一种岩心快速洗盐岩石物理仪器的研制.pdf

3 8 石油仪器 P ETRoLEUM I NS TRUM ENI S 仪器设备 一 种岩心快速洗盐岩石物理仪器的研制术 姜 明 柯式镇 张雷洁 张兴文 宋 森 吕世瑶 中国石油大学 北京 北京 摘 要 岩心洗 盐是 岩 电实验重要 的一 步 研制 的岩 心快速 洗 盐仪 器相比传 统 的玻 璃 器皿 浸泡 法缩短 了约 8 0 的洗盐 周 期 文章介绍了仪器结构设计的过程 通过试验找 出了水下部件的关键材料 分别为聚四氟乙烯 陶瓷 有机玻璃 锡黄 铜 关 键 词 岩心 氯化 钠 洗盐 岩 电实验 岩石 物理 仪 器 中图法分类号 T E l3 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 9 1 3 4 2 0 1 3 0 3 0 0 3 8 0 3 0 引 言 岩石物理仪器是石油仪器中重要的一类 传统 的 玻璃器皿浸泡岩心洗盐方法耗费时间过长 给后续岩 电实验造成不便 导致整个岩石物理实验时间非常 长 各石油仪器厂暂没有专门的岩心洗盐仪器 有关 如何高效地清洗岩心中氯化钠的研究也较少 随着岩 石物理实验的迅速增长 研制洗盐仪器更加具有重要 的意义 本文分析了影响清洗岩心中氯化钠效率的因 素 介绍 了仪器主要结构以及关键材料的选取 最后 给出了一个洗盐速度的对 比实验 1 岩石物理实验 由阿尔奇公式可以推导出以下公式 式中 为地层含水饱和度 为岩心孔 隙度 R 为地层水电阻率 R t 为含油气纯岩石 电阻率 为 饱和指数 m为孔隙复杂指数 a 为岩性系数 6 为实 验拟合参数 无特定地质意义 在岩心洗盐过程后 若岩心中仍残留部分盐分 会导致测量得到的 变小 在经过饱和已知矿化度的 盐水后 岩心中实际含有的盐分较多 导致岩心中水 的矿化度变大 的实际值变小 而计算过程中 带 人公式的 已知值较大 最终结果会导致所求 偏大 岩 电实验大体过程为 洗油一洗盐一烘干一饱和 一 测量 测量不同矿化度下岩心电学参数时需要对岩 心进行多次洗盐 烘干 洗盐过程是关系岩电实验数 据成果准确度的关键一步 也是最消耗时间的一步 高效率高品质地洗盐是广大岩石物理工作者面临的一 个 问题 2 设计方案 2 1 影响洗盐效果的因素 氯化钠在水中溶解度随温度升高略有增大 渗透压随温度升高略有增大 渗透压越高 氯离 子钠离子扩散越快 有利于洗盐过程 依照分子动理论 2 J 温度升高 分子热运动的平 均动能增大 液体分子平均动能越大 对岩石孔 隙里 的氯离子和钠离子的冲洗效果越明显 增大岩样周围溶剂的流动速度 提高水的机械动 能 可以增强对岩石孔隙中氯化钠的清洗能力 由以上分析可知 实验室条件下高效率的氯化钠 的清洗环境 可以设定为高温 搅动 2 2 结构设计 岩心洗盐仪器设计结构分为动力搅拌模块 恒温 加热模块 电源模块 如图 1 所示 图 I 仪器结构示意图 图中直流微型泵为仪器的换水装置 可以实现方 便换水 电源可以输出 9 V和 1 2 V 的电压 P WM 模 块起到调节搅拌电机转速和为其供电的作用 负载为 基金项 目 本研究受到国家 十二五 油气专项 2 0 1 1 Z X0 5 0 2 0 0 0 9 的资助 第一作者简介 姜明 男 1 9 8 8 年生 2 0 1 1 年获中国石油大学 北京 电子信息工程学士学位 现为中国石油大学 北京 地球探测 与信息 技术硕士研究生 研究方 向为电测井仪器 邮编 1 0 2 2 4 9 2 0 1 3年 第 2 7卷 第 3期 姜明等 一种岩心快速洗盐岩石物理仪器的研制 