本發(fā)明涉及石油勘探開發(fā)過程中關于井壁穩(wěn)定性評價技術領域，尤其涉及一種用于巖心樣品的地層流體壓力的監(jiān)測裝置。

背景技術：

現(xiàn)有的泥頁巖井壁穩(wěn)定性研究一直是國內外十分關注而未能很好解決的工程難題，也是制約我國油氣田勘探開發(fā)速度的重要因素之一。因此，研究泥頁巖壓力傳遞有助于認識泥頁巖井壁失穩(wěn)的機理。泥頁巖壓力傳遞實驗模擬的原理是通過評價泥頁巖的滲透率來實現(xiàn)的。泥頁巖的滲透率是評價泥頁巖在水力壓差作用下壓力梯度特性的主要參數。

現(xiàn)有的監(jiān)測裝置通過建立若干個測壓點。這些測壓點的壓力值能代表通過該點圓截面的壓力。當液體進入多孔介質巖心時，從液體入口到液體出口的壓力不同，這樣便形成了壓力梯度。壓力梯度的不同能夠反映滲透率的變化情況。

現(xiàn)有的監(jiān)測裝置存在當泥頁巖產生裂縫時，在壓力傳遞過程中，不在裂縫方位上的單一測點將無法監(jiān)測到傳遞壓力值的問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，根據本發(fā)明提出了一種用于巖心樣品的地層流體壓力的監(jiān)測裝置，包括：內部具有中空區(qū)的殼體；固定安裝在所述殼體的上端口位置的端蓋；位于所述中空區(qū)并接近所述殼體底部位置設有封堵部；套設在所述端蓋與所述封堵部的外周壁以構造成用于容納巖心樣品的容納區(qū)的套設組件，其中，在所述套設組件的外周壁上沿周向和徑向均間隔設有壓力支撐部；對應安裝在所述壓力支撐部中，用以監(jiān)測在不同方向上所述巖心樣品的壓力傳遞大小的壓力監(jiān)測組件。通過在每個壓力支撐部中均安裝有一個壓力監(jiān)測組件。該壓力監(jiān)測組件的設置，能夠真實且準確地監(jiān)測到位于巖心樣品不同方向的壓力傳遞情況，根據監(jiān)測到的壓力傳遞情況，判斷出由該巖心樣品制造而成的井壁的穩(wěn)定性情況。

較佳的，所述壓力支撐部分別沿所述套設組件的徑向和軸向等間距設置。這樣便可有效地監(jiān)測巖心樣品的壓力傳遞情況，克服了在巖心樣品軸向上不在裂縫方位上的單一壓力測點無法監(jiān)測到壓力傳遞值的弊端。

較佳的，所述壓力監(jiān)測組件與所述巖心樣品相接觸的表面為光滑過渡面。這樣，便使得壓力監(jiān)測組件與巖心樣品之間的接觸更加緊密，避免了兩者之間有縫隙的存在。

較佳的，所述監(jiān)測裝置還包括固定安裝在所述殼體的內周壁位置以將所述中空區(qū)加熱到預定溫度的加熱件。該加熱件的設置，能夠使得該中空區(qū)加熱到預定溫度，從而使得該中空區(qū)滿足高溫的環(huán)境。

較佳的，所述監(jiān)測裝置還包括一端固定在所述端蓋中，另一端穿入所述中空區(qū)并固定在所述封堵部中，以向所述容納區(qū)中注入氣體的進氣管路。

較佳的，每個所述壓力監(jiān)測組件中均開設有與所述容納區(qū)相連通的測壓通道。這樣，在向上述進液通道中注入帶壓的循環(huán)流體時，滲入到巖心樣品中的循環(huán)流體進入到該測壓通道后，該壓力監(jiān)測組件會監(jiān)測出此時該處的壓力值，并將該壓力值以壓力信號的形式傳遞給如下所述的信號采集件。

較佳的，所述監(jiān)測裝置還包括分別與每個所述壓力監(jiān)測組件為電連接且用于將壓力信號轉化為電信號的信號采集件。信號采集件能夠將每個壓力監(jiān)測組件監(jiān)測到的代表壓力值的壓力信號轉化為電信號輸出。

