合结构岩心夹持器。
【专利说明】
岩心夹持器
技术领域
[0001]本发明涉及油气勘探与开发领域，特别是涉及一种岩心夹持器。【背景技术】
[0002]岩石是地质勘探的主要对象，是由一种或多种矿物组成的，具有一定结构构造的集合体。岩石的结构如书画一般记载了地质的变化过程，对岩石结构的分析能确认地质成分、岩石性状特征、以及地质变化过程特征。
[0003]岩心夹持器是一种夹持和密封岩心，完成岩心渗透率、孔隙度测试或各种岩心驱替实验的专门装置，其主要功能是将待测或待试验的岩心样品放入其中，并保证测试流体通过岩心样品前后两端时，能将岩石样品的侧表面完全密封住。
[0004]CT岩心夹持器可用于X射线扫描柱状岩心样品的孔隙结构，研究岩心参数随孔隙流压力变化规律，并且可以在不破坏样品内部的条件下，进行二维截面和三维空间的结构重构，定量无损分析样品。实现实时在线监测非均质层内各个层段流体饱和度的沿程分布， 也可观察到层间窜流现象。
[0005]现有的岩心夹持器主要包括胶套、两个端部的堵头、围压釜体等。使用岩心夹持器时，将岩心放入胶套内部，两端用堵头堵住，整体放入围压釜体中。试验过程通过堵头一侧的端部向岩心中注入流体，同时向围压釜体中注入高压流体，要保住围压胶套外部的压力高于胶套内部压力，即能够将胶套挤压在岩心上，保证注入胶套内部的流体能够从岩心内部通过，而不沿着夹套和岩心的缝隙渗流。
[0006]普通的岩心夹持器的围压釜体为金属材质，但是金属对X射线的吸收能力强，X射线穿透金属的围压釜体时被吸收，所以对岩心的扫描效果不佳。所以目前的CT岩心夹持器的围压釜体大部分是工程塑料材质。工程塑料对X射线的吸收能力也较强，所以围压釜体的壁厚不能太大，这就限制了岩心夹持器的使用压力，所以一般的CT岩心夹持器的工作压力较低;工程塑料在高温状态下承压能力会降低，所以不能在高温状态下工作；由于工程塑料本身的承压能力较低，所以围压釜体的内径不能太大，所以一般只适用于分析检测直径1英寸以下的岩心样品。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种适用于高温高压环境的复合结构岩心夹持器。
[0008]本发明岩心夹持器，包括围压釜体，位于所述围压釜体两端的定位堵头和调节堵头，以及位于所述围压釜体内且固定在所述定位堵头和所述调节堵头之间的胶筒组件，其特征在于:所述胶筒组件与所述围压釜体之间的空间形成有围压腔，所述围压釜体为碳纤维-金属-工程塑料复合材料结构，所述围压釜体包括分别固定在所述围压釜体两端的金属结构螺纹圈、铺设在所述螺纹圈外侧的空心柱状碳纤维的外壳、与所述外壳的内壁相贴合且两端连接所述螺纹圈的内衬，所述内衬的材料为工程塑料，所述内衬两端分别抵接所述定位堵头和所述调节堵头，所述定位堵头和所述调节堵头上均设有压紧螺套，所述压紧螺套固定连接在所述螺纹圈上，并且所述压紧螺套压紧固定所述定位堵头和所述调节堵头。
[0009]本发明岩心夹持器，其中所述胶筒组件包括径向固定岩心的胶筒、分别卡套在所述胶筒两端的固定胶筒定位套和浮动胶筒定位套，所述固定胶筒定位套卡接在所述定位堵头内，所述浮动胶筒定位套卡接在所述调节堵头内，所述胶筒组件分别与所述定位堵头和所述调节堵头连通形成有胶筒腔。
[0010]本发明岩心夹持器，其中胶筒腔内设有注入堵头和产出堵头，注入堵头和产出堵头用于夹持岩心，所述注入堵头上设有注料管，所述产出堵头上设有出料孔，所述胶筒组件内靠近所述调节堵头一侧设有调节套筒，所述调节套筒一端抵接所述注入堵头、另一端抵接有前端预紧螺母，所述前端预紧螺母固定在所述调节堵头上，所述调节套筒设有多种尺寸。
[0011]本发明岩心夹持器，其中所述浮动胶筒定位套两端的外侧面设为锥面结构，所述固定胶筒定位套靠近胶筒一端设有锥面结构，另一端设有螺纹段，所述螺纹段连接在所述定位堵头上。
[0012]本发明岩心夹持器，其中所述胶筒组件内检测岩心长度的范围为30-120mm，胶筒径向尺寸为1英寸或1.5英寸。[〇〇13]本发明岩心夹持器，其中所述胶筒上设有压力测点，所述压力测点上设有取压管线，所述取压管线的材质为工程塑料。
