技术领域
[0001] 本
申请涉及岩心模拟技术领域，尤其涉及一种岩心夹持器。
背景技术
[0002] 本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成
现有技术。
[0003] 在石油勘探开发过程中，寻找和发现油气的一项关键技术是通过目标储层岩心的
电阻率高低来判断。影响岩心电阻率高低的主要因素包括其中所含
水的离子浓度(矿化度)、孔隙度以及导电矿物含量。在纯
砂岩地层，假设地层所含水的矿化度一致，在一定的储层孔隙度条件下，电阻率越高表明储层越有可能含有油气。另一方面，随着储层埋藏深度的增加，或者是储层经受更强烈的
挤压应
力使得其被
压实、越来越致密，其孔隙度降低，电阻率也会升高，但这并不是含油气引起的。由此可见，为了准确的判断储层中是否含有油气，必须明确岩心的孔隙度大小以及所在地层的水性质。
[0004] 长期以来，实验室选用
柱塞岩心并饱和模拟的地层水，在常温常压下用油或气体驱替其中的地层水，测量这一过程中电阻率的变化情况，并刻度实际井下
测井资料来判断地层是否含有油气以及含油气的多少。
[0005] 这一过程存在的重要问题是井下岩心处于高温高压状态，而且岩心所受的X、Y、Z三个方向的挤压
应力可能互不相等，而实验室只能测量常温常压下的电阻率，两种不同状态下的测量结果不能直接用来相互刻度。另一方面，有研究指出岩心在应力作用下电阻率也会增大。但是，应力的增加也会使得储层的孔隙度降低，到底是应力本身还是孔隙度的变化引起电阻率改变，并没有合适的实验装置验证这一难题。
[0006] 三轴向岩心夹持器在实验室的应用早已提出，但是所采用的岩心多是圆柱形的柱塞岩样。对柱塞岩心而言，在一定的围压下只能再施加轴向压力和环形压力，既不能模拟真实地层状态下水平方向X/Y应力作用，也无法同时测量不同方向的孔隙度和电阻率变化。
[0007] 应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
[0008] 基于前述的现有技术
缺陷，本申请提供了一种岩心夹持器,其能够较佳地模拟在真实地层条件下，X、Y、Z三个方向任意应力组合状态下的真三轴应力-
岩石形变-电阻率。
[0009] 为了实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案。
[0010] 一种岩心夹持器，包括：
[0011] 具有空腔的本体，所述本体沿其轴向设置有连通所述空腔的第一开口，以及沿其径向设置有连通所述空腔的第二开口和第三开口，所述第一开口、第二开口以及第三开口的方向互相垂直；
[0012] 设置在所述空腔中的胶套，所述胶套中具有呈正方体状的容置腔，所述容置腔用于收容待测试岩心；所述胶套沿其轴向设置有连通所述容置腔的第四通孔，以及沿其径向设置有连通所述容置腔的第五通孔和第六通孔，所述第四通孔、第五通孔以及第六通孔的方向互相垂直，且所述第四通孔、第五通孔以及第六通孔分别与所述第一开口、第二开口以及第三开口对应连通；
[0013] 设置在所述第四通孔、第五通孔以及第六通孔中的导电密封堵头和绝缘
块，所述导电密封堵头的端部能顶固所述待测试岩心，所述绝缘块位于所述导电密封堵头的外侧并顶固所述导电密封堵头，其内部设置有安装孔；
[0014] 穿设在所述安装孔的导电元件，所述导电元件的端部顶触所述导电密封堵头；
[0015] 呈空心状的压紧帽，所述压紧帽设置在所述第一开口、第二开口以及第三开口中，所述压紧帽中设置有传压柱，所述传压柱具有与所述导电元件相对应地通道，所述通道能容置
导线，所述导线的一端与所述导电元件电性连接，另一端延伸至所述通道外，所述传压柱的外端能连接位移
传感器；
[0016] 设置有加压孔的加压端头，所述加压端头设置在所述第一开口、第二开口以及第三开口中并套设在所述传压柱外；
[0017] 套设在所述传压柱外并能在所述传压柱的外壁上滑动的传压滑动体，所述传压滑动体与所述加压端头之间形成有密封环腔，所述密封环腔与所述加压孔相连通。
[0018] 优选地，所述第一开口、第二开口以及第三开口的数量均为两个，所述加压端头的数量为三个，三个所述加压端头分别设置在其中一个所述第一开口、第二开口以及第三开口中；
[0019] 所述岩心夹持器还包括三个
锁紧块，三个所述锁紧块分别设置在另一个所述第一开口、第二开口以及第三开口中。
[0020] 优选地，所述锁紧块呈圆柱体状，其远离所述第一开口、第二开口以及第三开口的端部沿径向向
外延伸形成第一连接部，所述第一连接部上设置有多个沿周向排布的第一连接孔。
