一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及岩心分析检测技术领域，具体涉及一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法。

背景技术

随着全球人口和经济的持续增长，能源短缺问题成为了制约全球经济发展的重要因素。岩心分析是认识油气层地质特征的必要手段，岩心检测可以提供石油藏岩石的重要参数，如孔隙度、渗透率等，同时可以帮助确定石油、页岩气、天然气等多类化石能源的存在性、储集层位置、延展范围等信息。目前世界各国都对化石能源的勘探开发进行了大量的研究和现场试验。而在开发利用化石能源之前，对化石能源储层进行评价、了解化石能源的成藏模式与分布特征对于化石能源的开采具有重要意义。欧美和日本作为石油、页岩气、天然气等资源开发的领导者，逐步开展了岩心现场分析技术的相关研究，但均对我国采取了严格的技术封锁。因此形成自主的岩心现场测试装置，对推进我国石油、页岩气、天然气等资源的开发利用具有重要意义。

通过调研分析，虽然目前岩心现场测试装置可以做到与取心工具的密封连接、可以对岩心进行地球化学探测，但当前岩心现场测试装置仍存在如下问题或不足：

(1)现有岩心现场测试装置一般采用传统抱箍连接取心工具，但传统抱箍的安装与拆卸过程繁琐，无法做到快速与取心工具找准对齐和密封连接，工作效率低；

(2)现有岩心现场测试装置涉及对烃类气体存在性和组分的检测，但并未设计详细完整的烃类气体检测系统；

(3)现有岩心现场测试装置包含对岩心沉积物的物性分析检测，但并没有针对沉积物的地球化学探测实验；

(4)现有岩心现场测试装置涉及对岩心孔隙水成分的分析检测，但并未设计详细完整的孔隙水同位素检测系统。

综上，为了促进我国化石资源勘探开发和对深海深地地球化学探测，需要发明一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，解决现有岩心现场测试装置与取心工具采用传统抱箍连接存在的连接效率低的问题，实现岩心现场测试装置与取心工具的自动对齐和快速连接；解决现有岩心现场测试装置中岩心烃类气体检测系统不完善的问题，实现岩心现场测试装置对烃类气体的检测；解决现有岩心现场测试装置中并未涵盖针对岩心孔隙水与沉积物地球化学探测实验的问题，实现岩心现场测试装置对孔隙水n(87Sr)/n(86Sr)同位素比值的分析和沉积物碳、氧同位素的分析。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可与取心工具快速找准对齐和密封连接、实现烃类气体组分检测、沉积物碳、氧同位素检测和孔隙水同位素比值分析的岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法。本发明采用抱箍和丝杆传动滑轨结构，电机控制双向丝杆转动与丝杆螺母带动两个抱箍的开合，两个抱箍中部的硫化橡胶层包围成一个密封环包裹住取心工具与连接头，实现了与取心工具的快速密封连接，解决了现有岩心现场测试装置无法做到与取心工具快速找准对齐和密封连接的问题；本发明采用烃类气体检测模块和声波检测模块，抽取岩心泄压分解的烃类气体至气相色谱仪和可视气体反应室检测烃类气体组分，声波检测装置和计算机检测水合物是否存在，解决了现有岩心现场测试装置对烃类气体存在性和组分检测的问题；本发明采用压力温度维持及冲洗模块和同位素检测模块，温控阀向实验装置内部打压维持其内部的温度与高压状态，柱塞泵Ⅱ抽取原位模拟水对岩心进行冲洗，离心机Ⅰ分离混合液中的固体颗粒，质谱仪检测沉积物碳、氧同位素组成和分离液中溶解态离子和微量元素含量，阳离子色谱柱分别分离提纯蒸干物溶解液，表面热电离质谱仪测定n(87Sr)/n(865r)同位素比值，解决了现有岩心现场测试装置对岩心沉积物碳、氧同位素检测和孔隙水同位素比值检测的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：包括连接模块、烃类气体检测模块、压力温度维持及冲洗模块、同位素检测模块以及声波检测模块；

所述的连接模块包括取心工具、球阀、实验筒体Ⅰ、实验筒体Ⅱ、岩心、实验筒体Ⅲ、电机Ⅰ、电动伸缩抓手、抱箍Ⅰ、轴销、抱箍Ⅱ、连接头、导轨Ⅰ、滑动支撑座Ⅰ、螺母Ⅰ、丝杆螺母Ⅰ、连接板Ⅰ、螺钉Ⅰ、螺钉Ⅱ、丝杆螺母Ⅱ、螺栓、螺母Ⅱ、双向丝杆、滑动支撑座Ⅱ、电机Ⅱ、联轴器、连接板Ⅱ、螺母Ⅲ、螺纹杆Ⅰ、螺纹杆Ⅱ、螺钉Ⅲ、螺钉Ⅳ和导轨Ⅱ；

所述的烃类气体检测模块包括气相色谱仪、可视气体反应室、点火器、微量注射泵Ⅰ、气流调节器、底流阀Ⅰ、底流阀Ⅱ、真空室、温度测试计、压力表、真空泵、底流阀Ⅲ、底流阀Ⅳ和逆止阀；