[0014]本发明岩心夹持器，其中所述围压腔内填充围压液，所述定位堵头和所述调节堵头上设有加热棒，所述加热棒的发热区浸没在所述围压液内，所述加热棒单独调控。
[0015]本发明岩心夹持器，其中所述调节堵头和所述定位堵头与所述内衬的接触面设有防漏密封件，所述防漏密封件的接触面粗糙度为1.6。
[0016]本发明岩心夹持器，其中所述螺纹圈的外圆上设有轴向分布的定位槽和径向分布的卡固槽。
[0017]本发明岩心夹持器，其中所述螺纹圈的内壁与所述压紧螺套螺纹连接。
[0018]本发明岩心夹持器与现有技术不同之处在于:本发明岩心夹持器的围压釜体材料为碳纤维-工程塑料-金属复合结构，碳纤维的外壳、工程塑料的内衬以及金属的螺纹圈组合而成的围压釜体，金属材料的螺纹圈耐高温高压能力强，且位于围压釜体的两端，对CT扫描过程的射线干扰小;外壳的材质为碳纤维，碳纤维对射线吸收能力小且在200°C以内性能稳定，提高了试验结果的精度；内衬的材质为工程塑料，工程塑料的表面粗糙度精度高，内衬密封围压液效果好，并且外壳材质为碳纤维，减小了工程塑料的内衬的厚度，削弱了工程塑料对射线扫描效果的干扰，保证了试验结果的准确性。
[0019]本发明岩心夹持器与现有技术不同之处还在于:本发明岩心夹持器的胶筒腔内设有调节套筒，胶筒腔内岩心尺寸的改变，可以通过增减调节套筒来控制岩心的固定，操作简便、结构简单。
[0020]本发明岩心夹持器与现有技术不同之处还在于:本发明岩心夹持器的定位堵头和调节堵头上设有加热棒，加热棒直接加热围压腔内的围压液，减小了温度扩散、加热效果好，并且加热棒的启闭单独控制，方便调节加热点和控制围压液的温度。
[0021]下面结合附图对本发明的岩心夹持器作进一步说明。【附图说明】
[0022]图1为本发明岩心夹持器的整体结构剖视图；
[0023]图2为本发明岩心夹持器图1的A向结构示意图；
[0024]图3为本发明岩心夹持器图2中B-B结构示意图；
[0025]图4为本发明岩心夹持器的围压釜体结构示意图；
[0026]图5为本发明岩心夹持器内部的胶筒组件及其配件结构示意图；
[0027]图6为本发明岩心夹持器图2中C-C结构剖视图。
[0028]附图标注:1、围压釜体；11、内衬；12、外壳；13、螺纹圈；14、支撑座；15、围压腔;2、 胶筒组件;21、胶筒;22、浮动胶筒定位套;23、固定胶筒定位套;24、调节套筒;25、预紧螺母； 26、密封件;27、定位螺母;3、岩心；31、产出堵头；311、出料孔;32、注入堵头;321、注料管； 33、压力测点；34、取压管线;4、调节堵头;41、排气管;42、注液管;5、定位堵头;51、加热棒； 52、金属管线卡套;521、金属管线;53、防漏密封件;54、温度传感器;55、传压孔;56、管线卡套;6、压紧螺套。【具体实施方式】
[0029]如图1和图4所示，本发明岩心夹持器，主要包括圆筒形的围压釜体1，固定支撑在围压釜体1外壁的支撑座14，围压釜体1包括外壳12、内衬11和螺纹圈13，围压釜体1的两端分别固定连接调节堵头4和定位堵头5,围压釜体1上螺纹圈13的内螺纹与压紧螺套6的外螺纹连接，压紧螺套6的内圈压紧固定调节堵头4和定位堵头5,把调节堵头4和定位堵头5分别固定在围压釜体1的两端。
[0030]调节堵头4和定位堵头5与围压釜体1的密封主要靠防漏密封件53,调节堵头4和定位堵头5上均设有密封槽，密封槽内卡固防漏密封件53,防漏密封件53选用0型密封圈，0型密封圈的材料选用氟橡胶，氟橡胶在180°C内不会发生性状改变，耐高温高压能力强，使岩心夹持器能在180°C条件下进行带压试验，提高了岩心夹持器的安全系数，保证试验过程安全稳定。
[0031]围压釜体1为碳纤维-工程塑料-金属材料复合结构，围压釜体1包括分别固定在围压釜体1两端的金属结构螺纹圈13、铺设在螺纹圈13外侧的空心柱状碳纤维的外壳12、与外壳12的内壁相贴合且两端连接螺纹圈13的内衬11，内衬11的材料为工程塑料。
