專利名稱：超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆完井技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種超臨界流體鉆完井 模擬試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前能源緊張的形勢(shì)下，為保證我國(guó)的能源安全，必須形成新的方法、發(fā)展新的 技術(shù)，有效提高油氣資源的勘探開發(fā)效率。以超臨界二氧化碳為代表的超臨界流體既具有 氣體的低粘度和易擴(kuò)散性，也具有液體的高密度和溶解性好的特點(diǎn)，是極具油氣資源勘探 開發(fā)應(yīng)用潛力的鉆完井流體介質(zhì)。超臨界流體鉆完井技術(shù)的發(fā)展，首先需要研發(fā)必備的試 驗(yàn)裝置，開展基礎(chǔ)理論研究，然而現(xiàn)有的常規(guī)流體鉆完井試驗(yàn)裝置存在如下不足工作壓力 或工作溫度太低，無法滿足超臨界流體調(diào)制和工作時(shí)所需的基本條件；井筒內(nèi)部壓力、溫度 等參數(shù)不能精確控制，無法模擬實(shí)際鉆完井過程中流體狀態(tài)的精確轉(zhuǎn)換；測(cè)量設(shè)備針對(duì)性 差，無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反映出超臨界流體鉆完井過程中的參數(shù)變化。因此建立一套超臨界流 體鉆完井的模擬試驗(yàn)裝置，是目前超臨界流體鉆完井技術(shù)研究的一個(gè)必要途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為開展基礎(chǔ)理論提供一套超臨界流體鉆完井模擬 試驗(yàn)裝置，使其可以更加客觀真實(shí)地模擬超臨界流體鉆完井試驗(yàn)過程，直觀地反映模擬超 臨界流體鉆完井過程井筒參數(shù)分布和對(duì)地層的作用情況。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置，包 括主循環(huán)回路，所述主循環(huán)回路由儲(chǔ)罐、增壓泵、加熱器、鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)、分離器和冷卻 器通過管線依次聯(lián)接而成；所述的鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)包括井筒，所述井筒的底部設(shè)有模擬 巖芯，所述模擬巖芯的上方設(shè)有鉆具，所述鉆具具有中空的供超臨界流體流過的鉆具通道， 所述模擬巖芯與所述鉆具之間設(shè)有可移動(dòng)的擋板，所述鉆具與所述井筒的內(nèi)壁之間形成環(huán) 形空腔，所述井筒上部的側(cè)壁上設(shè)有與所述井筒的內(nèi)腔連通的井筒出口。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述鉆具包括自所述井筒的上方伸入井筒內(nèi)的鉆柱，所述 鉆柱具有中空的供超臨界流體流過的鉆柱通道，所述鉆柱的底端安裝有鉆頭，所述鉆頭上 設(shè)有供超臨界流體流出的鉆頭噴嘴。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述主循環(huán)回路上、所述鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)的井筒內(nèi)及 所述模擬巖芯周圍分別設(shè)有若干壓力傳感器接口、溫度傳感器接口和流量計(jì)接口。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在所述井筒的外部設(shè)有用于控制井筒內(nèi)部壓力及溫度的壓 力控制器和溫度控制器。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置還包括調(diào)壓支路， 所述調(diào)壓支路與所述主循環(huán)回路連通，所述調(diào)壓支路上設(shè)有溢流閥。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在使用時(shí)，首先密封模擬 巖芯使其保持一定圍壓和孔隙壓力，其次開啟溫度調(diào)控元件，即加熱器、冷卻器以及井筒外部的溫度控制器，將主循環(huán)回路上的閥門依次打開，放出儲(chǔ)罐中的流體使其充滿主循環(huán)回 路，啟動(dòng)并調(diào)節(jié)增壓泵、加熱器，調(diào)制流體的流量、壓力和溫度，使其達(dá)到超臨界狀態(tài)，通過 調(diào)壓支路上的溢流閥控制主循環(huán)回路的壓力，使主循環(huán)回路內(nèi)的流體形成穩(wěn)定循環(huán)，當(dāng)流 體達(dá)到試驗(yàn)要求條件時(shí)，將井筒內(nèi)的擋板移位，開始試驗(yàn)測(cè)試，超臨界流體從井筒入口通過 鉆柱進(jìn)入鉆頭，經(jīng)鉆頭噴嘴噴出后作用于模擬巖芯，之后，攜帶有模擬巖芯雜質(zhì)的流體沿環(huán) 形空腔上返，經(jīng)井筒出口流出至分離器，進(jìn)行固相和液相分離，分離后的流體經(jīng)冷卻器制冷 后回到儲(chǔ)罐，之后即可對(duì)分離后的固相雜質(zhì)和模擬巖芯進(jìn)行分析。