專利名稱：高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，屬于鉆探領域。
背景技術：
井漏是石油天然氣鉆探過程中普遍存在、經(jīng)常遇到的復雜問題。由于井漏引 起的井下復雜事故，對鉆井、完井施工危害極大， 一直是國內(nèi)外石油工程界關注 的問題。鉆井作業(yè)中， 一旦發(fā)生漏失，不僅延誤鉆井時間，損失鉆井液，損害油 氣層等，而且還可能引起井壁失穩(wěn)導致井塌、卡鉆、井噴等一系列復雜情況與事 故，甚至導致井眼報廢，造成重大經(jīng)濟損失。
地層漏失情況與巖石物理、化學及力學性質，井底壓差、泥漿中加入的堵漏 材料的性質、尺寸，加入材料與地層的相互作用具有密切的關系。目前，國內(nèi)外 所具有的靜態(tài)堵漏評價實驗裝置，其基本結構基本上都是采用一端加壓，中部為 一垂直的圓筒，下部為帶閥門的管線用于排液。圓筒內(nèi)先用割縫板及小玻璃球或 小鋼珠等填充模擬漏失地層，在漏層上部加入堵漏漿液，使用氣壓等驅動裝置將 漿液壓入模擬地層，評價堵漏材料的性能。由于模擬地層與實際地層性質嚴重失 真，導致實驗結果與現(xiàn)場應用結果差別太大。由于我國很多油氣田勘探與開發(fā)中 普遍存在漏失，研制出一套高保真模擬地層堵漏評價實驗裝置，在實驗室內(nèi)模擬 井底溫度、壓力、地層性質、地層開啟壓力及液體循環(huán)狀態(tài)下評價堵漏材料的堵 漏效果對油氣田勘探與開發(fā)十分必要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種高保真模擬地層鉆 井堵漏評價實驗系統(tǒng)，該發(fā)明模擬地層漏失巖石物理、化學及力學性質，井底壓 差、泥漿中加入的堵漏材料的性質、尺寸及加入的堵漏材料與地層的相互作用。 該系統(tǒng)主要由加壓系統(tǒng)、堵漏液容器、高保真漏層模擬器、環(huán)壓加壓系統(tǒng)即加溫 控制系統(tǒng)等部件組成
實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術方案是 一種高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系 統(tǒng)，至少包括加壓裝置、堵漏液容器、壓力表和液壓泵，加壓系統(tǒng)通過堵漏液容 器和高保真漏層模擬器連接。其中高保真漏層模擬器包括模擬漏層、耐高溫高壓膠筒、夾持器、堵頭和加 熱器，模擬漏層填充在對開巖心筒中，對開巖心筒外套有耐高溫高壓膠筒，耐高 溫高壓膠筒外安裝有夾持器，夾持器外套有加熱器，填充有模擬漏層的對開巖心 筒上下兩端均設有堵頭。
所述的對開巖心筒的截面為圓環(huán)，對開巖心筒由兩個半圓形的巖心筒組成， 在連接部位通過相互插接實現(xiàn)無縫連接。該連接方式有利于安裝與打開，在壓力 達到一定程度后，對開巖心筒向周向打開一定的距離，模擬地層在堵漏液的壓力 下孔隙、裂隙張開。當堵漏液進入地層維持一定壓力后，在對開巖心筒周圍施加 液壓，模擬地層壓力使堵漏液反排。實驗結束后，打開對開巖心筒，測量堵漏液 進入地層的深度與強度，可反復使用，操作簡便，經(jīng)濟性好。
所述的夾持器呈"[]"狀，夾持器通過上下兩端緊固耐高溫高壓膠筒，夾持 器起到密封上下堵漏與耐高溫高壓膠筒的作用，夾持器中部與耐高溫高壓膠筒之 間形成環(huán)形空間，環(huán)形空間處接有液壓泵。
所述的堵頭的中間開有一個通孔，上堵頭的通孔通過高壓管道與柱塞泵連 接，堵漏液從上堵頭的通孔進入模擬漏層；下堵頭的通孔直接與容器連接，從地 層滲出的堵漏液通過下堵頭的通孔接到容器中。根據(jù)實驗需要時，還可以通過下 通孔時間壓力，模擬地層油氣壓力下堵漏液擠入地層后抵抗油氣壓力的能力。
本發(fā)明使用的耐高溫高壓膠筒為抗150。C以上的溫度、承受60Mpa以上的壓 力的膠筒，工作時套在插接式對開巖心筒外面，并且在兩端與堵頭連接，起到密 封模擬地層的作用、在實驗需要時可以在環(huán)空中施加壓力，并且將壓力通過對開 巖心筒傳遞到模擬地層，檢測在地層壓力下擠入地層的堵漏材料的反排情況。
上述的加壓系統(tǒng)與堵漏液容器之間設有壓力表，堵漏液容器與高保真漏層模 擬器之間設有壓力表，環(huán)形空間處和液壓泵之間設有壓力表。
