CN113740513B - 一种原位ct在线扫描驱替实验系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位CT在线扫描驱替实验系统及应用方法。所述原位CT在线扫描驱替实验系统，包括扫描系统、外接系统。本发明通过扫描系统实现煤岩原位CT在线驱替扫描，通过外接系统实现恒温恒压条件下岩心的驱替实验，最终在两大系统装置的高效配合下，实现岩心在三轴条件下，气、液相单相驱替实验及气、液相混相驱替实验原位CT在线扫描，得到三轴加载条件下，全应力应变过程岩心微观孔裂隙结构及流固介质演化的实时图像。

Description

一种原位CT在线扫描驱替实验系统及应用方法

技术领域

本发明涉及一种原位CT在线扫描驱替实验系统以及应用所述系统的方法。

背景技术

有效表征原位环境下，岩心真实的孔裂隙结构特征对煤层气开采、油气勘探领域具有重大意义。目前，用于表征岩心孔隙结构的方法有很多种，如SEM、NMR、CT等，其中CT(计算机断层扫描技术)的发展广为关注。现有的CT扫描技术在微岩心情况下精度上可以达到纳米级别，但是对于实现全岩心原位储层条件下气、液、固在线驱替扫描，仍存在技术瓶颈。基于上述情况，迫切需要一种原位CT在线扫描驱替实验系统，实现在三轴条件下，同步进行气、液、固相混相驱替实验，反演岩心原位储层条件，并可以高精度、短时耗获得岩心内部空裂隙微观结构特征、多相流体微观运移规律与分布特征。

发明内容

本发明通过扫描机构实现岩心原位CT在线驱替扫描，通过扫描系统实现岩心原位CT在线驱替扫描，通过外接系统实现恒温恒压条件下岩心的驱替实验，最终在两大系统装置的高效配合下，实现岩心在三轴条件下，气、液相单相驱替实验及气、液相混相驱替实验原位CT在线扫描，得到三轴加载条件下，全应力应变过程岩心微观孔裂隙结构及流固介质演化的实时图像。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种原位CT在线扫描驱替实验系统，包括：

扫描系统，包括岩心夹持器、轴压进液口、围压出液口、围压进液口、驱替进气口、底座、驱替进液口、驱替出液口、驱替出气口、岩心胶套、围压室、岩心、环状射线接收器、自动伸缩旋转三相射线源、旋转轨道、卡槽、样品台、中央控制器、连接线；外接系统，包括驱替装置、驱替储液罐、驱替气瓶、恒温恒压循环装置、管线，所述中央控制器置于所述岩心夹持器左前方，所述驱替装置置于所述岩心夹持器左侧，所述驱替储液罐置于所述驱替装置上，所述驱替气瓶置于所述驱替装置左侧，所述恒温恒压循环装置置于所述岩心夹持器右侧，所述岩心夹持器置于所述样品台上部，并通过所述底座与所述样品台固定连接，所述旋转轨道置于所述样品台外围，且内置有所述卡槽，并通过所述连接线与所述中央控制器连接，所述自动伸缩旋转三相射线源与所述旋转轨道卡槽式连接，所述环状射线接收器置于所述旋转轨道外围，并通过所述连接线与所述中央控制器连接，所述轴压进液口置于所述岩心夹持器左上部，所述围压出液口置于所述岩心夹持器左上部且位于所述轴压进液口下方，所述围压进液口置于所述岩心夹持器左下部且位于所述驱替进气口上方，所述驱替进气口置于所述岩心夹持器左下部，所述驱替进液口置于所述岩心夹持器右下部，所述驱替出液口置于所述岩心夹持器顶部，所述驱替出气口置于所述岩心夹持器右上部，所述岩心胶套、所述围压室置于所述岩心夹持器内部，所述岩心置于所述岩心胶套内，所述驱替装置通过所述管线与所述驱替储液罐连接，所述驱替储液罐通过所述管线分别与所述驱替进液口和所述轴压进液口连接，所述驱替气瓶通过所述管线与所述驱替进气口连接，所述恒温恒压循环装置通过所述管线分别与所述围压进液口和所述围压出液口连接。