本發(fā)明在井筒內(nèi)和模擬巖芯周圍布置的壓力傳感器和溫度傳感器可以測(cè)得井筒 內(nèi)以及模擬巖芯側(cè)壁的壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)，配合外設(shè)的監(jiān)測(cè)儀器可進(jìn)行沿程壓力、溫度和流 量的實(shí)時(shí)采集和分析，通過數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)及時(shí)有效評(píng)價(jià)試驗(yàn)效果，鉆完井模擬巖芯規(guī) 格可根據(jù)后續(xù)試驗(yàn)調(diào)整，失真度小，試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度高，鉆完并模擬測(cè)試臺(tái)通過設(shè)在井 筒外部的壓力控制器和溫度控制器可以控制井筒內(nèi)部的溫度和壓力，模擬實(shí)際鉆完井工 況。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖中1-儲(chǔ)罐；2-增壓泵；3-加熱器；4-鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)；5-分離器；6-冷卻 器；7-鉆柱通道；8-鉆柱；9-鉆頭；10-鉆頭噴嘴；11-擋板；12-擋板控制器；13-井筒出 口 ； 14-環(huán)形空腔；15-井筒；16-模擬巖芯；17-井筒底孔；18-溢流閥。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置，包括主循環(huán)回路，所述主循環(huán)回路 由儲(chǔ)罐1、增壓泵2、加熱器3、鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)4、分離器5和冷卻器6通過高壓管線依次 聯(lián)接而成。其中，所述儲(chǔ)罐1上設(shè)有防爆控制閥，所述增壓泵2上設(shè)有溫度控制器。如圖2所示，所述的鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)4包括井筒15，所述井筒15的底部設(shè)有模 擬巖芯16，所述模擬巖芯16的上方設(shè)有鉆具，所述鉆具具有中空的供超臨界流體流過的鉆 具通道，所述模擬巖芯16與所述鉆具之間設(shè)有可移動(dòng)的擋板11，所述井筒15的外側(cè)對(duì)應(yīng)于 所述擋板11的位置設(shè)有擋板控制器12，所述鉆具與所述井筒的內(nèi)壁之間形成環(huán)形空腔14， 所述井筒15上部的側(cè)壁上設(shè)有與所述井筒的內(nèi)腔連通的井筒出口 13，所述井筒15的底部 設(shè)有可以封堵或與大氣接通的井筒底孔17，所述井筒底孔17也可以接高壓容器，用于模擬 地層孔隙壓力。本實(shí)施例中，所述鉆具包括自所述井筒15的上方伸入井筒內(nèi)的鉆柱8，所述 鉆柱8具有中空的供超臨界流體流過的鉆柱通道7，所述鉆柱8的底端安裝有鉆頭9，所述 鉆頭9上設(shè)有供超臨界流體流出的鉆頭噴嘴10。其中，在所述主循環(huán)回路上、所述鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)4的井筒15內(nèi)以及所述模擬 巖芯16周圍分別設(shè)有若干壓力傳感器接口、溫度傳感器接口和流量計(jì)接口(圖中來示出)。其中，在所述井筒15的外部設(shè)有用于控制井筒15內(nèi)部壓力及溫度的壓力控制器 和溫度控制器(圖中未示出)。
其中，所述的超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置還包括調(diào)壓支路，所述調(diào)壓支路與 所述主循環(huán)回路連通，所述調(diào)壓支路上設(shè)有溢流閥18。工作原理當(dāng)采用本發(fā)明開展超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)時(shí)，首先封堵井筒底孔 17，密封模擬巖芯16，使其保持一定圍壓和孔隙壓力；其次開啟溫度調(diào)控元件，即加熱器3、 冷卻器6以及井筒15外部的溫度控制器和增壓泵2上的溫度控制器，將主循環(huán)回路上的閥 門依次打開，放出儲(chǔ)罐1中的流體使其充滿主循環(huán)回路，啟動(dòng)并調(diào)節(jié)增壓泵2、加熱器3，調(diào) 制流體的流量、壓力和溫度，使其達(dá)到超臨界狀態(tài)，通過調(diào)壓支路上的溢流閥18控制主循 環(huán)回路的壓力，使主循環(huán)回路的流體形成穩(wěn)定循環(huán)，當(dāng)流體達(dá)到試驗(yàn)要求條件時(shí)，將井筒15 內(nèi)的擋板11通過擋板控制器12移位，開始試驗(yàn)測(cè)試，超臨界流體從鉆柱8的鉆柱通道7進(jìn) 入鉆頭9，經(jīng)鉆頭噴嘴10噴出后作用于下部的模擬巖芯16，之后，攜帶有模擬巖芯雜質(zhì)的流 體沿環(huán)形空腔14上返，經(jīng)井筒出口 13流出至分離器5，進(jìn)行固相和液相分離，分離后的流體 經(jīng)冷卻器6制冷后回到儲(chǔ)罐1，之后即可對(duì)分離后的固相雜質(zhì)和模擬巖芯進(jìn)行分析。