較佳的，所述監(jiān)測裝置還包括與所述信號采集件為電連接的引線件。該引線件具有耐高溫和耐高壓的特性，因而能夠保證信號采集件轉化成的電信號順利地輸出到地上的數據采集系統(tǒng)中，從而完成該部分的多截面多測點的壓力傳遞的實時監(jiān)測。

較佳的，所述端蓋中對稱式設有均與所述容納區(qū)相連通的進液通道和排液通道。

較佳的，所述封堵部的上端面與所述巖心樣品的底端面相抵接。這樣便起到了支撐和固定巖心樣品的作用。

根據本發(fā)明，所述監(jiān)測裝置具有有效監(jiān)測位于巖心樣品不同方向上的壓力傳遞情況的優(yōu)點，以及還具有結構簡單、可靠、監(jiān)測結果準確和準確判斷井壁穩(wěn)定性的優(yōu)點。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。在圖中：

圖1為本發(fā)明用于巖心樣品的地層流體壓力的監(jiān)測裝置的整體結構剖視示意圖。

圖2為本發(fā)明用于巖心樣品的地層流體壓力的監(jiān)測裝置的多測點壓力監(jiān)測組件的結構示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例描繪。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

請參閱圖1和圖2，其分別為本發(fā)明用于巖心樣品的地層流體壓力的監(jiān)測裝置的整體結構剖視示意圖和本發(fā)明用于巖心樣品的地層流體壓力的監(jiān)測裝置的多測點壓力監(jiān)測組件的結構示意圖。如圖1所示，所述監(jiān)測裝置用于監(jiān)測巖心樣品6在不同方向上壓力的傳遞情況。在本申請的實施例中，該巖心樣品6例如可為含裂縫的泥頁巖。該監(jiān)測裝置包括殼體1、端蓋2、封堵部3、套設組件4和壓力監(jiān)測組件5。

在本申請的實施例中，該殼體1的整體大致呈筒狀，且開口端朝上設置。由于該監(jiān)測裝置需要真實地模擬地層中含裂縫的泥頁巖的所處環(huán)境，即通常為高溫高壓的環(huán)境。故該殼體1應當由耐高溫和耐高壓材質制造而成。該殼體1的設置，能夠為該監(jiān)測裝置提供高溫高壓的圍壓環(huán)境。

在本申請的實施例中，該殼體1的內部具有中空區(qū)11。

在本申請的實施例中，該端蓋2固定安裝在殼體1的上端口位置。該端蓋2例如可通過螺釘緊固在殼體1的上端口位置或通過采用與殼體1的上端口相扣合的方式實現(xiàn)安裝固定。該端蓋2的設置，可以使得殼體1中的中空區(qū)11處于相對密閉的環(huán)境，避免殼體1外部的其它顆?；驂m埃進入中空區(qū)11，而影響實驗的監(jiān)測結果。在本申請的實施例中，該端蓋2大致呈倒置的錐形。

在本申請的實施例中，該封堵部3位于中空區(qū)11中，并具體安裝在靠近殼體1的底部位置。該封堵部3大致呈錐形，且與端蓋2縱向相對設置。

在本申請的實施例中，套設組件4套設在端蓋2與封堵部3的外周壁位置，從而，在端蓋2與封堵部3之間構造有容納區(qū)41。該容納區(qū)41用于容納要監(jiān)測 的巖心樣品6。由于整個監(jiān)測裝置工作在高溫高壓的環(huán)境下，因而，上述端蓋2、封堵部3以及套設組件4均應當具有一定的耐高溫和耐高壓的能力。因而，該端蓋2、封堵部3以及套設組件4均應當由耐高溫和耐高壓材質制造而成。其中，該套設組件4還應當具有一定的彈性，能夠通過自身的張緊力牢固地套設在端蓋2和封堵部3的外周壁上。這樣，在監(jiān)測過程中，避免由于監(jiān)測的時間較長，該套設組件4因自身的張緊力減弱而發(fā)生松動的弊端。

在一個優(yōu)選的實施例中，封堵部3的上端面與巖心樣品6的底端面相抵接，從而，為巖心樣品6提供軸向向上的壓力。同時，也起到了支撐和固定巖心樣品6的作用。

在本申請的實施例中，在套設組件4的外周壁上沿周向和徑向均間隔設置有壓力支撐部42。該壓力支撐部42大致呈方形、矩形或柱形。該壓力支撐部42的一端朝容納區(qū)41開口，并與容納區(qū)41相連通，另一端朝背離容納區(qū)41開口。