所述的压力温度维持及冲洗模块包括压力传感器、压力控制器、柱塞泵Ⅰ、制冷箱、密封箱Ⅰ、温控阀、闸阀Ⅰ和柱塞泵Ⅱ；

所述的同位素检测模块包括柱塞泵Ⅲ、柱塞泵Ⅳ、密封箱Ⅱ、闸阀Ⅱ、蠕动泵Ⅰ、离心机Ⅰ、闸阀Ⅲ、底流阀Ⅴ、密封箱Ⅲ、底流阀Ⅵ、底流阀Ⅶ、闸阀Ⅳ、蠕动泵Ⅱ、可视蒸发室、PH计、折射计、蠕动泵Ⅲ、微量注射泵Ⅱ、密封箱Ⅳ、蠕动泵Ⅳ、质谱仪、蒸干室、底流阀Ⅷ、微量注射泵Ⅲ、蠕动泵Ⅴ、阳离子色谱柱、闸阀Ⅴ、液体暂存箱、密封箱Ⅴ、底流阀Ⅸ、微量注射泵Ⅳ和表面热电离质谱仪；

所述的声波检测模块包括声波检测装置、A/D转换器、示波器和计算机；

所述的取心工具右端设置有密封面Ⅰ、端面Ⅱ和密封面Ⅱ；

所述的抱箍Ⅰ左端设置有轴孔Ⅰ、卡槽，内部设置有硫化橡胶层Ⅰ，右端设置有螺栓通孔Ⅰ、螺纹孔Ⅰ、螺纹孔Ⅱ、螺纹孔Ⅲ，侧面设置有贴合面Ⅰ，所述的抱箍Ⅱ侧面设置有贴合面Ⅱ，右端设置有卡槽接头、轴孔Ⅱ，内部设置有硫化橡胶层Ⅱ，左端设置有螺纹孔Ⅳ、螺纹孔Ⅴ、螺纹孔Ⅵ、螺栓通孔Ⅱ、贴合面Ⅲ，所述的连接头通过轴销与抱箍Ⅰ、抱箍Ⅱ连接，所述的抱箍Ⅱ卡槽接头卡入卡槽内，所述的连接板Ⅰ通过螺钉Ⅰ、螺钉Ⅱ、螺钉Ⅳ与抱箍Ⅱ连接；

所述的连接板Ⅰ左端设置有螺纹通孔Ⅰ、螺纹通孔Ⅱ、螺纹通孔Ⅲ、接触面Ⅵ、接触面Ⅶ，中部设置有轴孔Ⅳ、接触面Ⅳ、接触面Ⅴ，右端设置有轴孔Ⅲ，所述的抱箍Ⅱ贴合面Ⅱ与接触面Ⅵ贴合，所述的抱箍Ⅱ贴合面Ⅲ与接触面Ⅶ贴合，所述的螺钉Ⅰ安装在螺纹通孔Ⅰ、螺纹孔Ⅵ内，所述螺钉Ⅱ安装在螺纹通孔Ⅱ、螺纹孔Ⅳ内，所述的螺钉Ⅳ安装在螺纹通孔Ⅲ、螺纹孔Ⅴ内；

所述的丝杆螺母Ⅰ侧面设置有接触面Ⅰ、接触面Ⅱ、轴孔Ⅴ，中部设置有法兰孔Ⅰ、螺母孔、法兰孔Ⅱ，所述的导轨Ⅰ穿过法兰孔Ⅰ，所述的导轨Ⅱ穿过法兰孔Ⅱ，所述的连接板Ⅰ通过螺纹杆Ⅱ、螺母Ⅰ与丝杆螺母Ⅰ活动连接，所述的螺纹杆Ⅱ插入轴孔Ⅲ、轴孔Ⅴ、轴孔Ⅳ内并与螺母Ⅰ螺纹连接；

所述的连接头上端设置有轴销通孔，前端设置有贴合面Ⅳ、密封面Ⅲ、密封面Ⅳ、端面Ⅰ，后端设置有螺纹面，两侧设置有滑槽Ⅰ、滑槽Ⅱ，所述的抱箍Ⅰ贴合面Ⅰ与贴合面Ⅳ贴合，所述的抱箍Ⅱ贴合面Ⅱ与贴合面Ⅳ贴合，所述的轴销安装在轴销通孔内，所述的滑动支撑座Ⅰ通过滑槽Ⅰ、滑槽Ⅱ与连接头滑动连接，所述的实验筒体Ⅰ通过螺纹面与连接头连接；

所述的滑动支撑座Ⅰ两侧对称设置有滑块Ⅰ、滑块Ⅱ，中心设置有导孔Ⅰ、轴承孔、导孔Ⅱ，所述的滑动支撑座Ⅰ滑块Ⅰ嵌入滑槽Ⅰ内、滑块Ⅱ嵌入滑槽Ⅱ内，所述的导轨Ⅰ右端与滑动支撑座Ⅰ的导孔Ⅰ螺纹连接，所述的导轨Ⅱ右端与滑动支撑座Ⅰ的导孔Ⅱ螺纹连接；

所述的双向丝杆设置有螺纹段Ⅰ、螺纹段Ⅱ、杆头Ⅰ、杆头Ⅱ，所述的滑动支撑座Ⅰ通过轴承孔与杆头Ⅰ的配合与双向丝杆连接，所述的丝杆螺母Ⅰ通过螺母孔内螺纹与螺纹段Ⅱ外螺纹的配合，安装在双向丝杆的螺纹段Ⅱ上。