[0021] 优选地，所述第四通孔、第五通孔以及第六通孔均包括位于内侧的正方形通孔段以及位于外侧的圆形通孔段，且所述第四通孔、第五通孔以及第六通孔的正方形通孔段与所述容置腔相连通，所述圆形通孔段与对应地所述正方形通孔段相连通。
[0022] 优选地，所述导电密封堵头由金属材料制成，并呈正方体块状，所述导电密封堵头设置在所述第四通孔、第五通孔以及第六通孔的正方形通孔段中。
[0023] 优选地，所述绝缘块呈圆柱体状，其设置在所述第四通孔、第五通孔以及第六通孔的圆形通孔段中。
[0024] 优选地，所述压紧帽呈空心圆柱体状，其远离所述第一开口、第二开口以及第三开口的端部沿径向向外延伸形成限位部，所述压紧帽插设在所述第一开口、第二开口以及第三开口中，所述限位部顶固在所述本体对应于所述第一开口、第二开口以及第三开口的外壁上。
[0025] 优选地，所述传压柱呈空心圆柱体状，其外壁沿径向向外延伸形成周向凸缘，所述传压柱靠近所述第一开口、第二开口以及第三开口的端部插设在所述压紧帽中，所述周向凸缘顶固在所述限位部上；
[0026] 所述周向凸缘的外壁与所述加压端头的内壁
接触，从而所述周向凸缘与所述加压端头之间形成环形腔室。
[0027] 优选地，所述传压滑动体呈空心圆柱体状，其靠近所述第一开口、第二开口以及第三开口的端部沿径向向外延伸形成凸起，所述传压柱远离所述第一开口、第二开口以及第三开口的端部插设在所述传压滑动体中，所述凸起位于所述环形腔室中并顶固在所述周向凸缘上，其外壁与所述加压端头的内壁密封接触。
[0028] 优选地，所述加压端头具有中空通道，所述中空通道远离所述第一开口、第二开口以及第三开口的内壁向内紧缩形成台阶，所述加压孔设置在所述台阶上；所述加压端头远离所述第一开口、第二开口以及第三开口的端部沿径向向外延伸形成第二连接部，所述第二连接部上设置有多个沿周向排布的第二连接孔。
[0029] 优选地，所述导电密封堵头、绝缘块、传压柱中设置有相贯通的驱替通道，所述驱替通道的一端与所述本体的空腔相连通，另一端用于与驱替管线相连通。
[0030] 优选地，所述导电密封堵头的内端面设置有凹槽。
[0031] 本申请实施方式的岩心夹持器，通过在本体的空腔中设置胶套，胶套具有呈正方体状的容置腔，从而可以容置与之形状相适配的待测试岩心，即待测试岩心也是正方体状，并在本体的互相垂直的第一开口、第二开口以及第三开口中设置传压柱和加压端头，可以向容置在胶套中的岩芯施加三向垂直的压力，并且由于第一开口、第二开口以及第三开口相对独立设置，从而可以改变施加在岩芯上的三向垂直压力的大小，模拟岩芯在实际地层中X、Y、Z三个方向任意应力组合，通过在与第一开口、第二开口以及第三开口相对应地第四通孔、第五通孔以及第六通孔中设置导电密封堵头和绝缘块，实现施加在岩芯上的压力的密封，并利用位移传感器测量岩心的形变，利用能与测量
电路电性连接的导电元件测量岩心的电阻率，籍此实现较佳地模拟在真实地层条件下，X、Y、Z三个方向任意应力组合状态下的真三轴应力-岩石形变-电阻率。
[0032] 其它应用领域将根据本文中提供的描述而变得明显。本发明内容的描述和具体示例仅旨在例示的目的，并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
[0033] 在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：
[0034] 图1为本申请实施方式的岩心夹持器的结构示意图；
[0035] 图2为图1中胶套的结构示意图；
[0036] 图3为图1中锁紧块的结构示意图；
[0037] 图4为图1中传压柱的结构示意图；
[0038] 图5为图1中传压滑动体的结构示意图；
[0039] 图6为图1中加压端头的结构示意图。
具体实施方式
[0040] 需要说明的是，当一个零部件被称为“设置于”另一个零部件，它可以直接在另一个零部件上或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被认为是“连接”另一个零部件，它可以是直接连接到另一个零部件或者可能同时存在居中零部件。本文所使用的术语“垂直”、“水平”、“左”、“右”以及类似的表述是基于
