高温高压核磁共振岩心夹持器的制作方法

本发明属于勘探开发技术领域，尤其涉及一种高温高压核磁共振岩心夹持器。

背景技术：

在石油勘探开发、地热地质、环境保护、水文地质等勘探开发研究中，需要从地下取出相关地层岩心，进行岩心物性分析实验，测量相关岩心的孔隙度、渗透率等物性参数，进行与勘探开发有关的驱替实验。核磁共振技术作为一种分析的手段，由于其可无损地检测样品内部含氢流体的性质，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用。因此需要研究能够满足核磁共振实验要求的岩心夹持器，岩心夹持器是一种密封并夹持岩心的工具，辅助完成岩心物理性质测试及相关实验。

现有技术中，常规岩心夹持器是用一个内筒体和一个外筒体，岩心放在内筒体内，内筒体的两端和外筒体的两端之间分别装有堵套以密封形成围压腔，流体通过堵套中间的通孔流入内筒体中形成驱替压力，高温高压流体流入围压腔形成地层压力和温度，利用这种方法模拟地层压力和温度进行驱替实验。

在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术中至少存在以下不足：

现有技术中，与核磁共振兼容岩心夹持器的工作压力多在30mpa以下，工作温度一般在100℃以下，而对于盆地深层高温高压条件下的模拟实验，其工作压力多在100mpa左右，工作温度在150℃左右，进行盆地深层高温高压条件下的模拟实验时，由于围压腔内部为高温高压流体，外筒体外部为标准大气压，这样的内外温压条件差异对外筒体和内筒体的连接处的密封性能要求很高，现有技术中的岩心夹持器均不能实现。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高温高压核磁共振岩心夹持器，以适应盆地深层高温高压条件下的模拟实验。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种高温高压核磁共振岩心夹持器，所述岩心夹持器包括：

外筒体；

内筒体，所述内筒体设置在所述外筒体内；

核磁共振探头线圈，所述核磁共振探头线圈设置在所述外筒体和所述内筒体之间；

堵套，所述堵套设置有两个，两个所述堵套分别设置在所述内筒体和所述外筒体的两端之间，所述堵套的内侧设置有密封槽；

密封接头组件，每个所述堵套的密封槽内均设置有所述密封接头组件，所述密封接头组件包括：

漆包线，所述漆包线的一端位于所述外筒体和所述内筒体之间，所述漆包线的另一端依次穿过所述密封槽以及所述堵套；

电极，所述电极位于所述密封槽内，所述电极设置在所述漆包线上；

电极绝缘套，所述电极绝缘套固定设置在所述电极上，且，所述电极绝缘套配合设置在所述密封槽中；

电极压帽，所述电极压帽螺纹连接在所述密封槽的开口处，所述电极压帽被所述漆包线活动穿过，所述电极压帽顶靠所述电极设置；

密封圈，所述密封圈设置在所述电极绝缘套和所述电极压帽之间，且，所述密封圈套设在所述电极上；

所述核磁共振探头线圈的两端分别和两个所述堵套的密封槽内的密封接头组件的漆包线连接。

进一步地，所述密封接头组件还包括电极支撑套，所述电极支撑套配合设置在所述密封槽内，所述电极支撑套设置在所述密封槽的底部和所述电极绝缘套之间，且，所述电极支撑套被所述漆包线活动穿过。

进一步地，所述外筒体贯通设置，所述外筒体的两端分别螺纹连接有所述固定压帽，所述固定压帽的中部设置有贯通孔，所述堵套活动穿过所述贯通孔，所述堵套的内部设置有限位挡块，所述限位挡块连接在所述外筒体的端部，且，所述限位挡块和所述外筒体的端部之间设置有密封组件。

进一步地，所述外筒体的材质为钛合金材料；

所述外筒体的周面上设置有围压入口和围压出口，所述围压入口和所述围压出口处均焊接有连接接头，所述连接接头也采用钛合金材料制成。

进一步地，所述连接接头设置有连接孔；

所述岩心夹持器还包括高压接头，所述高压接头固定设置在所述围压入口处的所述连接接头的连接孔中，所述高压接头包括杆部以及高压压帽，所述高压压帽固定连接在所述杆部的尾部，所述杆部的头部设置有连接块，所述连接块呈圆台状，所述连接块的底面和顶面按依次远离所述高压压帽的方向设置，所述高压压帽、所述杆部以及所述连接块设置有贯通的注入孔。