进一步地，一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的抱箍Ⅰ的硫化橡胶层Ⅰ与抱箍Ⅱ的硫化橡胶层Ⅱ在挤压作用下可包围成与密封面Ⅰ、密封面Ⅱ、密封面Ⅲ、密封面Ⅳ紧密贴合的密封圆环。

进一步地，一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的连接模块处于连接状态时，取心工具端面Ⅱ与连接头端面Ⅰ相互贴合且同心。

进一步地，一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的轴销穿过轴孔Ⅰ、轴孔Ⅱ、轴销通孔且与抱箍Ⅰ、抱箍Ⅱ、连接头过盈连接，抱箍Ⅰ与抱箍Ⅱ可围绕轴销转动。

进一步地，一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的双向丝杆在电机驱动下转动时，丝杆螺母Ⅰ与丝杆螺母Ⅱ分别绕螺纹杆Ⅱ与螺纹杆Ⅰ转动且向两侧移动，同时滑动支撑座Ⅰ与滑动支撑座Ⅱ分别沿滑槽Ⅰ与滑槽Ⅱ滑动。

进一步地，一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的双向丝杆、丝杆螺母Ⅰ、丝杆螺母Ⅱ之间具有自锁性，电机停止工作后连接模块保持静止。

进一步地，一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的连接模块设置有温度测试计和压力表，可检测其内部温度与压力。

进一步地，一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：取心工具连接过程，具体包括以下步骤：

S11：电机Ⅱ正转，双向丝杆带动丝杆螺母Ⅰ与丝杆螺母Ⅱ向两侧移动，丝杆螺母Ⅰ与丝杆螺母Ⅱ分别绕螺纹杆Ⅱ与螺纹杆Ⅰ向外转动，同时滑动支撑座Ⅰ与滑动支撑座Ⅱ分别沿滑槽Ⅰ与滑槽Ⅱ向上滑动，提供抱箍Ⅰ与抱箍Ⅱ张开所需要的横向与纵向位移；

S12：抱箍Ⅰ与抱箍Ⅱ张开到位后，电机Ⅱ停转，将取心工具推送至其端面Ⅱ与连接头端面Ⅰ贴合；

S13：电机Ⅱ反转，双向丝杆带动丝杆螺母Ⅰ与丝杆螺母Ⅱ向中心移动，丝杆螺母Ⅰ与丝杆螺母Ⅱ分别绕螺纹杆Ⅱ与螺纹杆Ⅰ向内转动，同时滑动支撑座Ⅰ与滑动支撑座Ⅱ分别沿滑槽Ⅰ与滑槽Ⅱ向下滑动，抱箍Ⅰ与抱箍Ⅱ不断闭合直到硫化橡胶层Ⅰ与硫化橡胶层Ⅱ挤压取心工具密封面Ⅰ、密封面Ⅱ以及连接头密封面Ⅲ、密封面Ⅳ包围形成一密封圆环；

S14：电机Ⅱ停转，螺栓穿过螺栓通孔Ⅰ与螺栓通孔Ⅱ并与螺母Ⅱ螺纹连接，锁紧抱箍Ⅰ与抱箍Ⅱ；

S15：关闭烃类气体检测模块、压力温度维持及冲洗模块和同位素检测模块中的所有阀门；

S2：原位模拟水注入以及声波检测过程，具体包括以下步骤：

S21：打开压力控制器控制柱塞泵Ⅰ抽取密封箱Ⅰ中的原位模拟水到制冷箱中制冷，当原位模拟水温度到达原位温度后，温控阀打开，向连接模块内部注入制冷后的原位模拟水，当连接模块内部压力达到岩心原位压力后，压力传感器向压力控制器发出信号，柱塞泵Ⅰ停止工作；

S22：打开取心工具中的球阀，取心工具内部与连接模块内部连通；

S23：打开电机Ⅰ，电机Ⅰ驱动电动伸缩抓手抓取取心工具中的岩心，岩心完全进入连接模块内部后，关闭取心工具中的球阀；

S24：当电动伸缩抓手抓取岩心进入声波检测装置时，声波检测装置对岩心进行声波检测，计算机储存声波信号，并处理得到岩心不同位置的声波速度和振幅数据，通过对岩心各处声波数据分析，波速较高、振幅较大的地方即是水合物存在区段；

S3：岩心泄压及冲洗过程，具体包括以下步骤：

S31：打开柱塞泵Ⅲ，抽取连接模块内部的原位模拟水、岩心内部的孔隙水和掉落沉积物至密封箱Ⅳ，岩心泄压，释放的烃类气体由烃类气体检测模块吸收，连接模块内部的原位模拟水抽取完后，关闭柱塞泵Ⅲ；

S32：打开柱塞泵Ⅱ，抽取密封箱Ⅰ内的原位模拟水至连接模块内部，压力表显示到达原位压力后，关闭柱塞泵Ⅱ，多次重复步骤S31，对岩心进行反复冲洗；

S33：岩心泄压冲洗完成后，控制电动伸缩抓手将岩心抓取至实验筒体Ⅰ，关闭球阀，将岩心封隔于实验筒体Ⅰ内，为岩心物性测试做准备；

S4：烃类气体检测过程，具体包括以下步骤：

S41：岩心泄压时，打开底流阀Ⅲ，由于压差的存在，岩心分解出的烃类气体被自然吸真空室，当岩心泄压完成后且压力表数值趋于稳定时，关闭底流阀Ⅲ，打开真空泵和底流阀Ⅳ对连接模块内部抽真空，观察压力表数值，当连接模块内部达到真空状态后，关闭真空泵和底流阀Ⅳ；