优选地，所述岩心夹持器置有所述轴压进液口、所述围压出液口、所述围压进液口、所述驱替进气口、所述驱替进液口、所述驱替出液口、所述驱替出气口，并通过所述底座与所述样品台固定连接，且由高强度透明材料构成。

优选地，所述自动伸缩旋转三相射线源通过所述卡槽与所述旋转轨道卡槽式连接，所述旋转轨道通过所述连接线与所述中央控制器连接。

优选地，所述环状射线接收器置于所述旋转轨道外围，并通过所述连接线与所述中央控制器连接。

本发明还提出了一种原位CT在线扫描驱替实验系统应用方法，应用上述系统，其包括如下工作步骤：

a、根据所述岩心地层条件确定实验所需温度和围压大小，并确定驱替参数；

b、将所述岩心夹持器固定在样品台上，连接实验装置，根据所定实验方案，通过所述驱替装置及所述管线给所述岩心施加轴向压力，通过所述恒温恒压循环装置及所述管线向所述岩心施加围压并维持所需温度；

c、根据所定实验方案，通过所述管线向所述岩心进行气相单相驱替实验、液相单相驱替实验或气、液相混相驱替实验；

d、设置扫描参数，停止流体注入，在实验方案预设扫描节点通过所述自动伸缩旋转三相射线源沿所述旋转轨道进行旋转扫描，所述环状射线接收器同步接收气、液、固三相射线信号并传输至所述中央控制器进行成像；

e、扫描结束后，继续流体注入实验，待下一个实验方案预设扫描节点重复步骤d-e；

f、通过所述驱替出液口回收出口流体直至实验结束。

本发明具有如下优点：

本发明述及的原位CT在线扫描驱替实验系统，具有扫描系统、外接系统，其中根据所述岩心的地层条件，设定温度和围压，所述岩心夹持器，通过所述轴压进液口、所述围压进液口、所述围压出液口与所述管线的联合作用，使所述岩心置于原位储层条件的状态下，并且可以进行气相单相驱替实验、液相单相驱替实验及气、液相混相驱替实验。所述自动伸缩旋转三相射线源可以分别识别固相、液相和气相物质，可以更精确的区分所述岩心中的不同相态物质，提高扫描精度，所述自动伸缩旋转三相射线源可以根据所述岩心的高度和大小调整其高度，并沿所述旋转轨道旋转扫描，可以有效避免所述岩心夹持器扫描过程中自旋产生的管线缠绕问题。所述环状射线接收器同步接收所述自动伸缩旋转三相射线源的传输的气、液、固三相射线信号并传输至所述中央控制器进行成像，可以随时看到驱替状态下所述岩心的内部情况。

附图说明

图1为本发明实施例中整体状态图。

图中：1-1岩心夹持器；1-2环状射线接收器；1-3自动伸缩旋转三相射线源；1-4样品台；1-5中央控制器；0-1连接线；1-1-1轴压进液口；1-1-2围压出液口；1-1-3围压进液口；1-1-4驱替进气口；1-1-5底座；1-1-6驱替进液口；1-1-7驱替出液口；1-1-8驱替出气口；1-1-9岩心胶套；1-1-10围压室；1-1-11岩心；1-3-1旋转轨道；1-3-2卡槽；2-驱替装置；2-1驱替储液罐；2-2驱替气瓶；0-2管线；3-恒温恒压循环装置。

具体实施方式

结合图1所示，一种原位CT在线扫描驱替实验系统，包括扫描系统、外接系统。通过扫描系统实现岩心原位CT在线驱替扫描，通过外接系统实现恒温恒压条件下岩心的驱替实验，最终在两大系统装置的高效配合下，实现岩心在三轴条件下，气、液相单相驱替实验及气、液相混相驱替实验原位CT在线扫描，得到三轴加载条件下，全应力应变过程岩心微观孔裂隙结构及流固介质演化的实时图像。