进一步地，所述岩心夹持器还包括线圈支架，所述线圈支架固定设置在所述内筒体的外侧，所述核磁共振探头线圈缠绕在所述线圈支架的周面外侧。

更进一步地，所述线圈支架包括筒体以及两个连接板，其中：

所述筒体同轴设置在所述内筒体的外侧，所述筒体的周面外侧设置有螺旋线槽，所述筒体的周面轴向两侧均设置有线圈固定孔；

两个所述连接板分别固定设置在所述筒体的端部的径向外侧，每个所述连接板均固定连接在同一端的所述堵套的内侧，每个所述连接板上均设置有线圈通孔，所述核磁共振探头线圈缠绕在所述螺旋线槽中，所述核磁共振探头线圈的两端固定连接在两个线圈固定孔中，且，所述核磁共振探头线圈的两端分别穿过两个所述连接板上的线圈通孔，与两个所述堵套的密封槽内的密封接头组件的漆包线连接。

进一步地，所述筒体的周面的轴向两端上还设置有围压平衡孔。

进一步地，所述岩心夹持器还包括两个和所述堵套一一对应的岩心顶塞，两个所述岩心顶塞均穿过对应的所述堵套；

所述内筒体的两端密封套接在两个所述堵套的内侧，两个所述岩心顶塞的内侧均设置有可更换的填充块，两个所述填充块之间用于夹持待测样品。

更进一步地，所述岩心顶塞的内侧和所述填充块面向待测样品的一侧均设置有凹槽。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种高温高压核磁共振岩心夹持器，由于其包括外筒体以及设置在外筒体内的内筒体，且两个堵套分别设置在内筒体和外筒体的两端之间密封形成围压腔，这样在实验时，岩心就可以放在内筒体内，流体通过堵套中间的通孔流入内筒体中形成驱替压力，高温高压流体流入围压腔形成地层压力和温度。由于核磁共振探头线圈设置在外筒体和内筒体之间，因此，通过核磁共振探头线圈可实现原位在线核磁共振信息测量，即可模拟地层压力和温度，以对岩心进行驱替实验。

由于堵套的内侧设置有密封槽，每个堵套的密封槽内均设置有密封接头组件，而密封接头组件包括漆包线，漆包线的一端位于外筒体和内筒体之间，漆包线的另一端依次穿过密封槽以及堵套，核磁共振探头线圈的两端分别和两个堵套的密封槽内的密封接头组件的漆包线连接，即可实现核磁共振探头线圈的引出。

本发明的密封接头组件还包括均位于密封槽内的电极、电极绝缘套、电极压帽以及密封圈，其中，电极设置在漆包线上，电极绝缘套固定设置在电极上，电极绝缘套配合设置在密封槽中，电极压帽螺纹连接在密封槽的开口处，电极压帽被漆包线活动穿过，电极压帽顶靠电极设置，密封圈设置在电极绝缘套和电极压帽之间，且，密封圈套设在电极上，这样，当外筒体和内筒体之间充满围压时，围压会对电极压帽施加压力，压力越大，电极压帽与密封圈挤压越紧，从而可以保证堵套供密封接头组件的漆包线穿过处的密封性，继而可以保证外筒体和内筒体的连接处的密封性能，以适应盆地深层高温高压条件下的模拟实验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种高温高压核磁共振岩心夹持器的结构示意图；

图2为图1中的密封接头组件的结构示意图；

图3为本发明实施例中高压接头的杆部的结构示意图；

图4为本发明实施例中高压接头的高压压帽的结构示意图；

图5为图1中的线圈支架的结构示意图；

图6为图5的侧视示意图；

图7为核磁共振探头线圈在线圈支架上的装配示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的一种高温高压核磁共振岩心夹持器的结构示意图，结合图1，本发明实施例的岩心夹持器主要包括外筒体1、内筒体2、堵套3、核磁共振探头线圈4。

结合图1，本发明实施例的岩心夹持器的内筒体2设置在外筒体1内，二者最好同轴设置，内筒体2和外筒体1围成围压腔，而在外筒体1的周面上设置有围压入口5和围压出口6，通过围压入口5可以向内筒体2和外筒体1之间的区域注入围压，而两个堵套3分别设置在内筒体2和外筒体1的两端之间，两个堵套3的中部均设置有通孔7，该通孔7中设置有岩心顶塞8，这样在实验时，岩心就可以放在内筒体2内，流体通过堵套3中间的通孔流入内筒体2中形成驱替压力。