S42：打开微量注射泵Ⅰ和底流阀Ⅱ，抽取少量真空室内的烃类气体至气相色谱仪，关闭微量注射泵Ⅰ和底流阀Ⅱ，气相色谱仪测定C1、C2、C3和C4的含量分析烃类气体含量；

S43：打开点火器、气流调节器和底流阀Ⅰ将真空室内的烃类气体引入可视气体反应室进行焰色反应，观察点火器处燃烧火焰的颜色判断烃类气体是否存在，关闭点火器、气流调节器和底流阀Ⅰ；

S5：孔隙水及沉积物同位素检测过程，具体包括以下步骤：

S51：打开闸阀Ⅱ、蠕动泵Ⅰ和闸阀Ⅲ，抽取原位模拟水、岩心内部的孔隙水和掉落沉积物组成的混合液至离心机Ⅰ，打开离心机Ⅰ进行固液分离，分离液排入密封箱Ⅲ，固体颗粒留在离心机Ⅰ内，混合液离心完成后，关闭闸阀Ⅱ、蠕动泵Ⅰ和闸阀Ⅲ；

S52：打开柱塞泵Ⅳ，抽取密封箱Ⅱ内的100％磷酸至离心机Ⅰ，关闭柱塞泵Ⅳ，使离心机Ⅰ中的固体颗粒与磷酸反应12小时产生CO

S53：打开底流阀Ⅵ和蠕动泵Ⅲ抽取少量密封箱Ⅲ中的分离液至质谱仪，关闭底流阀Ⅵ和蠕动泵Ⅲ，质谱仪测定分离液中溶解态离子和微量元素含量；

S54：打开底流阀Ⅶ和蠕动泵Ⅱ，将密封箱Ⅲ中的部分分离液引入至可视蒸发室，关闭底流阀Ⅶ和蠕动泵Ⅱ，开启可视蒸发室中的加热系统将分离液中的原位模拟水蒸发，采用PH计和折射计分别测定蒸发后分离液的PH值和盐度，即岩心孔隙水的PH值和盐度；

S55：打开闸阀Ⅳ和蠕动泵Ⅳ将密封箱Ⅲ中的分离液引入蒸干室后，关闭闸阀Ⅳ和蠕动泵Ⅳ，打开蒸干室的加热系统将分离液蒸干；

S56：打开蠕动泵Ⅴ和闸阀Ⅴ，抽取密封箱Ⅴ中的HC1溶液至蒸干室中将蒸干物完全溶解，关闭蠕动泵Ⅴ和闸阀Ⅴ；

S57：打开底流阀Ⅷ和微量注射泵Ⅲ，抽取少量蒸干物溶解液至阳离子色谱柱，关闭底流阀Ⅷ和微量注射泵Ⅲ，阳离子色谱柱分别分离提纯Sr，分离提纯后的蒸干物溶解液暂存于液体暂存箱内；

S58：打开底流阀Ⅸ和微量注射泵Ⅳ，抽取少量液体暂存箱中的分离提纯后的蒸干物溶解液至表面热电离质谱仪，关闭底流阀Ⅸ和微量注射泵Ⅳ，打开表面热电离质谱仪测定n(87Sr)/n(865r)同位素比值。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用连接模块，通过丝杆传动滑轨结构控制抱箍的开启与关闭，解决了传统抱箍连接取心工具时，安装与拆卸繁琐、工作效率低的问题，实现了取心工具与岩心检测装置的自动对齐和快速连接；

2.本发明采用烃类气体检测模块和声波检测模块，通过质谱仪、焰色反应原理和声波检测装置，实现了对岩心烃类气体存在性和组分的检测；

3.本发明采用压力温度维持及冲洗模块和同位素检测模块，通过温控阀、原位模拟水、阳离子色谱柱和质谱仪，实现了对岩心沉积物碳、氧同位素检测、孔隙水同位素比值检测以及岩心的冲洗。