3 9 搅拌桨 搅拌电机通过传动杆带动负载 2 2 1 动力搅拌模块 动力搅拌模块采用转子搅拌方法 直流电机直接 带动搅拌桨 旋转搅动水流来提 高蒸馏水 的机械动 能 为保证长时间连续工作时的搅动质量 电机应选 取低速较大转矩的直流电机 具体大小根据需要搅动 的蒸馏水的量与搅拌桨的受力面积大小来定 例如搅 动 3 0 0 0 ml 蒸馏水 双叶搅拌桨叶展 1 1 cm 受力面 积 2 0 cm 可选取转子转速 5 0 0 r min以上 转子扭 矩 3 k g cm 以上的直流电机 电机高速转动时电机本 身产生的噪音与电机传动过程中机械部件产生的噪音 不容忽视 岩心洗盐仪器需要长时间工作 由此给周 围环境带来 的噪音也是一个需要解决的问题 高质量 的静音直流 电机十分昂贵 采用这种电机会大大增加 设计成本 一般直流电机高速全速转动时 可以加装 大减速 比的齿轮箱来 降低输出转速 低转速下传动过 程的机械部件的噪音会大大减弱 选取较大额定转速 较大额定扭矩的直流电机 并连接 P WM 直流 电机调速器来降低转速的方法可以 有效地降低电机带来的噪声 P MW 调速原理是通过 调整方波信号的占空比来调节输入到负载 电机电压的 大小 从而控制电机转速 2 2 2 恒温模块 对氯化钠清洗环境采用恒温油浴加热 加热温度 为 6 0摄氏度以上 氯化钠对金属有一定电化学腐蚀 性 洗盐容器可采用透明的玻璃器皿 可以直接观察 到洗盐过程 中蒸馏水和岩心的变化 防止出现意外 2 2 3 电源模块 台式 P C机的主机箱 电源 功率为 1 2 0 W 可以 直流输出丰富的直流电源 可以通过开机控制端跳线 接地实现电源的开启 电源模块给直流电机提供 1 2 V 电源 给直流换水泵提供 9 V工作电压 2 3 装 配体 图 2为仪器结构散开图 图 2 仪器结构散开图 璃板 器 干燥器 搅拌桨在岩石架下面搅动水流 水流通过岩石架 的圆孔向上冲刷岩石架上摆放的岩石 四枚 固定在恒 温浴锅上的螺杆是用来 固定机身位置的 防止有机玻 璃板位置不理想造成卡桨 水温视具体情况可设定为 6 0 7 0 温度过高 蒸馏水蒸发较严重 不利 于洗盐 值得一提的是有机玻璃板和干燥器的磨砂 口 需要紧密接触 防止玻璃器皿 中蒸馏水 的蒸发 3 关键部件材料对比试验 3 1 影响因素 清洗岩样滤出的氯化钠溶液具有一定的电化学腐 蚀性 对于需要长时间浸泡在较高温度氯化钠溶液下 的仪器关键部件 经过长时间的试验对比 发现了在 该环境下常见材料的耐腐蚀性情况 并作了简单 的分 析 3 2 关键部件 3 2 1 搅拌桨 1 3 0 4不锈钢 3 0 4不锈钢为耐蚀 耐热钢E 引 经过 7 2 h在 6 0 2 5 p p m低矿化度 电导率约 6 0 g S 氯化钠溶液浸泡 发现不锈钢搅拌桨中心开孑 L 处出现轻微锈迹 溶液 电 导率略有增加 分析其原因是溶液中含有氯离子 3 0 4 不锈钢对氯离子的耐腐蚀性欠佳 2 聚四氟乙烯 聚四氟乙烯 P T E F 化学稳定优良 除元素氟 与熔融状态的金属钠对其制 品有一定的腐蚀作用外 几乎所有强酸 强碱 强氧化剂 有机溶剂对其都不 起作用 4 经过不同矿化度氯化钠溶液 7 2 h浸泡 叶 片未见明显异样与异味 可认为聚四氟乙烯为理想的 搅拌桨材料 3 2 2 传动杆 1 锡黄铜 锡黄铜力学性能好 在海水中有高的耐腐蚀性 但有腐蚀开裂的倾 向 适于制作与海水 汽油接触的 零件E 引 经过 7 0 2 5 p p m矿化度氯化钠溶液 7 2 h浸 泡 发现锡黄铜光亮的表面变暗 发黑 表面氧化层 