在本申請的實施例中，在每個壓力支撐部42中均安裝有一個壓力監(jiān)測組件5。該壓力監(jiān)測組件5的設置，能夠真實且準確地監(jiān)測到位于巖心樣品6不同方向的壓力傳遞情況，根據監(jiān)測到的壓力傳遞情況，判斷出由該巖心樣品6制造而成的井壁的穩(wěn)定性情況。

如圖1和圖2所示，在一個優(yōu)選的實施例中，壓力支撐部42分別沿套設組件4的徑向和軸向等間距設置。該壓力支撐部42的具體設計個數可根據具體的壓力監(jiān)測情況來確定。在本申請的實施例中，該壓力支撐部42可在套設組件4的外周壁上分布有三橫三縱共九個。其中，三縱指在套設組件4的軸向上且在巖心樣品6的長度范圍內等距分布有三個。三橫指在套設組件4的徑向呈120度等距分布。這樣便可有效地監(jiān)測巖心樣品6的壓力傳遞情況，克服了在巖心樣品6的軸向上且不在裂縫方位上的單一壓力測點無法監(jiān)測到壓力傳遞值的弊端。

在本申請的實施例中，該監(jiān)測裝置與圍壓泵(圖中未示出)相連接。該圍壓泵為監(jiān)測裝置提供高壓環(huán)境。即在圍壓泵的作用下，能夠向套設組件4和殼體1之間的空間中注入液體，當液體注滿套設組件4與殼體1之間的空間(中空區(qū)11的部分空間)后，利用該圍壓泵對注入的液體加壓，直到該空間壓力達到預定值，則表明已滿足高壓的環(huán)境，便停止對注入液體的加壓。此時，該空間中的壓力能夠真實地模擬地層的覆壓力情況。在本申請的實施例中，當上述空間壓力在大于等于30MPa且小于等于90MPa時，則表明已經滿足監(jiān)測的高壓環(huán)境。在一個具 體的示例中，該空間壓力的最優(yōu)值例如可為60MPa。

在一個優(yōu)選的實施例中，壓力監(jiān)測組件5與巖心樣品6相接觸的表面為光滑過渡面51。這樣，在上述圍壓泵的作用下，使得該套設組件4受到徑向向內的壓力，從而，使得壓力監(jiān)測組件5能夠與巖心樣品6的側表面相貼合。另外，由于該壓力監(jiān)測組件5與巖心樣品6相接觸的表面為光滑過渡面51。從而，會使得壓力監(jiān)測組件5與巖心樣品6之間的接觸更加緊密，避免了兩者之間有縫隙的存在。進一步地，避免了因在壓力監(jiān)測組件5與巖心樣品6之間存有縫隙或距離，而使得連接兩者的測壓管線因自身帶有測壓阻力，導致無法真實反映出巖心樣品6的表面壓力傳遞情況的弊端。

在一個優(yōu)選的實施例中，監(jiān)測裝置還包括加熱件7。該加熱件7固定安裝在殼體1的內周壁位置。該加熱件7例如可直接鑲嵌在殼體1的內周壁位置或通過螺釘緊固在殼體1的內周壁位置。該加熱件7的設置，能夠使得該中空區(qū)11加熱到預定溫度，從而使得該中空區(qū)11滿足高溫的環(huán)境。該加熱件7設計的個數可根據需要加熱到的溫度的高低來具體確定。在本申請的實施例中，該加熱件7沿殼體1的內周壁等間距設置，這樣，便使得該中空區(qū)11能夠具有均勻的加熱溫度，避免因產生一處溫度高而另一處溫度地，從而導致影響監(jiān)測結果的弊端。

在本申請的實施例中，該中空區(qū)11的溫度范圍在大于等于50度且小于等于100度時，表明該中空區(qū)11已經滿足了高溫的要求。在一個具體的示例中，該中空區(qū)11的溫度例如可為50度、60度、70度或80度。