附图说明

图1为本发明实验系统示意图；

图2为本发明连接模块前侧向三维视图；

图3为本发明抱箍Ⅰ三维视图；

图4为本发明连接模块后侧向三维视图；

图5为本发明抱箍Ⅱ三维视图；

图6为本发明抱箍开启状态三维视图；

图7为本发明取心工具剖视图；

图8为本发明连接模块后视图；

图9为本发明连接头三维视图；

图10为本发明连接头剖视图；

图11为本发明滑动支撑座Ⅰ三维视图；

图12为本发明丝杆螺母Ⅰ三维视图；

图13为本发明连接板Ⅰ俯视三维图；

图14为本发明连接板Ⅰ仰视三维图；

图15为本发明双向丝杆三维图。

图中，0-1-连接模块，0-2-烃类气体检测模块，0-3-压力温度维持及冲洗模块，0-4-同位素检测模块，0-5-声波检测模块，1-取心工具，101-密封面Ⅰ，102-端面Ⅱ，103-密封面Ⅱ，2-球阀，3-实验筒体Ⅰ，4-气相色谱仪，5-可视气体反应室，6-点火器，7-微量注射泵Ⅰ，8-气流调节器，9-底流阀Ⅰ，10-底流阀Ⅱ，11-真空室，12-温度测试计，13-压力表，14-真空泵，15-底流阀Ⅲ，16-底流阀Ⅳ，17-逆止阀，18-声波检测装置，19-实验筒体Ⅱ，20-岩心，21-压力传感器，22-压力控制器，23-柱塞泵Ⅰ，24-制冷箱，25-密封箱Ⅰ，26-温控阀，27-闸阀Ⅰ，28-柱塞泵Ⅱ，29-实验筒体Ⅲ，30-电机Ⅰ，31-电动伸缩抓手，32-柱塞泵Ⅲ，33-柱塞泵Ⅳ，34-密封箱Ⅱ，35-闸阀Ⅱ，36-蠕动泵Ⅰ，37-离心机Ⅰ，38-闸阀Ⅲ，39-底流阀Ⅴ，40-密封箱Ⅲ，41-底流阀Ⅵ，42-底流阀Ⅶ，43-闸阀Ⅳ，44-蠕动泵Ⅱ，45-可视蒸发室，46-PH计，47-折射计，48-蠕动泵Ⅲ，49-微量注射泵Ⅱ，50-密封箱Ⅳ，51-蠕动泵Ⅳ，52-质谱仪，53-蒸干室，54-底流阀Ⅷ，55-A/D转换器，56-微量注射泵Ⅲ，57-蠕动泵Ⅴ，58-示波器，59-阳离子色谱柱，60-闸阀Ⅴ，61-液体暂存箱，62-密封箱Ⅴ，63-底流阀Ⅸ，64-微量注射泵Ⅳ，65-表面热电离质谱仪，66-计算机，67-抱箍Ⅰ，6701-轴孔Ⅰ，6702-卡槽，6703-硫化橡胶层Ⅰ，6704-螺栓通孔Ⅰ，6705-螺纹孔Ⅰ，6706-螺纹孔Ⅱ，6707-螺纹孔Ⅲ，6708-贴合面Ⅰ，68-轴销，69-抱箍Ⅱ，6901-贴合面Ⅱ，6902-卡槽接头，6903-轴孔Ⅱ，6904-硫化橡胶层Ⅱ，6905-螺纹孔Ⅳ，6906-螺纹孔Ⅴ，6907-螺纹孔Ⅵ，6908-螺栓通孔Ⅱ，6909-贴合面Ⅲ，70-连接头，7001-轴销通孔，7002-贴合面Ⅳ，7003-密封面Ⅲ，7004-滑槽Ⅰ，7005-滑槽Ⅱ，7006-端面Ⅰ，7007-螺纹面，7008-密封面Ⅳ，71-导轨Ⅰ，72-滑动支撑座Ⅰ，7201-滑块Ⅰ，7202-滑块Ⅱ，7203-导孔Ⅰ，7204-轴承孔，7205-导孔Ⅱ，73-螺母Ⅰ，74-丝杆螺母Ⅰ，75-连接板Ⅰ，7501-螺纹通孔Ⅰ，7502-螺纹通孔Ⅱ，7503-轴孔Ⅲ，7504-螺纹通孔Ⅲ，7505-轴孔Ⅳ，7506-接触面Ⅲ，7507-接触面Ⅳ，7508-接触面Ⅴ，7509-接触面Ⅵ，76-螺钉Ⅰ，77-螺钉Ⅱ，78-丝杆螺母Ⅱ，79-螺栓，80-螺母Ⅱ，8101-螺纹段Ⅰ，8102-螺纹段Ⅱ，8103-杆头Ⅰ，8104-杆头Ⅱ，82-滑动支撑座Ⅱ，83-电机Ⅱ，84-联轴器，85-连接板Ⅱ，86-螺母Ⅲ，87-螺纹杆Ⅰ，88-螺纹杆Ⅱ，89-螺钉Ⅲ，90-螺钉Ⅳ，91-导轨Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至图15所示，一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：包括连接模块0-1、烃类气体检测模块0-2、压力温度维持及冲洗模块0-3、同位素检测模块0-4以及声波检测模块0-5；

所述的连接模块0-1包括取心工具1、球阀2、实验筒体Ⅰ3、实验筒体Ⅱ19、岩心20、实验筒体Ⅲ29、电机Ⅰ30、电动伸缩抓手31、抱箍Ⅰ67、轴销68、抱箍Ⅱ69、连接头70、导轨Ⅰ71、滑动支撑座Ⅰ72、螺母Ⅰ73、丝杆螺母Ⅰ74、连接板Ⅰ75、螺钉Ⅰ76、螺钉Ⅱ77、丝杆螺母Ⅱ78、螺栓79、螺母Ⅱ80、双向丝杆81、滑动支撑座Ⅱ82、电机Ⅱ83、联轴器84、连接板Ⅱ85、螺母Ⅲ86、螺纹杆Ⅰ87、螺纹杆Ⅱ88、螺钉Ⅲ89、螺钉Ⅳ90和导轨Ⅱ91；

所述的烃类气体检测模块0-2包括气相色谱仪4、可视气体反应室5、点火器6、微量注射泵Ⅰ7、气流调节器8、底流阀Ⅰ9、底流阀Ⅱ10、真空室11、温度测试计12、压力表13、真空泵14、底流阀Ⅲ15、底流阀Ⅳ16和逆止阀17；