说明书附图为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0041] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0042] 如图1至图6所示，本申请实施方式提供了一种岩心夹持器，其可以包括：具有空腔的本体1，所述本体1沿其轴向设置有连通所述空腔的第一开口，以及沿其径向设置有连通所述空腔的第二开口和第三开口，所述第一开口、第二开口以及第三开口的方向互相垂直；设置在所述空腔中的胶套2，所述胶套2中具有呈正方体状的容置腔201，所述容置腔201用于收容待测试岩心3；所述胶套2沿其轴向设置有连通所述容置腔201的第四通孔204，以及沿其径向设置有连通所述容置腔201的第五通孔205和第六通孔206，所述第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206的方向互相垂直，且所述第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206分别与所述第一开口、第二开口以及第三开口对应连通；设置在所述第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206中的导电密封堵头4和绝缘块5，所述导电密封堵头4的端部能顶固所述待测试岩心3，所述绝缘块5位于所述导电密封堵头4的外侧并顶固所述导电密封堵头4，其内部设置有安装孔501；穿设在所述安装孔501的导电元件6，所述导电元件6的端部顶触所述导电密封堵头4；呈空心状的压紧帽7，所述压紧帽7设置在所述第一开口、第二开口以及第三开口中，所述压紧帽7中设置有传压柱8，所述传压柱8具有与所述导电元件
6相对应地通道801,所述通道801能容置导线(未示出)，所述导线的一端与所述导电元件6电性连接，另一端延伸至所述通道801外，所述传压柱8的外端能连接位移传感器(未示出)；
设置有加压孔901的加压端头9，所述加压端头9设置在所述第一开口、第二开口以及第三开口中并套设在所述传压柱8外；套设在所述传压柱8外并能在所述传压柱8的外壁上滑动的传压滑动体10，所述传压滑动体10与所述加压端头9之间形成有密封环腔109，所述密封环腔109与所述加压孔901相连通。
[0043] 在本实施方式中，本体1中设置的空腔大致可呈圆柱体状，胶套2可呈与空腔相适配的圆柱体状，其内部的容置腔201为正方体状，用于收容待测试岩心3。胶套2采用耐高温高压不
变形的有机氟
硅橡胶材料制成，其可以承压100兆帕、耐温100摄氏度。并且，胶套2外壁与本体1的空腔内壁之间具有一定间隙，从而可以形成环形空间，通过向密封环腔109中注入高压
流体，高压流体依次作用在传压柱8、绝缘体5和导电密封堵头4形成环形围压施加在胶套2上，进而挤压胶套2产生收缩变形，并将该变形压力传递给待测试岩心3。
[0044] 如图2所示，胶套2上设置的第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206均包括位于内侧的正方形通孔段以及位于外侧的圆形通孔段，其中，第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206的正方形通孔段与容置腔201相连通，圆形通孔段与对应地正方形通孔段相连通。
[0045] 进一步地，第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206的正方形通孔段中容置导电密封堵头4，导电密封堵头4由金属材料(例如
铜、
铝等)制成，并呈正方体块状，从而导电密封堵头4较佳地嵌设在正方形通孔段。
[0046] 此外，导电密封堵头、绝缘块、传压柱中设置有相贯通的驱替通道(未示出)，驱替通道的一端与本体1的空腔相连通，另一端用于与驱替管线相连通。并且，导电密封堵头4面对待测试岩心3的端部也就是内端面可以设置有凹槽，凹槽可以扩大驱替过程非润湿相流体与方形的待测试岩心3端面的接触面，提高驱替效果。
[0047] 在本实施方式中，可以在第一开口、第二开口和第三开口所在的三个方向中任意一个方向上的导电密封堵头、绝缘块、传压柱中设置驱替通道，即本申请的岩芯夹持器可以只包含一个驱替通道。
[0048] 这样，驱替通道可以连通驱替管线与本体1的空腔，从而可以向待测试岩心3中注入驱替液。具体的，待测试岩心3在实验前被饱和水，在通过加压孔901注入到密封环腔109中的高压流体的作用下，使得待测试岩心3发生收缩变形时，通过驱替管线同步相待测试岩心3中注入驱替液体，从而研究待测试岩心3在挤压变形过程中的驱替过程。
[0049] 同样的，第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206的圆形通孔段中容置绝缘块5，绝缘块5呈圆柱体状，其采用耐高温耐高压的工程塑料PEEK制成，硬度与待测试岩心3接近，防止在实验加压过程中其本身产生变形而影响测量结果的