[0032]碳纤维的外壳12是由碳纤维和填充树脂的混合物直接覆盖在螺纹圈13和内衬11 的外表面加工而成。碳纤维材料具有耐高温、强度高、无蠕变、耐腐蚀性好，X射线透过性好等特点，能够适应岩心夹持器在高温高压下工作，并且能够在X射线扫描条件下清晰地观察爸体内部的岩心3的孔隙结构。
[0033]螺纹圈13的材料选用不锈钢，不锈钢强度硬度综合性能好、耐高温高压能力强;且螺纹圈13位于围压釜体1的两端，对CT扫描过程的射线干扰小;外壳12的材质为碳纤维，碳纤维对射线吸收能力小且在200°C以内性能稳定，提高了试验结果的精度；内衬11的材质为工程塑料，工程塑料的表面粗糙度精度高，内衬11密封围压液的效果好，并且外壳12材质为碳纤维，减小了工程塑料的内衬11的厚度，削弱了工程塑料对射线扫描效果的干扰，保证了试验结果的准确性。
[0034]螺纹圈13的外圆上设有轴向分布的定位槽，定位槽为波浪形沟槽，波浪形沟槽实现了轴向定位，提高了螺纹圈13与碳纤维的轴向连接强度;垂直于波浪形沟槽设有环形分布的长条形的卡固槽，卡固槽提高了螺纹圈13与碳纤维的径向连接强度，防止螺纹圈13转动。金属结构的螺纹圈13能承受较大的拉力和扭矩，保证了螺纹圈13与外壳12之间的连接强度，螺纹圈13的结构能够保证岩心夹持器在高压条件下工作时，螺纹圈13能够与碳纤维的外壳12紧密连接，不会发生相对滑动。
[0035]防漏密封件53要实现密封功能要求防漏密封件53与内衬11的接触面粗糙度为 1.6,碳纤维材料的粗糙度很难达到这一加工精度，工程塑料的表面密封效果好，所以岩心夹持器设有工程塑料的内衬11，工程塑料的内衬11主要功能是实现密封，内衬11所受到的内部压力依靠外层的碳纤维外壳12来平衡，保证强度要求的同时，减小了围压釜体1的厚度。
[0036]如图1和图5所示，胶筒组件2包括径向固定岩心3的胶筒21、分别卡套在胶筒21两端的固定胶筒定位套23和浮动胶筒定位套22,固定胶筒定位套23卡接在定位堵头5内，浮动胶筒定位套22卡接在调节堵头4内，胶筒组件2分别与定位堵头5和调节堵头4连通形成胶筒腔。胶筒腔内固定岩心，岩心3两端分别抵接有注入堵头32和产出堵头31，注入堵头32上设有注料管321，产出堵头31上设有出料孔311，胶筒组件2内靠近调节堵头4 一侧设有调节套筒24,调节套筒24—端抵接注入堵头32、另一端抵接有预紧螺母25,预紧螺母25固定在调节堵头4上，调节套筒24的尺寸可调节，定位堵头5内固定有定位螺母27。[〇〇37]试验过程中，先将定位堵头5和调节堵头4安装在围压釜体1上，再将产出堵头31安装在定位堵头5内，并用定位螺母27固定。从调节堵头4 一端依次塞入岩心3、注入堵头32、和调节套筒24，调节套筒24根据岩心3长度进行选取，再用预紧螺母25锁紧，岩心3安装完毕。 岩心3的两端分别通过注入堵头32和产出堵头31压紧固定，注入堵头32上连接有注料管 321，注料管321向岩心3注入流体，流体可以为气体或液体，通过岩心3内流体流动的状态来标示岩心3的结构参数，流体通过岩心3后沿出料孔311流出。与此同时，胶筒组件2与围压釜体1之间的空间形成有围压腔15,沿调节堵头4上的注液管42向围压腔15中注入围压液，围压腔15内的空气通过排气管41排出，防止空气积聚在围压腔15内影响围压腔15内的压力分布;胶筒21外部的围压液的压力高于胶筒21的内部压力，保证胶筒21能够挤压在岩心3上， 保证注入胶筒21内部的流体能够从岩心3内部通过，而不沿着胶筒21和岩心3的缝隙渗流。 定位堵头5与调节堵头4结构相同，注液管42和排气管41也可以设置在定位堵头5上。