所述的压力温度维持及冲洗模块0-3包括压力传感器21、压力控制器22、柱塞泵Ⅰ23、制冷箱24、密封箱Ⅰ25、温控阀26、闸阀Ⅰ27和柱塞泵Ⅱ28；

所述的同位素检测模块0-4包括柱塞泵Ⅲ32、柱塞泵Ⅳ33、密封箱Ⅱ34、闸阀Ⅱ35、蠕动泵Ⅰ36、离心机Ⅰ37、闸阀Ⅲ38、底流阀Ⅴ39、密封箱Ⅲ40、底流阀Ⅵ41、底流阀Ⅶ42、闸阀Ⅳ43、蠕动泵Ⅱ44、可视蒸发室45、PH计46、折射计47、蠕动泵Ⅲ48、微量注射泵Ⅱ49、密封箱Ⅳ50、蠕动泵Ⅳ51、质谱仪52、蒸干室53、底流阀Ⅷ54、微量注射泵Ⅲ56、蠕动泵Ⅴ57、阳离子色谱柱59、闸阀Ⅴ60、液体暂存箱61、密封箱Ⅴ62、底流阀Ⅸ63、微量注射泵Ⅳ64和表面热电离质谱仪65；

所述的声波检测模块0-5包括声波检测装置18、A/D转换器55、示波器58和计算机66；

所述的取心工具1右端设置有密封面Ⅰ101、端面Ⅱ102和密封面Ⅱ103；

所述的抱箍Ⅰ67左端设置有轴孔Ⅰ6701、卡槽6702，内部设置有硫化橡胶层Ⅰ6703，右端设置有螺栓通孔Ⅰ6704、螺纹孔Ⅰ6705、螺纹孔Ⅱ6706、螺纹孔Ⅲ6707，侧面设置有贴合面Ⅰ6708，所述的抱箍Ⅱ69侧面设置有贴合面Ⅱ6901，右端设置有卡槽接头6902、轴孔Ⅱ6903，内部设置有硫化橡胶层Ⅱ6904，左端设置有螺纹孔Ⅳ6905、螺纹孔Ⅴ6906、螺纹孔Ⅵ6907、螺栓通孔Ⅱ6908、贴合面Ⅲ6909，所述的连接头70通过轴销68与抱箍Ⅰ67、抱箍Ⅱ69连接，所述的抱箍Ⅱ69卡槽接头6902卡入卡槽6702内，所述的连接板Ⅰ75通过螺钉Ⅰ76、螺钉Ⅱ77、螺钉Ⅳ90与抱箍Ⅱ69连接；

所述的连接板Ⅰ75左端设置有螺纹通孔Ⅰ7501、螺纹通孔Ⅱ7502、螺纹通孔Ⅲ7504、接触面Ⅵ7508、接触面Ⅶ7509，中部设置有轴孔Ⅳ7505、接触面Ⅳ7506、接触面Ⅴ7507，右端设置有轴孔Ⅲ7503，所述的抱箍Ⅱ69贴合面Ⅱ6901与接触面Ⅵ7508贴合，所述的抱箍Ⅱ69贴合面Ⅲ6909与接触面Ⅶ7509贴合，所述的螺钉Ⅰ76安装在螺纹通孔Ⅰ7501、螺纹孔Ⅵ6907内，所述螺钉Ⅱ77安装在螺纹通孔Ⅱ7502、螺纹孔Ⅳ6905内，所述的螺钉Ⅳ90安装在螺纹通孔Ⅲ7504、螺纹孔Ⅴ6906内；

所述的丝杆螺母Ⅰ74侧面设置有接触面Ⅰ7401、接触面Ⅱ7402、轴孔Ⅴ7403，中部设置有法兰孔Ⅰ7404、螺母孔7405、法兰孔Ⅱ7406，所述的导轨Ⅰ71穿过法兰孔Ⅰ7404，所述的导轨Ⅱ91穿过法兰孔Ⅱ7406，所述的连接板Ⅰ75通过螺纹杆Ⅱ88、螺母Ⅰ73与丝杆螺母Ⅰ74活动连接，所述的螺纹杆Ⅱ88插入轴孔Ⅲ7503、轴孔Ⅴ7403、轴孔Ⅳ7505内并与螺母Ⅰ73螺纹连接；

所述的连接头70上端设置有轴销通孔7001，前端设置有贴合面Ⅳ7002、密封面Ⅲ7003、密封面Ⅳ7008、端面Ⅰ7006，后端设置有螺纹面7007，两侧设置有滑槽Ⅰ7004、滑槽Ⅱ7005，所述的抱箍Ⅰ67贴合面Ⅰ6708与贴合面Ⅳ7002贴合，所述的抱箍Ⅱ69贴合面Ⅱ6901与贴合面Ⅳ7002贴合，所述的轴销68安装在轴销通孔7001内，所述的滑动支撑座Ⅰ72通过滑槽Ⅰ7004、滑槽Ⅱ7005与连接头70滑动连接，所述的实验筒体Ⅰ3通过螺纹面7007与连接头70连接；