所述加熱系統(tǒng)為雙柱塞高壓計量泵，該泵最大排量13L/h，最大壓力50Mpa， 柱塞泵將堵漏液壓入模擬地層。所用工作介質為清水，優(yōu)選蒸餾水。
堵漏液容器用于儲存堵漏液、工作壓力40MPa，容積2000mL，容器為活塞
式結構，可將堵漏液與加壓液體隔離。
使用本實驗系統(tǒng)時，首先將模擬地層材料填充入對開巖心筒，然后將對開巖 心筒裝入抗高溫高壓的橡膠筒，利用加持器將橡膠筒加緊，安裝好上、下堵頭，在上堵頭的通孔中，接上高壓管道。利用柱塞泵將堵漏液壓入模擬地層到一定壓 力后維持壓力一定時間，如果實驗需要，利用液壓泵向夾持器中部與耐高溫高壓 膠筒之間的環(huán)形空間施加液壓，液壓通過橡膠筒傳遞到對開巖心筒的周圍使巖心 筒歸位，使壓力模擬地層壓力的堵漏液反排，測試其反排量的大小。待實驗結束 后，打開對開巖心筒測量堵漏液擠入模擬地層的深度。在實驗中，通過加熱器模 擬地層溫度，當實驗需要時對模擬地層加入并維持一定的溫度。
本發(fā)明提供的裝置是高保真模擬漏失地層的高溫高壓模擬實驗裝置，該裝 置在漏層方面，不僅能滿足目前國內(nèi)所有針對常規(guī)的漏失模塊(人造裂縫塊、圓 孔模型、梯形裂縫等)進行堵漏實驗，而且能夠模擬真實漏層特征進行實驗。在 壓力方面，可以模擬上覆壓力、漏層壓裂模擬、地層壓力反排功能。在溫度上， 可以通過加溫裝置模擬真是地下溫度大小進行堵漏實驗。
本實驗系統(tǒng)的研制為堵漏劑的優(yōu)堵漏鉆井液性能的評價及堵漏工藝的確定， 提供一種科學、有效的實驗評價方法，為相關的科研和生產(chǎn)提供科學的依據(jù)
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
圖2為圖1中高保真漏層模擬器剖視圖。
圖3為對開巖心筒的剖視圖。
圖中，1.柱塞泵，2.壓力表，3.堵漏液容器，4.壓力表，5.高保真漏層模 擬器，6.液體出口， 7.壓力表，8.液壓泵，9.模擬漏層，IO.對開巖心筒，11. 耐高溫高壓筒，12.加熱器，13.上堵頭，14.夾持器，15.環(huán)形空間，16.下堵頭。
具體實施例方式
本發(fā)明的結構如圖1所示，高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)包括加壓 裝置柱塞泵1、堵漏液容器3、壓力表和液壓泵8,柱塞泵1通過堵漏液容器3 和高保真漏層模擬器5連接。柱塞泵1與堵漏液容器3之間設有壓力表2，堵漏 液容器3與高保真漏層模擬器5之間設有壓力表4，環(huán)形空間15處和液壓泵9 之間設有壓力表7。柱塞泵1該泵最大排量13L/h，最大壓力50Mpa，柱塞泵將 堵漏液壓入模擬地層。所用工作介質為清水，優(yōu)選蒸餾水。堵漏液容器3用于儲 存堵漏液、工作壓力40MPa，容積2000mL，容器為活塞式結構，可將堵漏液與加壓液體隔離。
高保真漏層模擬器5的剖視圖如圖2所示，高保真鉆井地層漏失模擬裝置， 包括模擬漏層9、耐高溫高壓膠筒ll、夾持器14、堵頭和加熱器12，模擬漏層 9填充在對開巖心筒10中，對開巖心筒10外套有耐高溫高壓膠筒11，耐高溫高 壓膠筒11外安裝有夾持器14，夾持器14外套有加熱器12，填充有模擬漏層9 的對開巖心筒10上設有上堵頭13，下端設有下堵頭16。夾持器14呈"[]"狀， 夾持器14通過上下兩端緊固耐高溫高壓膠筒11，夾持器14中部與耐高溫高壓 膠筒之間形成環(huán)形空間15，夾持器14起到密封上下堵漏與耐高溫高壓膠筒II 的作用。
對開巖心筒IO截面為圓環(huán)，對開巖心筒由兩個半圓形的巖心筒組成，在連 接部位通過相互插接實現(xiàn)無縫連接，其剖視圖如圖3所示。
本發(fā)明使用的耐高溫高壓膠筒為抗15(TC以上的溫度、承受60Mpa以上的壓 力的膠筒，工作時套在插接式對開巖心筒外面，并且在兩端與堵頭連接，起到密 封模擬地層的作用、在實驗需要時可以在環(huán)空中施加壓力，并且將壓力通過對開 巖心筒傳遞到模擬地層，檢測在地層壓力下擠入地層的堵漏材料的反排情況。
