一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置，包括巖心夾持器、基座、計(jì)算機(jī)、信號(hào)輸入電纜、信號(hào)輸出電纜、聲波發(fā)射端、聲波接收端。巖心夾持器由端蓋、端蓋螺釘、第一壓力接端、第一螺釘、第二壓力接端、第二螺釘、第三壓力接端、第三螺釘、橡膠套、夾持器鋼筒、密封膠圈、濾網(wǎng)組成。其特征在于：第一壓力接端向第一壓力腔泵入鉆井液，模擬井筒液柱壓力，第二壓力接端和第三壓力接端配合，向第二壓力腔泵入液壓油，模擬地層圍壓，聲波發(fā)射端安裝輸入凹槽內(nèi)，聲波接收端安裝在輸出凹槽內(nèi)，計(jì)算機(jī)通過泥頁巖吸水前后聲波時(shí)差值的變化，記錄和繪制井下泥頁巖吸水前沿位置和時(shí)間關(guān)系曲線。
【專利說明】一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置，可在近似模擬地層壓力環(huán)境下測試井壁處泥頁巖吸水前沿規(guī)律。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油工業(yè)鉆井工程中，超過一半的鉆遇地層屬于泥頁巖或者泥質(zhì)含量較高的巖性，泥頁巖當(dāng)中含有大量的粘土礦物，包括伊利石、蒙脫石、伊/蒙混層礦物、綠泥石等，其中，蒙脫石和伊/蒙混層礦物是主要的水化膨脹類粘土礦物，泥頁巖水化膨脹是造成油氣資源勘探開發(fā)過程中出現(xiàn)井徑縮徑、卡鉆、井壁垮塌等各種井下事故的主要原因之一。
[0003]井下泥頁巖吸水前沿規(guī)律研究是泥頁巖井壁失穩(wěn)機(jī)理的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一，現(xiàn)在對于泥頁巖吸水前沿規(guī)律的測試裝置，主要測試自吸條件下的泥頁巖吸水前沿規(guī)律，測試原理是基于吸水前后泥頁巖電阻值的變化，未考慮井壁處泥頁巖所受圍壓和井筒液柱壓力的影響，難以反映井下真實(shí)壓力環(huán)境，同時(shí)電阻值測量屬于接觸式測量，導(dǎo)致無法形成封閉的壓力環(huán)境。
[0004]聲波時(shí)差測試，是指測試發(fā)射和接收聲波的時(shí)間差值，聲波在固、液、氣當(dāng)中具有良好的傳播特性，且在不同介質(zhì)中傳播速度不同，同時(shí)聲波時(shí)差測試是一種非接觸式測試方法，目前這一方法主要應(yīng)用于石油測井和物理測速等方面。
[0005]應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步改進(jìn)井壁處泥頁巖吸水前沿測試裝置，使測試結(jié)果更加接近真實(shí)情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:提供一種模擬井底壓力環(huán)境下的泥頁巖吸水前沿測試裝置，利用液壓加壓方式近似模擬井筒液柱壓力和地層圍壓，利用泥頁巖吸水前后聲波時(shí)差的變化記錄井下泥頁巖吸水前沿的位置和對應(yīng)時(shí)間點(diǎn)。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置，包括巖心夾持器、基座、計(jì)算機(jī)、信號(hào)輸入電纜、信號(hào)輸出電纜、聲波發(fā)射端、聲波接收端；其中，巖心夾持器包括端蓋、端蓋螺釘、第一壓力接端、第一螺釘、第二壓力接端、第二螺釘、第三壓力接端、第三螺釘、橡膠套、夾持器鋼筒、密封膠圈、濾網(wǎng)；其特征在于:巖心夾持器安裝在基座上，聲波發(fā)射端安裝在夾持器鋼筒上側(cè)面輸入凹槽內(nèi)，聲波接收端安裝在夾持器鋼筒下側(cè)面輸出凹槽內(nèi)，聲波發(fā)射端和計(jì)算機(jī)通過信號(hào)輸入電纜連接，聲波接收端和計(jì)算機(jī)通過信號(hào)輸