所述的滑动支撑座Ⅰ72两侧对称设置有滑块Ⅰ7201、滑块Ⅱ7202，中心设置有导孔Ⅰ7203、轴承孔7204、导孔Ⅱ7205，所述的滑动支撑座Ⅰ72滑块Ⅰ7201嵌入滑槽Ⅰ7004内、滑块Ⅱ7202嵌入滑槽Ⅱ7005内，所述的导轨Ⅰ71右端与滑动支撑座Ⅰ72的导孔Ⅰ7203螺纹连接，所述的导轨Ⅱ91右端与滑动支撑座Ⅰ72的导孔Ⅱ7205螺纹连接；

所述的双向丝杆81设置有螺纹段Ⅰ8101、螺纹段Ⅱ8102、杆头Ⅰ8103、杆头Ⅱ8104，所述的滑动支撑座Ⅰ72通过轴承孔7204与杆头Ⅰ8103的配合与双向丝杆81连接，所述的丝杆螺母Ⅰ74通过螺母孔7405内螺纹与螺纹段Ⅱ8102外螺纹的配合，安装在双向丝杆81的螺纹段Ⅱ8102上。

所述的一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的抱箍Ⅰ67的硫化橡胶层Ⅰ6703与抱箍Ⅱ69的硫化橡胶层Ⅱ6904在挤压作用下可包围成与密封面Ⅰ101、密封面Ⅱ103、密封面Ⅲ7003、密封面Ⅳ7008紧密贴合的密封圆环。

所述的一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的连接模块0-1处于连接状态时，取心工具1端面Ⅱ102与连接头70端面Ⅰ7006相互贴合且同心。

所述的一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的轴销68穿过轴孔Ⅰ6701、轴孔Ⅱ6903、轴销通孔7001且与抱箍Ⅰ67、抱箍Ⅱ69、连接头70过盈连接，抱箍Ⅰ67与抱箍Ⅱ69可围绕轴销68转动。

所述的一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的双向丝杆81在电机83驱动下转动时，丝杆螺母Ⅰ74与丝杆螺母Ⅱ78分别绕螺纹杆Ⅱ88与螺纹杆Ⅰ87转动且向两侧移动，同时滑动支撑座Ⅰ72与滑动支撑座Ⅱ82分别沿滑槽Ⅰ(7004)与滑槽Ⅱ7005滑动。

所述的一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的双向丝杆81、丝杆螺母Ⅰ74、丝杆螺母Ⅱ78之间具有自锁性，电机83停止工作后连接模块0-1保持静止。

所述的一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：所述的连接模块0-1设置有温度测试计12和压力表13，可检测其内部温度与压力。

所述的一种岩心取样现场多功能驱替保真测试装置及其测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：取心工具1连接过程，具体包括以下步骤：

S11：电机Ⅱ83正转，双向丝杆81带动丝杆螺母Ⅰ74与丝杆螺母Ⅱ78向两侧移动，丝杆螺母Ⅰ74与丝杆螺母Ⅱ78分别绕螺纹杆Ⅱ88与螺纹杆Ⅰ87向外转动，同时滑动支撑座Ⅰ72与滑动支撑座Ⅱ82分别沿滑槽Ⅰ7004与滑槽Ⅱ7005向上滑动，提供抱箍Ⅰ67与抱箍Ⅱ69张开所需要的横向与纵向位移；

S12：抱箍Ⅰ67与抱箍Ⅱ69张开到位后，电机Ⅱ83停转，将取心工具1推送至其端面Ⅱ102与连接头70端面Ⅰ7006贴合；

S13：电机Ⅱ83反转，双向丝杆81带动丝杆螺母Ⅰ74与丝杆螺母Ⅱ78向中心移动，丝杆螺母Ⅰ74与丝杆螺母Ⅱ78分别绕螺纹杆Ⅱ88与螺纹杆Ⅰ87向内转动，同时滑动支撑座Ⅰ72与滑动支撑座Ⅱ82分别沿滑槽Ⅰ7004与滑槽Ⅱ7005向下滑动，抱箍Ⅰ67与抱箍Ⅱ69不断闭合直到硫化橡胶层Ⅰ6703与硫化橡胶层Ⅱ6904挤压取心工具1密封面Ⅰ101、密封面Ⅱ103以及连接头70密封面Ⅲ7003、密封面Ⅳ7008包围形成一密封圆环；

S14：电机Ⅱ83停转，螺栓79穿过螺栓通孔Ⅰ6704与螺栓通孔Ⅱ6908并与螺母Ⅱ80螺纹连接，锁紧抱箍Ⅰ67与抱箍Ⅱ69；

S15：关闭烃类气体检测模块0-2、压力温度维持及冲洗模块0-3和同位素检测模块0-4中的所有阀门；

S2：原位模拟水注入以及声波检测过程，具体包括以下步骤：

S21：打开压力控制器22控制柱塞泵Ⅰ23抽取密封箱Ⅰ25中的原位模拟水到制冷箱24中制冷，当原位模拟水温度到达原位温度后，温控阀26打开，向连接模块0-1内部注入制冷后的原位模拟水，当连接模块0-1内部压力达到岩心原位压力后，压力传感器21向压力控制器22发出信号，柱塞泵Ⅰ23停止工作；