扫描系统中，所述中央控制器1-5置于所述岩心夹持器1-1左前方，所述岩心夹持器1-1置于所述样品台1-4上，并通过所述底座1-1-5与所述样品台1-4固定连接，所述旋转轨道1-3-1置于所述样品台1-4外围，且内置有所述卡槽1-3-2，并通过所述连接线0-1与所述中央控制器1-5连接，所述自动伸缩旋转三相射线源1-3与所述旋转轨道1-3-1卡槽式连接，所述环状射线接收器1-2置于所述旋转轨道1-3-1外围，并通过所述连接线0-1与所述中央控制器1-5连接，所述轴压进液口1-1-1置于所述岩心夹持器1-1左上部，所述围压出液口1-1-2置于所述岩心夹持器1-1左上部且位于所述轴压进液口1-1-1下方，所述围压进液口1-1-3置于所述岩心夹持器1-1左下部且位于所述驱替进气口1-1-4上方，所述驱替进气口1-1-4置于所述岩心夹持器1-1左下部，所述驱替进液口1-1-6置于所述岩心夹持器1-1右下部，所述驱替出液口1-1-7置于所述岩心夹持器1-1顶部，所述驱替出气口1-1-8置于所述岩心夹持器1-1右上部，所述岩心胶套1-1-9、所述围压室1-1-10置于所述岩心夹持器1-1内部，所述岩心1-1-11置于所述岩心胶套1-1-9内；

外接系统中，所述驱替装置2置于所述岩心夹持器1-1左侧，所述驱替储液罐2-1置于所述驱替装置2上，所述驱替气瓶2-2置于所述驱替装置2左侧，所述恒温恒压循环装置3置于所述岩心夹持器1-1右侧，所述驱替装置2通过所述管线0-2与所述驱替储液罐2-1连接，所述驱替储液罐2-1和所述驱替气瓶2-2置于所述岩心夹持器1-1左侧，所述驱替储液罐2-1通过所述管线0-2分别与所述驱替进液口1-1-6和所述轴压进液口1-1-1连接，所述驱替气瓶2-2通过所述管线0-2与所述驱替进气口1-1-4连接，所述恒温恒压循环装置3置于所述岩心夹持器1-1右侧，所述恒温恒压循环装置3通过所述管线0-2分别与所述围压进液口1-1-3和所述围压出液口1-1-2连接。

其具体步骤大致如下：

a、根据所述岩心1-1-11地层条件确定实验所需温度和围压大小，并确定驱替参数；

b、将所述岩心夹持器1-1固定在所述样品台1-4上，连接实验装置，根据所定实验方案，通过所述驱替装置2及所述管线0-2给所述岩心1-1-11施加轴向压力，通过所述恒温恒压循环装置3及所述管线0-2向所述岩心1-1-11施加围压并维持所需温度；

c、根据所定实验方案，通过所述管线0-2向所述岩心1-1-11进行气相单相驱替实验、液相单相驱替实验或气相、液相混相驱替实验；

d、设置扫描参数，停止流体注入，在实验方案预设扫描节点通过所述自动伸缩旋转三相射线源1-3沿所述旋转轨道1-3-1进行旋转扫描，所述环状射线接收器1-2同步接收气、液、固三相射线信号并传输至所述中央控制器1-5进行成像；

e、扫描结束后，继续注入流体，待下一个实验方案预设扫描节点重复步骤d-e；

f、通过所述驱替出液口1-1-6回收出口流体直至实验结束。

以上的各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，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种原位CT在线扫描驱替实验系统，其特征在于：原位CT在线扫描驱替实验系统包括：