现有技术中，与核磁共振兼容岩心夹持器的外筒体多选用玻璃纤维复合体等材料制作，由于材料性能限制，一般夹持器的工作压力多在30mpa以下，工作温度一般在100℃以下。但实验时，外筒体内部围压腔内为高温高压流体，外筒体外部为标准大气压状态，这样的内外温压条件差异对外筒体温度和压力有了更高要求，基于此，本发明实施例将岩心夹持器的外部结构(包括外筒体以及一些附件)的材料选用为钛合金材料，以满足耐温耐压的需求。

另外，现有技术中，核磁共振探头线圈多放置在岩心夹持器外筒体外，这样就无法摆脱材料性能的限制，不能满足深层高温高压模拟的需求，本发明实施例为了实现核磁共振的在线实验，将核磁共振探头线圈设置在外筒体1和内筒体2之间，这样就可以在具有耐温耐压的外筒体的保护下，进行核磁共振实验。

结合图1，本发明实施例的堵套3的内侧设置有密封槽9；图2为图1中的密封接头组件的结构示意图，结合图1及图2，本发明实施例在每个堵套3的密封槽9内均设置有密封接头组件10，该密封接头组件10包括：

漆包线10.1，漆包线10.1的一端位于外筒体1和内筒体2之间，漆包线10.1的另一端依次穿过密封槽9以及堵套3；

电极10.2，电极10.2位于密封槽9内，电极10.2设置在漆包线10.1上；

电极绝缘套10.3，电极绝缘套10.3固定设置在电极10.2上，且，电极绝缘套10.3配合设置在密封槽9中；

电极压帽10.4，电极压帽10.4螺纹连接在密封槽9的开口处，电极压帽10.4被漆包线10.1活动穿过，电极压帽10.4顶靠电极10.2设置；

密封圈10.5，密封圈10.5设置在电极绝缘套10.3和电极压帽10.4之间，且，密封圈10.5套设在电极10.2上；

核磁共振探头线圈的两端分别和两个堵套3的密封槽9内的密封接头组件10的漆包线10.1连接，即可实现核磁共振探头线圈的引出。

在实际试验时，当外筒体和内筒体之间充满围压流体时，围压会对电极压帽施加压力，压力越大，电极压帽与密封圈挤压越紧，从而可以保证堵套供密封接头组件的漆包线穿过处的密封性，继而可以保证外筒体和内筒体的连接处的密封性能，以适应盆地深层高温高压条件下的模拟实验。

需要说明的是，本发明实施例的密封圈10.5优选为o型圈。

进一步地，结合图1及图2，本发明实施例的密封接头组件10还包括电极支撑套10.6，电极支撑套10.6配合设置在密封槽9内，电极支撑套10.6设置在密封槽9的底部和电极绝缘套10.3之间，且，电极支撑套10.6被漆包线10.1活动穿过，这样既可以密封又可以避免漏电。

需要说明的时，本发明实施例中，电极绝缘套10.3和密封槽9之间的配合，以及电极支撑套10.6和密封槽9之间的配合，优选为过盈配合，这样可以进一步提高密封效果。

进一步地，结合图1，本发明实施例的外筒体1贯通设置，外筒体1的两端分别可以螺纹连接有固定压帽11，固定压帽11的中部设置有贯通孔，堵套3穿过贯通孔，堵套的内部设置有限位挡块12，限位挡块12连接在外筒体1的端部，且，限位挡块12和外筒体1的端部之间设置有密封组件13，以实现堵套3和外筒体1之间的密封。

需要说明的时，密封组件13可以至少设置有两个，每个密封组件13可以由o型圈和挡圈组成。

为了实现外筒体1和内筒体2之间的围压的注入，本发明实施例在围压入口5和围压出口6处还设置有连接接头14，该连接接头14也选用钛合金材料制成，为避免氧化的钛合金材料可能产生的局部磁性，本发明实施例中，连接接头14采用氩弧焊技术分别焊接在围压入口5和围压出口6中，在高温熔融焊接时接头及周围均处于惰性气体环境，即可避免钛合金材料氧化产生的局部磁性的现象。