S22：打开取心工具1中的球阀，取心工具1内部与连接模块0-1内部连通；

S23：打开电机Ⅰ30，电机Ⅰ30驱动电动伸缩抓手31抓取取心工具1中的岩心20，岩心20完全进入连接模块0-1内部后，关闭取心工具1中的球阀；

S24：当电动伸缩抓手31抓取岩心20进入声波检测装置18时，声波检测装置18对岩心20进行声波检测，计算机66储存声波信号，并处理得到岩心20不同位置的声波速度和振幅数据，通过对岩心20各处声波数据分析，波速较高、振幅较大的地方即是水合物存在区段；

S3：岩心20泄压及冲洗过程，具体包括以下步骤：

S31：打开柱塞泵Ⅲ32，抽取连接模块0-1内部的原位模拟水、岩心20内部的孔隙水和掉落沉积物至密封箱Ⅳ50，岩心20泄压，释放的烃类气体由烃类气体检测模块0-2吸收，连接模块0-1内部的原位模拟水抽取完后，关闭柱塞泵Ⅲ32；

S32：打开柱塞泵Ⅱ28，抽取密封箱Ⅰ25内的原位模拟水至连接模块0-1内部，压力表13显示到达原位压力后，关闭柱塞泵Ⅱ28，多次重复步骤S31，对岩心20进行反复冲洗；

S33：岩心20泄压冲洗完成后，控制电动伸缩抓手31将岩心(20)抓取至实验筒体Ⅰ3，关闭球阀2，将岩心20封隔于实验筒体Ⅰ3内，为岩心物性测试做准备；

S4：烃类气体检测过程，具体包括以下步骤：

S41：岩心20泄压时，打开底流阀Ⅲ15，由于压差的存在，岩心20分解出的烃类气体被自然吸真空室11，当岩心20泄压完成后且压力表13数值趋于稳定时，关闭底流阀Ⅲ15，打开真空泵14和底流阀Ⅳ16对连接模块0-1内部抽真空，观察压力表13数值，当连接模块0-1内部达到真空状态后，关闭真空泵14和底流阀Ⅳ16；

S42：打开微量注射泵Ⅰ7和底流阀Ⅱ10，抽取少量真空室11内的烃类气体至气相色谱仪4，关闭微量注射泵Ⅰ7和底流阀Ⅱ10，气相色谱仪4测定C1、C2、C3和C4的含量分析烃类气体含量；

S43：打开点火器6、气流调节器8和底流阀Ⅰ9将真空室11内的烃类气体引入可视气体反应室5进行焰色反应，观察点火器6处燃烧火焰的颜色判断烃类气体是否存在，关闭点火器6、气流调节器8和底流阀Ⅰ9；

S5：孔隙水及沉积物同位素检测过程，具体包括以下步骤：

S51：打开闸阀Ⅱ35、蠕动泵Ⅰ36和闸阀Ⅲ38，抽取原位模拟水、岩心20内部的孔隙水和掉落沉积物组成的混合液至离心机Ⅰ37，打开离心机Ⅰ37进行固液分离，分离液排入密封箱Ⅲ40，固体颗粒留在离心机Ⅰ37内，混合液离心完成后，关闭闸阀Ⅱ35、蠕动泵Ⅰ36和闸阀Ⅲ38；

S52：打开柱塞泵Ⅳ33，抽取密封箱Ⅱ34内的100％磷酸至离心机Ⅰ37，关闭柱塞泵Ⅳ33，使离心机Ⅰ37中的固体颗粒与磷酸反应12小时产生CO

S53：打开底流阀Ⅵ41和蠕动泵Ⅲ48抽取少量密封箱Ⅲ40中的分离液至质谱仪52，关闭底流阀Ⅵ41和蠕动泵Ⅲ48，质谱仪52测定分离液中溶解态离子和微量元素含量；

S54：打开底流阀Ⅶ42和蠕动泵Ⅱ44，将密封箱Ⅲ40中的部分分离液引入至可视蒸发室45，关闭底流阀Ⅶ42和蠕动泵Ⅱ44，开启可视蒸发室45中的加热系统将分离液中的原位模拟水蒸发，采用PH计46和折射计47分别测定蒸发后分离液的PH值和盐度，即岩心20孔隙水的PH值和盐度；

S55：打开闸阀Ⅳ43和蠕动泵Ⅳ51将密封箱Ⅲ40中的分离液引入蒸干室53后，关闭闸阀Ⅳ43和蠕动泵Ⅳ51，打开蒸干室53的加热系统将分离液蒸干；

S56：打开蠕动泵Ⅴ57和闸阀Ⅴ60，抽取密封箱Ⅴ62中的HC1溶液至蒸干室53中将蒸干物完全溶解，关闭蠕动泵Ⅴ57和闸阀Ⅴ60；

S57：打开底流阀Ⅷ54和微量注射泵Ⅲ56，抽取少量蒸干物溶解液至阳离子色谱柱59，关闭底流阀Ⅷ54和微量注射泵Ⅲ56，阳离子色谱柱59分别分离提纯Sr，分离提纯后的蒸干物溶解液暂存于液体暂存箱61内；

S58：打开底流阀Ⅸ63和微量注射泵Ⅳ64，抽取少量液体暂存箱61中的分离提纯后的蒸干物溶解液至表面热电离质谱仪65，关闭底流阀Ⅸ63和微量注射泵Ⅳ64，打开表面热电离质谱仪65测定n(87Sr)/n(865r)同位素比。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。