扫描系统，包括岩心夹持器、轴压进液口、围压出液口、围压进液口、驱替进气口、底座、驱替进液口、驱替出液口、驱替出气口、岩心胶套、围压室、岩心、环状射线接收器、自动伸缩旋转三相射线源、旋转轨道、卡槽、样品台、中央控制器、连接线；外接系统，包括驱替装置、驱替储液罐、驱替气瓶、恒温恒压循环装置、管线，所述中央控制器置于所述岩心夹持器左前方，所述驱替装置置于所述岩心夹持器左侧，所述驱替储液罐置于所述驱替装置上，所述驱替气瓶置于所述驱替装置左侧，所述恒温恒压循环装置置于所述岩心夹持器右侧，所述岩心夹持器置于所述样品台上部，并通过所述底座与所述样品台固定连接，所述旋转轨道置于所述样品台外围，且内置有所述卡槽，并通过所述连接线与所述中央控制器连接，所述自动伸缩旋转三相射线源与所述旋转轨道卡槽式连接，所述环状射线接收器置于所述旋转轨道外围，并通过所述连接线与所述中央控制器连接，所述轴压进液口置于所述岩心夹持器左上部，所述围压出液口置于所述岩心夹持器左上部且位于所述轴压进液口下方，所述围压进液口置于所述岩心夹持器左下部且位于所述驱替进气口上方，所述驱替进气口置于所述岩心夹持器左下部，所述驱替进液口置于所述岩心夹持器右下部，所述驱替出液口置于所述岩心夹持器顶部，所述驱替出气口置于所述岩心夹持器右上部，所述岩心胶套、所述围压室置于所述岩心夹持器内部，所述岩心置于所述岩心胶套内，所述驱替装置通过所述管线与所述驱替储液罐连接，所述驱替储液罐通过所述管线分别与所述驱替进液口和所述轴压进液口连接，所述驱替气瓶通过所述管线与所述驱替进气口连接，所述恒温恒压循环装置通过所述管线分别与所述围压进液口和所述围压出液口连接。

2.根据权利要求1所述的原位CT在线扫描驱替实验系统，其特征在于：所述岩心夹持器置有所述轴压进液口、所述围压出液口、所述围压进液口、所述驱替进气口、所述驱替进液口、所述驱替出液口、所述驱替出气口，并通过所述底座与所述样品台固定连接，且由高强度透明材料构成。

3.根据权利要求1所述的原位CT在线扫描驱替实验系统，其特征在于：所述自动伸缩旋转三相射线源通过所述卡槽与所述旋转轨道卡槽式连接，且所述旋转轨道通过所述连接线与所述中央控制器连接。

4.根据权利要求1所述的原位CT在线扫描驱替实验系统，其特征在于：所述环状射线接收器置于所述旋转轨道外围，并通过所述连接线与所述中央控制器连接。

5.一种原位CT在线扫描驱替实验系统应用方法，其特征在于，采用如权利要求1至4任一项所述的原位CT在线扫描驱替实验系统，包括如下步骤：

a、根据所述岩心地层条件确定实验所需温度和围压大小，并确定驱替参数；

b、将所述岩心夹持器固定在样品台上，连接实验装置，根据所定实验方案，通过所述驱替装置及所述管线给所述岩心施加轴向压力，通过所述恒温恒压循环装置及所述管线向所述岩心施加围压并维持所需温度；

c、根据所定实验方案，通过所述管线向所述岩心进行气相单相驱替实验、液相单相驱替实验或气、液相混相驱替实验；

d、设置扫描参数，停止流体注入，在实验方案预设扫描节点通过所述自动伸缩旋转三相射线源沿所述旋转轨道进行旋转扫描，所述环状射线接收器同步接收气、液、固三相射线信号并传输至所述中央控制器进行成像；

e、扫描结束后，继续流体注入实验，待下一个实验方案预设扫描节点重复步骤d-e；

f、通过所述驱替出液口回收出口流体直至实验结束。