出電纜連接；端蓋和夾持器鋼筒通過端蓋螺釘連接，并通過橡膠套密封，端蓋螺釘設(shè)置有3-8個(gè)；端蓋左側(cè)面設(shè)置有第一壓力接端，第一壓力接端通過第一螺釘與端蓋連接；夾持器鋼筒上側(cè)面設(shè)置有第二壓力接端，第二壓力接端通過第二螺釘與夾持器鋼筒連接；夾持器鋼筒下側(cè)面設(shè)置有第三壓力接端，第三壓力接端通過第三螺釘與夾持器鋼筒連接，并且第三壓力接端和夾持器鋼筒之間通過一個(gè)密封膠圈實(shí)現(xiàn)密封；濾網(wǎng)安裝在端蓋和巖心之間，端蓋和巖心之間的中空部份形成第一壓力腔，橡膠套和夾持器鋼筒中間的環(huán)空部份形成第二壓力腔。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:利用泥頁巖吸水前后聲波時(shí)差的區(qū)別，對泥頁巖吸水前沿位置和時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行判斷，聲波時(shí)差值相比電阻值而言可以更加靈敏地反映泥頁巖吸水前沿規(guī)律，同時(shí)聲波時(shí)差測試是一種非接觸式測試手段，有利于巖心夾持器形成封閉的壓力腔，從而模擬井底泥頁巖所受的井筒液柱壓力和地層圍壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明的巖心夾持器剖視圖。
[0011]圖3為巖心夾持器俯視圖。
[0012]圖4為巖心夾持器左視圖。
[0013]圖5為第三壓力接端處的局部放大視圖。
[0014]圖6為聲波發(fā)射端處的局部放大視圖。
[0015]圖7為聲波接收端處的局部放大視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1至圖7所示，一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置，包括巖心夾持器1、基座
2、計(jì)算機(jī)3、信號(hào)輸入電纜4、信號(hào)輸出電纜5、聲波發(fā)射端6、聲波接收端7 ;其中，巖心夾持器I包括端蓋8、端蓋螺釘9、第一壓力接端10、第一螺釘11、第二壓力接端12、第二螺釘13、第三壓力接端14、第三螺釘15、橡膠套16、夾持器鋼筒17、密封膠圈24、濾網(wǎng)18 ;其特征在于:巖心夾持器I安裝在基座2上,聲波發(fā)射端6安裝在夾持器鋼筒17上側(cè)面輸入凹槽22內(nèi)，聲波接收端7安裝在夾持器鋼筒17下側(cè)面輸出凹槽23內(nèi)，聲波發(fā)射端6和計(jì)算機(jī)3通過信號(hào)輸入電纜4連接，聲波接收端7和計(jì)算機(jī)3通過信號(hào)輸出電纜5連接；端蓋8和夾持器鋼筒17通過端蓋螺釘9連接，并通過橡膠套16密封，端蓋螺釘9設(shè)置有3-8個(gè)；端蓋8左側(cè)面設(shè)置有第一壓力接端10，第一壓力接端10通過第一螺釘11與端蓋8連接；夾持器鋼筒17上側(cè)面設(shè)置有第二壓力接端12，第二壓力接端12通過第二螺釘13與夾持器鋼筒17連接；夾持器鋼筒17下側(cè)面設(shè)置有第三壓力接端14，第三壓力接端14通過第三螺釘15與夾持器鋼筒17連接，并且第三壓力接端14和夾持器鋼筒17之間通過一個(gè)密封膠圈24實(shí)現(xiàn)密封；濾網(wǎng)18安裝在端蓋8和巖心20之間，端蓋8和巖心20之間的中空部份形成第一壓力腔21，橡膠套16和夾持器鋼筒17中間的環(huán)空部份形成第二壓力腔19。
[0017]如圖1所示，濾網(wǎng)18用于過濾泥頁巖吸水前沿室內(nèi)研究所配制鉆井液中的固相顆粒，以此提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0018]如圖2、圖4所示，端蓋螺釘9設(shè)置有3— 8個(gè)，具體應(yīng)以能較好實(shí)現(xiàn)密封為宜。