以上所述僅是本發(fā)明最佳實(shí)施方式的舉例，其中未詳細(xì)述及的部分均為本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員的公知常識(shí)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何基于本發(fā)明的技 術(shù)啟示而進(jìn)行的等效變換，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于包括主循環(huán)回路，所述主循環(huán)回路由儲(chǔ)罐、增壓泵、加熱器、鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)、分離器和冷 卻器通過管線依次聯(lián)接而成；所述的鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)包括井筒，所述井筒的底部設(shè)有模擬巖芯，所述模擬巖芯的 上方設(shè)有鉆具，所述鉆具具有中空的供超臨界流體流過的鉆具通道，所述模擬巖芯與所述 鉆具之間設(shè)有可移動(dòng)的擋板，所述鉆具與所述井筒的內(nèi)壁之間形成環(huán)形空腔，所述井筒上 部的側(cè)壁上設(shè)有與所述井筒的內(nèi)腔連通的井筒出口。
2.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述鉆具包括 自所述井筒的上方伸入井筒內(nèi)的鉆柱，所述鉆柱具有中空的供超臨界流體流過的鉆柱通 道，所述鉆柱的底端安裝有鉆頭，所述鉆頭上設(shè)有供超臨界流體流出的鉆頭噴嘴。
3.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于在所述主循環(huán) 回路上、所述鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)的井筒內(nèi)及所述模擬巖芯周圍分別設(shè)有若干壓力傳感器接 口、溫度傳感器接口和流量計(jì)接口。
4.如權(quán)利要求1所述的超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于在所述井筒的 外部設(shè)有用于控制井筒內(nèi)部壓力及溫度的壓力控制器和溫度控制器。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所 述的超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置還包括調(diào)壓支路，所述調(diào)壓支路與所述主循環(huán)回路連 通，所述調(diào)壓支路上設(shè)有溢流閥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置，包括由儲(chǔ)罐、增壓泵、加熱器、鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)、分離器和冷卻器通過管線依次聯(lián)接而成的主循環(huán)回路；所述鉆完井模擬測(cè)試臺(tái)包括井筒，井筒的底部設(shè)有模擬巖芯，模擬巖芯的上方設(shè)有鉆具，鉆具具有中空的供超臨界流體流過的鉆具通道，鉆具與井筒的內(nèi)壁之間形成環(huán)形空腔，井筒上部的側(cè)壁上設(shè)有與井筒內(nèi)腔連通的井筒出口。本發(fā)明的超臨界流體鉆完井模擬試驗(yàn)裝置，可以更加客觀真實(shí)地模擬超臨界流體鉆完井試驗(yàn)過程，直觀地反映模擬超臨界流體鉆完井過程井筒參數(shù)分布和對(duì)地層的作用情況。本發(fā)明用途廣泛，除可進(jìn)行超臨界流體鉆完井試驗(yàn)外，還可進(jìn)行多項(xiàng)功能拓展試驗(yàn)。
文檔編號(hào)E21B49/00GK102086764SQ20111002225
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2011年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月15日
發(fā)明者倪紅堅(jiān), 岳偉民, 杜玉昆, 王瑞和, 雷鵬, 霍洪俊 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)