在一個優(yōu)選的實施例中，該監(jiān)測裝置還包括進氣管路8。該進氣管路8一端固定在端蓋2中，另一端穿入中空區(qū)11并固定在封堵部3中。其中，該進氣管路8的出氣口與容納區(qū)41相連通。在本申請的實施例中，通過使得平流泵(圖中未示出)與進氣管路8相連通，在平流泵的泵送作用下，實現(xiàn)向容納區(qū)41中注入氣體的目的。這樣，當該容納區(qū)41中的壓力達到小于或接近中空區(qū)11的壓力時，則表明該容納區(qū)41中的壓力已滿足監(jiān)測要求。向該容納區(qū)41中注入氣體的目的在于，能夠真實地模擬處于地層中巖心樣品6所受到的地層壓力情況。

在一個優(yōu)選的實施例中，該端蓋2中對稱式設有進液通道21和排液通道22。其中，進液通道21和排液通道22均與容納區(qū)41相連通。通過向進液通道21中注入帶有壓力的循環(huán)流體，使得該循環(huán)流體進入容納區(qū)41中后，一部分經排液通道22輸出，而另一部分則滲入到巖心樣品6中，實現(xiàn)模擬地層流體壓力在巖 心樣品6(含裂縫的泥頁巖心)中的動、靜態(tài)壓力的傳遞情況。此時，再利用壓力監(jiān)測組件5測出壓力的變化梯度。

在一個優(yōu)選的實施例中，每個壓力監(jiān)測組件5中均開設有測壓通道52，該測壓通道52與容納區(qū)41相連通。這樣，在向上述進液通道21中注入帶壓的循環(huán)流體時，滲入到巖心樣品6中的循環(huán)流體進入到該測壓通道52后，該壓力監(jiān)測組件5會監(jiān)測出此時該處的壓力值，并將該壓力值以壓力信號的形式傳遞給如下所述的信號采集件9。

在一個優(yōu)選的實施例中，該監(jiān)測裝置還包括與每個壓力監(jiān)測組件5為電連接的信號采集件9。該信號采集件9例如可通過螺釘固定安裝在端蓋2的底壁位置。該信號采集件9可用來將壓力信號轉化為電信號。即該信號采集件9能夠將每個壓力監(jiān)測組件5監(jiān)測到的代表壓力值的壓力信號轉化為電信號輸出。

在一個優(yōu)選的實施例中，該監(jiān)測裝置還包括與信號采集件9為電連接的引線件10。該引線件10固定安裝在端蓋2中，該引線件10可為高溫高壓引線器。該引線件10具有耐高溫和耐高壓的特性，因而能夠保證信號采集件10轉化成的電信號順利地輸出到地上的數據采集系統(tǒng)(圖中未示出)中，從而完成該部分的多截面多測點的壓力傳遞的實時監(jiān)測。

根據本發(fā)明的第一示例，該監(jiān)測裝置的具體工作過程為，首先，利用圍壓泵向套設組件4與殼體1之間的空間注入液體，當液體被注滿整個空間后，再利用圍壓泵對注入的液體進行加壓，直到該空間壓力達到第一預定壓力值，則表明已滿足高壓環(huán)境，此時便停止對注入液體的繼續(xù)加壓。該空間壓力的預定值為大于等于30MPa且小于等于90MPa。此時該空間的壓力值已滿足地層覆壓力值的模擬條件。

其次，在平流泵的作用下，實現(xiàn)氣體通過進氣管路8進入到容納區(qū)41中。當氣體注入到該容納區(qū)41中的第二預定壓力小于或接近中空區(qū)11的第一預定壓力時，則表明該容納區(qū)41中的壓力已滿足監(jiān)測要求。此時該容納區(qū)41中的壓力值可真實反應處于地層中巖心樣品6所受到的地層壓力情況。

最后，通過向進液通道21中注入帶有一定壓力的循環(huán)流體，使得該循環(huán)流體一部分從排液通道22中輸出，另一部分則滲入到巖心樣品6中。注入循環(huán)流體的目的在于能夠真實地模擬地層流體壓力在巖心樣品6(含裂縫的泥頁巖心)中的動、靜態(tài)壓力的傳遞情況，從而實現(xiàn)對巖心樣品6的多截面多測點動態(tài)壓力 傳遞的實時監(jiān)測的目的。

綜上所述，該監(jiān)測裝置具有有效監(jiān)測位于巖心樣品不同方向上的壓力傳遞情況的優(yōu)點，以及還具有結構簡單、可靠、監(jiān)測結果準確和準確判斷井壁穩(wěn)定性的優(yōu)點。

雖然已經參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。