使用本裝置時，首先將模擬地層材料填充入對開巖心筒，然后將對開巖心筒裝入抗高溫高壓的橡膠筒，利用加持器將橡膠筒加緊，安裝好上、下堵頭，在上堵頭的通孔中，接上高壓管道。利用柱塞泵將堵漏液壓入模擬地層到一定壓力后維持壓力一定時間，如果實驗需要，利用液壓泵向夾持器中部與耐高溫高壓膠筒之間的環(huán)形空間施加液壓，液壓通過橡膠筒傳遞到對開巖心筒的周圍使巖心筒歸為，使壓力模擬地層壓力的堵漏液反排，測試其反排量的大小。待實驗結束后，打開對開巖心筒測量堵漏液擠入模擬地層的深度。在實驗中，通過加熱器模擬地層溫度，當實驗需要時對模擬地層加入并維持一定的溫度。模擬漏層模塊系統(tǒng)安裝在一個可以旋轉360。的支架上，以便操作。
權利要求
1.一種高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，至少包括加壓裝置、堵漏液容器、壓力表和液壓泵，其特征在于加壓裝置通過堵漏液容器和高保真漏層模擬器連接，其中高保真漏層模擬器包括模擬漏層、耐高溫高壓膠筒、夾持器、堵頭和加熱器，模擬漏層填充在對開巖心筒中，對開巖心筒外套有耐高溫高壓膠筒，耐高溫高壓膠筒外安裝有夾持器，夾持器外套有加熱器，填充有模擬漏層的對開巖心筒上下兩端均設有堵頭。
2. 根據(jù)權利要求1所述的高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，其特征在于對開 巖心筒的截面為圓環(huán)，對開巖心筒由兩個半圓形的巖心筒組成，在連接部位通過相互插 接實現(xiàn)無縫連接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，其特征在于夾持 器呈"[]"狀，夾持器通過上下兩端緊固耐高溫高壓膠筒，夾持器中部與耐高溫高壓膠筒之間形成環(huán)形空間，環(huán)形空間處接有液壓泵。
4. 根據(jù)權利要求1或3所述的高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，其特征在于 加壓裝置與堵漏液容器之間設有壓力表，堵漏液容器與高保真漏層模擬器之間設有壓力 表，環(huán)形空間處和液壓泵之間設有壓力表。
5. 根據(jù)權利要求1所述的高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，其特征在于堵頭 的中間開有一個通孔，上堵頭的通孔通過高壓管道與柱塞泵連接，堵漏液從上堵頭的通 孔進入模擬漏層；下堵頭的通孔直接與容器連接，從地層滲出的堵漏液通過下堵頭的通 孔接到容器中。
6. 根據(jù)權利要求1所述的高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，其特征在于加熱系統(tǒng)為雙柱塞高壓計量泵，該泵最大排量為13L/h，最大壓力為50Mpa，所用工作介質 為清水。
7. 根據(jù)權利要求6所述的高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，其特征在于雙柱 塞高壓計量泵所用工作介質為蒸餾水。
8. 根據(jù)權利要求1所述的高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，其特征在于堵漏液容器為活塞式結構，用以將堵漏液與加壓液體隔離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高保真模擬地層鉆井堵漏評價實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)至少包括加壓裝置、堵漏液容器、壓力表和液壓泵，加壓系統(tǒng)通過堵漏液容器和高保真漏層模擬器連接。本發(fā)明根據(jù)地層漏失巖石物理、化學及力學性質，模擬地層縫洞幾何相似、化學相似、動力相似、運動相似和材料相似等主要相似條件，在進行堵漏評價時可以高度滿足井底壓差、泥漿中加入的堵漏材料的性質、尺寸及加入的堵漏材料與地層的相互作用。該裝置可重復使用，成本低廉，操作方便，具有廣闊的應用價值和市場前景。
文檔編號E21B47/10GK101408104SQ20081019797
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權日2008年11月28日
發(fā)明者斌 竇 申請人:中國地質大學(武漢)