很薄 致密 无脱落迹象 溶液电导率无明显增加 但应谨慎采用 2 聚四氟乙烯 聚四氟乙烯的机械性质较软 当直流电机大扭矩 输出时 聚四氟乙烯传动杆容易产生扭曲现象 通过 对不锈钢轴外面加装聚四氟乙烯管 可以解决其机械 性质较软的弱点 3 2 3 岩石架 1 有机玻璃 4 0 石油仪器 P E T R oL E U M I NS T R U ME N I S 2 0 1 3年 6月 有机玻璃即聚甲基丙烯酸甲酯 P MMA 力学 性能较高 耐腐蚀性良好 4 经过 7 0 C2 5 p p m矿化度 的氯化钠溶液浸泡 7 2 h 溶液电导率无明显变化 有 轻微的塑料芬芳 1 6 8 h后 有机玻璃岩石架发生轻 微变形 2 聚四氟乙烯 采用 1 0 mm 厚度聚四氟乙烯板 用 7 0 C2 5 p p m 矿化度低速旋转流动的氯化钠溶液间断性清洗岩心 1 6 8 h后 聚四氟乙烯板未发生明显变形 也无明显 异味 3 陶瓷板 陶瓷板是理想的岩石架 高温不变形 无导电介 质析出 无异味 4 洗盐对 比实验数据 采用东部某油田的同一批岩心 分成 A B两组 进行洗盐效果对比实验 A组采用洗盐仪器 B组采用普通的浸泡法 两 组均在不换水的情况下连续 7 2 h洗盐 两组容器中 蒸馏水品质与注人体积均相同 两种洗盐效果对比如 图 3所示 1 O O 8 0 咖4 O 2 0 0 图3 两种洗盐效果对比图 由图 3可以看出 通过岩心洗盐仪器清洗后溶液 的电导率是传统浸泡法溶液电导率的 5倍左右 可节 约大约 8 0 的洗盐时间 大大提高了洗盐效率 实际洗盐过程 当溶液 电导率 曲线斜率接近零 时 说明岩心基本清洗干净 一般情况下 通过实验 得知 一批岩心每 4 8 h换水 一周左右可以将岩心 内部盐分基本清洗干净 5 结论 如果需长期浸泡热的氯化钠溶液中 为不影响岩 电实验测量结果 应避免使用金属材料 较理想材料 排序为 聚四氟乙烯 陶瓷 有机玻璃 锡黄铜 氯化钠化学性质稳定 溶解度不随温度有明显变 化 利用岩样洗盐岩石物理仪器清洗岩心中的残留氯 化钠有较高的效率 相比传统的玻璃器皿浸泡法可以 节约 8 0 的时间 并提高了清洗质量 可有效地减小 岩电实验的电阻率测量误差 实验室条件下该仪器所 需材料工具较易获得 仪器结构简洁 制作方便 洗 盐岩石物理仪器经过实际洗盐应用 可连续长时间 2 4 0 h以上 工作 清洗效率高 参 考 文 献 1 王光建 化学成品手册 无机化工原料 第五版 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 8 2 Ke l le r F J 经典近代物理学 M 北京 高等教育出版 社 1 9 9 7 3 吴宗泽 机械设计实用手册 第三版 I M 北京 化学工 业出版社 2 0 1 0 4 化学工业出版社 中国化工产品大全 中卷 第四版 M 北京 化学工业出版社 2 0 1 1 5 周公度 化学辞典 第二版 M 北京 化学工业出版社 2 01 1 收稿日期 2 0 1 2 1 2 1 0 编辑 姜婷 上接 第 3 7页 前者只能根据套管内壁的轮廓推测套损 后者只对影 响磁通量的金属材料有反应 将这两种方法组合测井 进行资料综合解释能够直观地反映出套管变形 损伤 结垢的状况 进而大幅提高对套损状况的判断效率和 准确率 然而这种组合测井方式并非万能 由于多臂井径 只能反映接触测量的结果 不能检测套管外表面的 异常状况 对于双层套管外套管 的异常也只能定性 判断不能定量分析 而且套管内径必须大于仪器外 径 9 0mm 才能使用