[0019]本發(fā)明需要和兩個(gè)液壓泵以及一個(gè)耐壓閥門配套使用，但本發(fā)明的部件并不包括液壓泵和耐壓閥門，附圖中也未出不液壓泵和耐壓閥門。
[0020]第一壓力接端10和一個(gè)液壓泵連接，以此向第一壓力腔21中泵入鉆井液，使第一壓力腔21中液體壓力值近似等于巖心20在井筒壁面所受的井筒液柱壓力。
[0021]第二壓力接端12和一個(gè)耐壓閥門連接，第三壓力接端14和一個(gè)液壓泵連接，打開耐壓閥門，從第三壓力接端14向第二壓力腔19泵入液壓油，液壓油從耐壓閥門返出，關(guān)閉耐壓閥門，使第二壓力腔19中液壓油的壓力值近似等于巖心20在井筒壁面所受的地層圍壓。
[0022]如圖2、圖5所示，第三壓力接端14和夾持器鋼筒17之間通過一個(gè)密封膠圈24實(shí)現(xiàn)密封，第一壓力接端10和端蓋8之間以及第二壓力接端12和夾持器鋼筒17之間也安裝有這樣一個(gè)密封膠圈。
[0023]如圖1、圖6、圖7所示，聲波發(fā)射端6和聲波接收端7對稱設(shè)置12組，聲波激發(fā)器25和聲波發(fā)射探頭26通過聲波發(fā)射端6連接，電信號(hào)從信號(hào)輸入電纜4進(jìn)入聲波激發(fā)器25轉(zhuǎn)變?yōu)槁暡ㄐ盘?hào),聲波信號(hào)經(jīng)過聲波發(fā)射端6傳輸至聲波發(fā)射探頭26 ;第二壓力腔19模擬圍壓加載完畢后，聲波信號(hào)從聲波發(fā)射探頭26輸出，穿過夾持器鋼筒17兩側(cè)壁面、第二壓力腔19中液壓油以及巖心20，進(jìn)入聲波接收探頭28 ;聲波接收器27和聲波接收探頭28通過聲波接收端7連接，聲波信號(hào)從聲波接收探頭28進(jìn)入，經(jīng)聲波接收端7傳輸至聲波接收器27轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)輸出電纜5輸出至計(jì)算機(jī)3 ;計(jì)算機(jī)3顯示12組輸出信號(hào)穩(wěn)定后，分別記錄這12組聲波時(shí)差值；第一壓力腔21中泵入鉆井液，且壓力值增加至模擬井筒液柱壓力；計(jì)算機(jī)3分別記錄12組聲波時(shí)差值第一次改變時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，并根據(jù)12組聲波發(fā)射端6和聲波接收端7的標(biāo)定距離，繪制井下泥頁巖吸水前沿位置和時(shí)間關(guān)系曲線。
[0024]如圖1、圖6所示，12組聲波激發(fā)器25所產(chǎn)生的聲波頻率各不相同，避免相互干擾，頻率范圍應(yīng)以保證較好的測試效果為宜，且保證人身安全。
【權(quán)利要求】
1.一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置，包括巖心夾持器(I)、基座(2)、計(jì)算機(jī)(3)、信號(hào)輸入電纜(4)、信號(hào)輸出電纜(5)、聲波發(fā)射端(6)、聲波接收端(7);其中，巖心夾持器(I)包括端蓋(8 )、端蓋螺釘(9 )、第一壓力接端(10 )、第一螺釘(11)、第二壓力接端(12 )、第二螺釘(13)、第三壓力接端(14)、第三螺釘(15)、橡膠套(16)、夾持器鋼筒(17)、密封膠圈(24)、濾網(wǎng)(18);其特征在于:巖心夾持器(I)安裝在基座(2)上，聲波發(fā)射端(6)安裝在夾持器鋼筒(17)上側(cè)面輸入凹槽(22)內(nèi)，聲波接收端(7)安裝在夾持器鋼筒(17)下側(cè)面輸出凹槽(23)內(nèi)，聲波發(fā)射端(6)和計(jì)算機(jī)(3)通過信號(hào)輸入電纜(4)連接，聲波接收端(7)和計(jì)算機(jī)(3)通過信號(hào)輸出電纜(5)連接；端蓋(8)和夾持器鋼筒(17)通過端蓋螺釘(9)連接，并通過橡膠套(16)密封，端蓋螺釘(9)設(shè)置有3-8個(gè)；端蓋(8)左側(cè)面設(shè)置有第一壓力接端(10)，第一壓力接端(10)通過第一螺釘(11)與端蓋(8)連接；夾持器鋼筒(17)上側(cè)面設(shè)置有第二壓力接端(12)，第二壓力接端(12)通過第二螺釘(13)與夾持器鋼筒(17)連接；夾持器鋼筒(17)下側(cè)面設(shè)置有第三壓力接端(14)，第三壓力接端(14)通過第三螺釘(15)與夾持器鋼筒(17)連接，并且第三壓力接端(14)和夾持器鋼筒(17)之間通過一個(gè)密封膠圈(24 )實(shí)現(xiàn)密封；濾網(wǎng)(18 )安裝在端蓋(8 )和巖心(20 )之間，端蓋(8 )和巖心(20 )之間的中空部份形成第一壓力腔(21)，橡膠套(16)和夾持器鋼筒(17)中間的環(huán)空部份形成第二壓力腔(19)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置，其特征在于，所述的濾網(wǎng)(18)用于過濾泥頁巖吸水前沿室內(nèi)研究所配制鉆井液中的固相顆粒。
3.如權(quán)利要求1所述的一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置，其特征在于，所述的第三壓力接端(14)和夾持器鋼筒(17)之間通過一個(gè)密封膠圈(24)實(shí)現(xiàn)密封，第一壓力接端(10)和端蓋(8)之間以及第二壓力接端(12)和夾持器鋼筒(17)之間也安裝有這樣一個(gè)密封膠圈。
4.如權(quán)利要求1所述的一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置，其特征在于，所述的聲波發(fā)射端(6)和聲波接收端(7)對稱設(shè)置12組，聲波激發(fā)器(25)和聲波發(fā)射探頭(26)通過聲波發(fā)射端(6 )連接，電信號(hào)從信號(hào)輸入電纜(4 )進(jìn)入聲波激發(fā)器(25 )轉(zhuǎn)變?yōu)槁暡ㄐ盘?hào)，聲波信號(hào)經(jīng)過聲波發(fā)射端(6)傳輸至聲波發(fā)射探頭(26);第二壓力腔(19)模擬圍壓加載完畢后，聲波信號(hào)從聲波發(fā)射探頭(26)輸出，穿過夾持器鋼筒(17)兩側(cè)壁面、第二壓力腔(19)中液壓油以及巖心(20)，進(jìn)入聲波接收探頭(28);聲波接收器(27)和聲波接收探頭(28)通過聲波接收端(7)連接，聲波信號(hào)從聲波接收探頭(28)進(jìn)入，聲波信號(hào)經(jīng)過聲波接收端(7)傳輸至聲波接收器(27)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)輸出電纜(5)輸出至計(jì)算機(jī)(3);計(jì)算機(jī)(3)顯示12組輸出信號(hào)穩(wěn)定后分別記錄這12組聲波時(shí)差值；第一壓力腔(21)中泵入鉆井液，且壓力值增加至模擬井筒液柱壓力；計(jì)算機(jī)(3)分別記錄12組聲波時(shí)差值第一次改變時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，并根據(jù)12組聲波發(fā)射端(6)和聲波接收端(7)的標(biāo)定距離，自動(dòng)繪制井下泥頁巖吸水前沿位置和時(shí)間關(guān)系曲線。
5.如權(quán)利要求1所述的一種井下泥頁巖吸水前沿測試裝置，其特征在于，所述的12組聲波激發(fā)器(25)所產(chǎn)生的聲波頻率各不相同，避免相互干擾，頻率范圍應(yīng)以保證較好的測試效果為宜，且保證人身安全。
【文檔編號(hào)】G01N29/07GK103837598SQ201410104167
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】秦山, 陶祖文, 李皋, 劉厚彬, 石祥超 申請人:西南石油大學(xué)