[发明专利]一种向岩石孔隙中注入熔融合金的装置和方法

说明书

本发明提出了一种向岩石孔隙中注入熔融合金的装置和方法，其包括：样品筒，施压组件以及泄压组件，其中，样品筒用于容纳岩石与熔融合金，施压组件用于对岩石及熔融合金加压；泄压组件用于给施压组件泄压以便于从样品筒中取出岩石与熔融合金。使用本发明的优点在于，适用于高压下熔融合金注入岩石孔隙的研究方法，成型之后取样容易且能保持合金的固有形态，有利于成型样品三维孔隙成像分析。

技术领域

本发明涉及油气勘探领域，具体涉及一种向岩石孔隙中注入熔融合金的装置和方法。

背景技术

致密岩心(例如页岩)具有丰富的微米-纳米孔隙，这部分空间是控制页岩油气储集和流动能力的关键，而孔隙连通性的表征仍然存在很大困难。图像分析方法具有直观的优点，但受限于分辨率，效果并不理想，通过合金注入法或造影剂注入法可以提高图像分辨能力并有助于分析连通性。

熔融金属注入法是利用高压将低熔点熔融合金注入至孔隙中，待冷却后再利用合金在孔隙中的分布来进行分析的方法。相比于通用的环氧树脂注入法，合金具有和基质颗粒更高的对比衬度，成像效果更好(Lloyd,1987)，所采用的合金普遍为伍德合金，它的成分主要是含铋50％、铅26.7％、锡13.3％、镉10％，熔点低(～70℃)。Dullien(1981)最早开始利用该方法对砂岩孔隙进行表征。Lang(1994)、Willis(1998)、Nemati(2000)、Wong(2006)、Lloyd(2009)、Kaufmann(2010)采用此方法对混凝土材料、无机聚合物孔隙结构进行表征。Hildenbrand(2003)将此方法应用于泥岩中，后续Hu(2012，2015)、Klaver(2015)、Desbois(2016)进一步结合微米CT、FIB-SEM等技术来综合分析页岩、砂岩等致密孔隙结构及连通性表征。

前人虽然已开展过熔融合金注入试验，但主要针对于孔隙发育的岩石，最高压力普遍在100MPa以内，且对装置也未做详细交待。例如Hildenbrand(2003)、Klaver(2015)中使用的装置图示仅为加压筒两头布置两个简单压头，实际注入成型过程中，密封圈受压待合金冷却后导致压头不容易取出，且样品被包裹于较厚的合金中也很难取出，一般仅能切割成截面后进行二维图像观察。但实际研究中，除分析二维图像外，更希望能够获取合金注入后的三维孔隙图像，为此如何在合金注入后取出完整的样品很关键。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种向岩石孔隙中注入熔融合金的装置，其包括：样品筒，施压组件以及泄压组件，其中，样品筒用于容纳岩石与熔融合金，施压组件用于对岩石及熔融合金加压；泄压组件用于给施压组件泄压以便于从样品筒中取出岩石与熔融合金。

在一个实施例中，施压组件包括圆柱形的顶杆、分别设置在顶杆两端的压头和压套，压套与样品筒连接。

在一个实施例中，压头的横截面为矩形，且压头与顶杆相互垂直。

在一个实施例中，压套包括依次套接在顶杆一端的第一橡胶圈、套筒、第二橡胶圈和压盖。

在一个实施例中，样品筒包括样品座、设有通孔的加压筒以及加热套，其中，样品座设在加压筒通孔的中部，加热套套设在加压筒的外壁。

在一个实施例中，样品座内设有至少一个样品孔，用于容纳熔融合金与岩石。

在一个实施例中，样品孔内设有隔离管，隔离管用于包裹熔融合金与岩石样品，且隔离管的长度与样品孔的长度相等。

在一个实施例中，泄压组件包括过渡套，以及与过渡套连接的泄压套，且过渡套的内壁设有与压头相配合的凸台。

在一个实施例中，过渡套的外壁设有外螺纹，泄压套的内壁设有与外螺纹相配合的内螺纹，且泄压套的长度大于压头到加压筒之间的距离。

根据本发明的另一方面，还提出了一种向岩石中注入熔融合金的方法，用上述的装置向岩石中注入熔融合金，包括以下步骤：