[0038]胶筒21选用氟橡胶材料，耐高温高压能力强，对射线扫描干扰小;并且氟橡胶材料在围压液的高压作用下，将胶筒21与岩心3的接触面压紧，减小岩心3与胶筒21之间的间隙， 防止检测过程出现渗流现象，提高检测精度。胶筒21上设有压力测点33,压力测点33位于胶筒21与岩心3的接触面，测量岩心3表面的压力，压力测点33上设有取压管线34,取压管线34 的材质为工程塑料，工程塑料能够降低射线扫描时的干扰;定位堵头5靠近围压腔15的一侧设有管线卡套56,并且定位堵头5上设有与管线卡套56同轴的传压孔55,取压管线34延伸至管线卡套56内，管线卡套56支撑和固定取压管线34,取压管线34通过管线卡套56与传压孔 55连通;定位堵头5的外侧连接有金属管线521，金属管线521与传压孔55连通，定位堵头5上设有固定金属管线521的金属管线卡套52,金属管线521上连接有压力传感器，压力传感器进行压力的测量，方便对胶筒21内的压力进行监测，保证试验参数的准确。
[0039]胶筒21的两端分别卡套固定胶筒定位套23和浮动胶筒定位套22,固定胶筒定位套 23卡接在定位堵头5内，浮动胶筒定位套22卡接在调节堵头4内，胶筒组件2分别与定位堵头 5和调节堵头4连通形成胶筒腔。浮动胶筒定位套22和固定胶筒定位套23的端部都设有圆锥面，圆锥面插入胶筒21内部进行轴向限位。固定胶筒定位套23另一端有螺纹段，螺纹段拧紧在定位堵头5上，浮动胶筒定位套22另一端直接插入调节堵头4中。在调节堵头4、定位堵头5 位置固定的情况下，胶筒21通过两端的浮动胶筒定位套22和固定胶筒定位套23进行了轴向定位。
[0040]浮动胶筒定位套22为双锥面结构便于胶筒21的安装和定位。安装胶筒21时，先将固定胶筒定位套23与定位堵头5螺纹连接，然后将胶筒21固定在固定胶筒定位套23的圆锥面上，胶筒21另一端与浮动胶筒定位套22的圆锥面卡接，然后将安装完成的部分装入围压釜体1，并安装调节堵头4,再用压紧螺套6将调节堵头4顶紧;浮动胶筒定位套22上的圆锥面结构能引导胶筒组件2进入调节堵头4,保证胶筒组件2的安装定位迅速准确，缩短设备安装时间，提尚试验效率。[0041 ]浮动胶筒定位套22和固定胶筒定位套23上均设有密封件26，密封件26的材料选用氟橡胶，密封件26能加强接触面的密封效果，保证围压腔15内密封性能，防止围压液泄露。 [〇〇42]胶筒组件2检测岩心3长度的范围为30-120mm，胶筒21的径向尺寸为1英寸或1.5英寸。岩心3经过前处理为直径1英寸或1.5英寸的圆柱状结构，岩心3的长度范围为30-120mm。 注入堵头32—端抵接固定岩心3,另一端抵接调节套筒24,调节套筒24的另一端抵接预紧螺母25,预紧螺母25螺纹连接在调节堵头4内，起到轴向定位调节套筒24和胶筒组件2的作用。 调节套筒24的长度有40mm、60mm、80mm三种规格，可根据岩心3的长度来选用合适的调节套筒24,多种规格的调节套筒24能够使岩心夹持器适用于更大长度范围的岩心3,扩大了设备的检测范围。胶筒21的径向尺寸为1英寸或1.5英寸，不同规格的岩心3能检测不同的参数， 扩大了岩心3的检测范围。[〇〇43]测试完成后，泄放掉围压腔15和胶筒21内部的压力，依次拆卸围压釜体1的预紧螺母25、定位螺母27、注入堵头32、产出堵头31和调节套筒24,胶筒组件2的中心位置为1英寸或1.5英寸的柱形孔，岩心3可以从任意一端倒出或者用细杆推出，然后从任意一端加入新的岩心3,更换岩心3的过程中，围压腔15中的围压液密封在围压腔15内不会流出，所以更换岩心3的操作过程安全便捷。
[0044]如图2和图3所示，定位堵头5和调节堵头4上设有加热棒51，加热棒51设为四个50 瓦的电加热棒，四根电加热棒在调节堵头4和定位堵头5上分别安装两个。电加热棒的发热区在端部;加热棒51的发热区浸泡在围压液内，使用安全。岩心夹持器的控制系统对四根电加热棒分别独立控制，可根据不同需要选用多种功率进行加热。
[0045]如图2和图6所示，定位堵头5上设有温度传感器54，温度传感器54能够检测围压液的温度，方便进行实时调控，防止围压液温度异常达不到试验效果或出现事故，不仅能监测试验进行效果，还能保证试验安全。