本发明实施例中，通过高压接头可以和围压入口5处的连接接头14连接，进而可以向围压腔注入流体，而空气从围压出口6排出。

本发明实施例中的高压接头包括杆部以及高压压帽，图3为本发明实施例中高压接头的杆部的结构示意图，图4为本发明实施例中高压接头的高压压帽的结构示意图，结合图1、图3以及图4，本发明实施例的高压接头固定设置在围压入口5处的连接接头14的连接孔中，高压接头的高压压帽15固定连接在杆部16的尾部，杆部16的头部设置有连接块17，连接块17呈圆台状，连接块17的底面和顶面按依次远离高压压帽15的方向设置，高压压帽15、杆部16以及连接块17设置有贯通的注入孔。

在使用时，高压接头的杆部16插入到围压入口5处的连接接头14的连接孔中，而导流管线焊接在注入孔中，通过导流管线即可向围压腔注入流体。

本发明实施例由于将杆部16的头部的连接块17设计成圆台状，相比于现有技术中的球状设计，其密封效果更好，更能适应更高的温度和压力条件下的模拟实验。

结合图1，本发明实施例的岩心夹持器还包括线圈支架18，该线圈支架18固定设置在内筒体2的外侧，核磁共振探头线圈缠绕在线圈支架的周面外侧。

进一步地，图5为图1中的线圈支架的结构示意图，图6为图5的侧视示意图，图7为核磁共振探头线圈在线圈支架上的装配示意图，结合图1、图5、图6以及图7，本发明实施例的线圈支架18包括筒体18.1以及两个连接板18.2，其中，筒体18.1同轴设置在内筒体2的外侧，筒体18.1的周面外侧设置有螺旋线槽18.3，筒体18.1的周面轴向两侧均设置有线圈固定孔18.4；而两个连接板18.2分别固定设置在筒体18.1的端部的径向外侧，每个连接板18.2均固定连接在同一端的堵套3的内侧，每个连接板18.2均设置有线圈通孔18.5。

结合图7，本发明实施例的核磁共振探头线圈4缠绕在螺旋线槽18.3中，核磁共振探头线圈4的两端固定连接在两个线圈固定孔18.4中，且，核磁共振探头线圈4的两端分别穿过两个连接板18.2上的线圈通孔18.5，与两个堵套3的密封槽9内的密封接头组件10的漆包线10.1连接，即可实现核磁共振探头线圈4的固定以及同外部的连接。

进一步地，结合图1以及图6，本发明实施例的连接板18.2上还可以开设有螺栓孔18.6，通过多个螺栓19，实现连接板同堵套3的固定连接。

由上述可知，本发明实施例的岩心夹持器的核磁共振探头线圈设置在外筒体和内筒体之间，该设计使得耐高温高压的金属材料接头等都位于核磁共振探头线圈之外，不会在核磁共振探头线圈上产生涡流，真正实现了注入驱替实验与核磁共振测量的一体化，且可以使得核磁共振探头线圈直径由12cm缩减为4cm，大幅提高了核磁共振测量信噪比。

另外，结合图7，本发明实施例的线圈支架18可以由peek(聚醚醚酮，英文名称polyetheretherketone)材料加工而成，在筒体18.1的周面的轴向两端上还设置有围压平衡孔18.7，以用于保持线圈支架18内外压力平衡。

结合图1，本发明实施例中，内筒体2的两端密封套接在两个堵套的内侧，两个岩心顶塞8的内侧均设置有可更换的填充块20，两个填充块20之间用于夹持待测样品21，这样可以通过更换填充块20的规格，实现样品测量空间可变，有利于测试不同长度的待测样品21。

本发明实施例在岩心顶塞8的内侧和填充块20面向待测样品21的一侧均设置有凹槽，这样可以增加与待测样品接触端的注入面积，解决单点注入带来的影响。

本发明实施例中，岩心顶塞8的内侧和填充块20面向待测样品21的一侧的凹槽可以呈多个同心环结构，也可以呈网格状结构，也可以为其他形状的凹槽结构，例如异形等，本发明实施例对此不作限制。

本发明实施例的填充块可以为peek材料加工制作的圆柱体，中间设置有导流孔，用于流体通过。

本发明实施例的围压腔内充满氟油，氟油是以氟氯碳油为基础油精制加工而成，具有优良的化学稳定性，良好的绝缘性能，无色、无毒、不燃烧，同时不产生核磁共振信号，适用于高温高压条件。

本发明实施例的内筒体2可以为氟胶管，氟胶管是含氟原子的合成橡胶，耐高温、耐压、耐油、耐老化，同时产生的核磁共振信号干扰小。围压腔内流体将温度和压力传递到氟胶管内部的待测样品上，模拟待测样品在地层环境中的温压条件。

以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。