精度。此外，设置绝缘块5还可以在电阻率测量过程中，屏蔽本体1、加压端头9、传压滑动体10等对导电的影响，确保测量
电流、
电压信号仅来自于待测试岩心3，从而提高测量数据的准确度。
[0050] 绝缘块5中设置有用于供导电元件6穿设的安装孔501，导电元件6呈柱状，由金属例如铜制成，导电元件6可以通过导线与测量电路电性连接，从而可以测量待测试岩心3的电阻率。
[0051] 第一开口、第二开口以及第三开口的数量均为两个，加压端头9的数量为三个，三个加压端头9分别设置在其中一个第一开口、第二开口以及第三开口中，另外一个第一开口、第二开口以及第三开口中分别设置有锁紧块11。
[0052] 也就是说，本体1上设置了总计6个开口，其中，设置有加压端头9的第一开口、第二开口和第三开口为加压口(为3个)，而设置有锁紧块11的第一开口、第二开口和第三开口为非加压口(也是3个)。由于力的作用是相互的，因此实际中，只需要通过相互垂直的一组第一开口、第二开口和第三开口形成的加压口施加压力即可完成对岩心的加压操作，将与之相对地另外一组第一开口、第二开口和第三开口形成的非加压口不作施压结构处理和结构设计。
[0053] 通过在6个方向分别设计3对加压端头9和锁紧块11的组合，可以实现在3个方向分别对待测试岩心3施加不同的压力组合。
[0054] 如图3所示，锁紧块11大致可呈空心圆柱体状，其远离第一开口、第二开口以及第三开口的端部沿径向向外延伸形成第一连接部1101，从而锁紧块11大致可呈
法兰形状，第一连接部1101上设置有多个沿周向排布的第一连接孔1102，第一连接孔1102可穿设连接
螺栓，籍此实现锁紧块11固定安装在本体1上。
[0055] 如图1所示，压紧帽7大致呈空心圆柱体状，其远离第一开口、第二开口以及第三开口的端部沿径向向外延伸形成限位部701，限位部701顶固在本体1对应于所述第一开口、第二开口以及第三开口的外壁上，从而实现压紧帽7的
定位安装。
[0056] 如图4所示，传压柱8呈空心圆柱体状，其外壁沿径向向外延伸形成周向凸缘802，传压柱8靠近第一开口、第二开口以及第三开口的端部插设在压紧帽7中，周向凸缘802顶固在限位部701上。并且，周向凸缘802的外壁与加压端头9的内壁接触，从而周向凸缘802与加压端头9之间限定出一环形腔室。
[0057] 如图5所示，传压滑动体10大致可呈空心圆柱体状，其靠近第一开口、第二开口以及第三开口的端部沿径向向外延伸形成凸起1001，传压柱8远离第一开口、第二开口以及第三开口的端部插设在传压滑动体10中，凸起1001位于环形腔室中并顶固在周向凸缘802上。此外，传压滑动体10的外壁设置有多道
密封圈，以使其外壁与加压端头9的内壁密封接触，防止压力泄露。
[0058] 传压滑动体10可以在传压柱8的外壁上沿轴向移动，该移动来源于经过加压孔901向密封环腔109注入高压流体。具体的，结合图1和图6所示，加压孔901的数量为2个，其中一个加压孔901连接高压管路，用以向密封环腔109中注入高压流体，另一个加压孔901中插入
压力传感器，用以检测高压流体的压力。
[0059] 操作时，通过高压管路向密封环腔109中注入高压流体(例如，可以为水、油、气体等)，高压流体作用在传压滑动体10的凸起1001上，从而顶推着凸起1001向与之顶固的传压柱8的周向凸缘802沿径向向里移动，传压柱8的向内移动紧接着依次向绝缘块5、导电密封堵头4施加向里的作用力，从而挤压设置在容置腔中的待测试岩心3，使待测试岩心3发生收缩变形。
[0060] 由于传压柱8依次通过绝缘块5、导电密封堵头4与待测试岩心3实现刚性的连接，因此，传压柱8的轴向移动距离与待测试岩心3的收缩变形量相等。通过与传压柱8的外端相连接的位移传感器测量传压柱8的轴向移动量，即可得到待测试岩心3的收缩变形量。由于待测试岩心3分别在互相垂直的三个方向上，即第一开口、第二开口和第三开口中分别设置有传压柱8，以及在传压柱8的外端连接位移传感器，籍此可以获得待测试岩心3在三个互相垂直的收缩变形量。
[0061] 在本实施方式中，位移传感器可以为LVDT线性位移传感器，可以检测待测试岩心3低至0.01毫米的位移形变。
[0062] 如图6所示，加压端头9具有中空通道902，中空通道902远离所述第一开口、第二开口以及第三开口的内壁向内紧缩形成台阶903，加压孔901设置在台阶903上。