[0046]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种岩心夹持器，包括围压釜体(1)，位于所述围压釜体(1)两端的定位堵头(5)和调 节堵头(4)，以及位于所述围压釜体(1)内且固定在所述定位堵头(5)和所述调节堵头(4)之 间的胶筒组件(2)，其特征在于:所述胶筒组件(2)与所述围压釜体(1)之间的空间形成有围 压腔(15)，所述围压釜体(1)为碳纤维-金属-工程塑料复合材料结构，所述围压釜体(1)包 括分别固定在所述围压釜体(1)两端的金属结构螺纹圈(13)、铺设在所述螺纹圈(13)外侧 的碳纤维的外壳(12)、与所述外壳(12)的内壁相贴合且两端连接所述螺纹圈(13)的内衬 (11)，所述内衬(11)的材料为工程塑料，所述内衬(11)两端分别抵接所述定位堵头(5)和所 述调节堵头(4)，所述定位堵头(5)和所述调节堵头(4)上均设有压紧螺套(6)，所述压紧螺 套(6)固定连接在所述螺纹圈(13)上，并且所述压紧螺套(6)压紧固定所述定位堵头(5)和 所述调节堵头(4)。2.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于:所述胶筒组件(2)包括径向固定岩 心(3)的胶筒(21)、分别卡套在所述胶筒(21)两端的固定胶筒定位套(23)和浮动胶筒定位 套(22)，所述固定胶筒定位套(23)卡接在所述定位堵头(5)内，所述浮动胶筒定位套(22)卡 接在所述调节堵头(4)内，所述胶筒组件(2)分别与所述定位堵头(5)和所述调节堵头(4)连 通形成有胶筒腔。3.根据权利要求2所述的岩心夹持器，其特征在于:所述胶筒腔内设有注入堵头(32)和 产出堵头(31)，所述注入堵头(32)和所述产出堵头(31)用于夹持岩心(3)，所述注入堵头 (32)上设有注料管(321)，所述产出堵头(31)上设有出料孔(311)，所述胶筒组件(2)内靠近 所述调节堵头(4) 一侧设有调节套筒(24 )，所述调节套筒(24) —端抵接所述注入堵头(32)、 另一端抵接有预紧螺母(25)，所述预紧螺母(25)固定在所述调节堵头(4)上，所述调节套筒 (24)设有多种尺寸。4.根据权利要求2所述的岩心夹持器，其特征在于:所述浮动胶筒定位套(22)两端的外 侧面设为锥面结构，所述固定胶筒定位套(23)靠近胶筒(21)—端设有锥面结构，另一端设 有螺纹段，所述螺纹段连接在所述定位堵头(5)上。5.根据权利要求1、2、3或4所述的岩心夹持器，其特征在于:所述胶筒组件(2)内岩心 (3)长度的范围为30-120mm，胶筒(21)径向尺寸为1英寸或1.5英寸。6.根据权利要求2、3或4所述的岩心夹持器，其特征在于:所述胶筒(21)上设有压力测 点(33)，所述压力测点(33)上设有取压管线(34)，所述取压管线(34)的材质为工程塑料。7.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于:所述围压腔(15)内填充围压液，所 述定位堵头(5)和所述调节堵头(4)上设有加热棒(51)，所述加热棒(51)的发热区浸没在所 述围压液内，所述加热棒(51)单独调控。8.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于:所述调节堵头(4)和所述定位堵头 (5)与所述内衬(11)的接触面设有防漏密封件(53)，所述防漏密封件(53)的接触面粗糙度 为 1.6〇9.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于:所述螺纹圈(13)的外圆上设有轴向 分布的定位槽和径向分布的卡固槽。10.根据权利要求1所述的岩心夹持器，其特征在于:所述螺纹圈(13)的内壁与所述压 紧螺套(6)螺纹连接。
【文档编号】G01N23/083GK105973919SQ201610607304
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】方洋, 温源昌
【申请人】北京瑞莱博石油技术有限公司