[0063] 此外，加压端头9远离第一开口、第二开口以及第三开口的端部沿径向向外延伸形成第二连接部904，从而加压端头9大致可呈法兰形状，第二连接部904上设置有多个沿周向排布的第二连接孔905，籍此实现加压端头9固定安装在本体1上。
[0064] 下面介绍本申请实施方式的岩心夹持装置的组装过程以及工作流程。
[0065] 第一步，将处理好的正方体状的岩心装入胶套2的容置腔201中，并使岩心的六个面对准两个第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206；
[0066] 第二步，将加压端头9和锁紧块11卸下，将装有岩心的胶套2置入本体1的空腔，确保胶套2上设置的第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206与本体1上设置的第一开口、第二开口以及第三开口对应；
[0067] 第三步，将绝缘块5装入胶套2的第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206的圆形通孔段中，将导电密封堵头4装入胶套2的第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206的正方形通孔段，在绝缘块5的安装孔501中插入导电元件6，使导线的一端连接导线元件，另一端经传压柱8的通道801穿出；
[0068] 第四步，将压紧帽7和传压滑动体10穿设在传压柱8的两端，并将压紧帽7装入第一开口、第二开口以及第三开口中，确保传压柱8顶住绝缘块5，将传压滑动体10装入加压端头9内，安装时确保滑动体上的密封圈无损坏，以免产生压力泄露，再将加压端头9的一端装入本体1的第一开口、第二开口以及第三开口中，用连接螺栓上紧，将加压端头9固定在本体1上；
[0069] 第五步，完成传压滑动体10与外加压端头9的组合固定在本体1上后，相对的另一侧的第一开口、第二开口以及第三开口中装入锁紧块11，上紧连接螺栓；
[0070] 第六步，对其它几个方向进行类似安装。
[0071] 第七步，连接好外部的6根导线和4个压力源、驱替管线，其中水平方向的加压端头9的两个加压孔901，一个接围压，另一个接轴压。先给本体1施加5兆帕左右的围压，以保证胶套2与岩心紧密包裹，然后再按照实验设计分别对待测试岩芯施加三个方向的轴压；
[0072] 第八步，在加压过程中，一是要注意压力不泄露，二是要注意观测并记录三个方向的压力和形变、电阻率。每一个压力状态下，需要待压力表稳定15分钟后再记录。
[0073] 上述步骤是第一次开展实验时的流程，如果仅需要更换待测试岩心3或胶套2，只需要卸掉水平方向的加压端头9、锁紧块11、压紧帽7和传压滑动体10等部件，其它两个方向不需要拆卸。
[0074] 本申请实施方式的岩心夹持器，通过在本体1的空腔中设置胶套2，胶套2具有呈正方体状的容置腔201，从而可以容置与之形状相适配的待测试岩心3，即待测试岩心3也是正方体状，并在本体1的互相垂直的第一开口、第二开口以及第三开口中设置传压柱8和加压端头9，可以向容置在胶套2中的岩芯施加三向垂直的压力，并且由于第一开口、第二开口以及第三开口相对独立设置，从而可以改变施加在岩芯上的三向垂直压力的大小，模拟岩芯在实际地层中X、Y、Z三个方向任意应力组合，通过在与第一开口、第二开口以及第三开口相对应地第四通孔204、第五通孔205以及第六通孔206中设置导电密封堵头4和绝缘块5，实现施加在岩芯上的压力的密封，并利用位移传感器测量岩心的形变，利用能与测量电路电性连接的导电元件6测量待测试岩心3的电阻率，籍此实现较佳地模拟在真实地层条件下，X、Y、Z三个方向任意应力组合状态下的真三轴应力-岩石形变-电阻率。
[0075] 本项发明的有益效果在于，可以完全真实地模拟样品在实际地层温压条件下不同饱和流体分布状态时的电阻率变化特征，通过在三维压力作用下气驱水或油驱水，测量不同
饱和度下的岩石电阻率，为精确描述复杂油气藏的岩石电性变化规律提供可靠的实验平台。
[0076] 需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0077] 应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述
权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为
申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。
