專利名稱：高溫高壓漏失地層模擬封堵測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能較好地實時模擬鉆完井工作液在井筒內(nèi)動態(tài)流動至漏層全過程并對進(jìn)行動態(tài)封堵的評價儀器。通過對不同井深的溫度、壓力、漏失通道等地層條件，流動狀態(tài)、壓差等復(fù)雜工況下封堵效果的測試評價優(yōu)選出與漏失環(huán)境相匹配的堵漏材料及相應(yīng)的堵漏漿體體系，實現(xiàn)了對石油、天然氣勘探開發(fā)鉆井、固井、完井、修井、打水泥塞、擠水泥等作業(yè)過程中井筒和地層都處于高壓下的漏失環(huán)境模擬及封堵效果的測試。
背景技術(shù)：
鉆完井及后續(xù)作業(yè)過程中經(jīng)常遇到同一裸眼井段存在多套壓力體系，不同方向構(gòu)造應(yīng)力作用促使縱橫交錯裂縫發(fā)育，地層水的溶蝕形成大小不同的溶洞等復(fù)雜地質(zhì)條件， 由于井筒內(nèi)的有效液柱壓力和地層壓力不平衡當(dāng)連通通道開啟時常出現(xiàn)井漏、又漏又噴等復(fù)雜井下情況。如果不能及時采取有效的防漏堵漏措施將會嚴(yán)重影響繼續(xù)作業(yè)，導(dǎo)致工程周期的延長，相應(yīng)成本的增加。金雞1井由于漏失從開鉆到鉆至井深520m堵漏100多次， 耗時4. 5個月，該井共漏失工作液超過73000m3。塔深1井在鉆至井深6237. 39m時發(fā)生井漏，鉆至井深6800m四開完鉆，該漏層累計漏失鉆井液562細(xì)3。針對不同的地層特征、工況通過有效的模擬評價儀器優(yōu)選出與之對應(yīng)的堵漏材料和堵漏漿體體系，為堵漏工藝的確定及后續(xù)措施的制定，提供了有效的參考資料。國內(nèi)外實驗室多用API室內(nèi)靜態(tài)堵漏評價裝置，一次實驗需要漿體多達(dá)的4000ML，常溫、氮?dú)饧訅翰荒軐Φ貙痈邷馗邏旱牡貙迎h(huán)境得到有效的模擬，通過彈珠的隨機(jī)堆積或6. 4mm厚的縫板對于地層的模擬程度不高；國內(nèi)相關(guān)專利有實用新型專利，如水泥漿堵漏模擬試驗裝置(ZL200520119105.幻，漿體在該儀器內(nèi)是靜態(tài)的模擬對于流態(tài)的變化沒得到體現(xiàn)；一種鉆井堵漏模擬試驗裝置(ZL200520070609. 4)下同體上下的濾網(wǎng)對封堵效果的影響較大引起模擬失真；鉆井堵漏模擬試驗裝置(ZL02243^6. 5)，該儀器未能對實驗相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實時采集，不便于實驗結(jié)束后的分析；發(fā)明專利有智能高溫高壓動態(tài)堵漏評價實驗儀 (ZL200510019252.X)該裝置中從不漏到漏失的過程沒得到完整的模擬，且為氮?dú)饧訅?，對于高壓是否對堵漏有影響沒得到體現(xiàn)。這些儀器共同的不足對漿體是在兩個高壓系統(tǒng)下的壓差下漏失沒得到體現(xiàn)，對于封堵后期的繼續(xù)作業(yè)中如果存在井筒壓力低于漏層壓力的情況對于前期的堵漏效果的影響不能進(jìn)行有效的評價，對于堵劑隨時間的推移由于環(huán)境的變化起物理、化學(xué)性能變化從而影響堵漏效果評價也沒得到體現(xiàn)。因此，研究一種能有效模擬地層情況和現(xiàn)場工況的堵漏評價儀器優(yōu)選出相應(yīng)的堵漏材料及體系，對油田的開發(fā)具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高溫高壓漏失地層模擬封堵測試裝置，該裝置能夠有效模擬鉆井工作液在不同的井深、溫度、壓力、漏失類型的地層條件、漿體流態(tài)、以及井筒和地層之間高溫高壓下的壓差等復(fù)雜工況條件。利用該裝置通過漿體漏失量、封堵層位、單位時間地層承壓提高能力、反排替壓力等堵漏相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測試基于地層破裂壓力的高壓下的漏失封堵效果，從而優(yōu)選出鉆井工作液體系，為現(xiàn)場施工提供室內(nèi)依據(jù)。為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。高溫高壓漏失地層模擬封堵測試裝置，有能模擬井筒內(nèi)溫度、壓力、漿體流態(tài)的井筒模擬器，模擬不同漏失通道的模擬巖心，模擬井筒壓力和地層壓力之間壓差的地層模擬器，給實驗提供電氣的能源，對于實驗流體提供流通通道并可模擬不同漏失通道延伸方向以及不同類型的井別，實驗進(jìn)程中對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)控、對實驗結(jié)果進(jìn)行采集的控制系統(tǒng)等，通過本發(fā)明，能夠模擬鉆井工作液從井筒模擬器中的前期養(yǎng)護(hù)到進(jìn)入地層模擬器的后期養(yǎng)護(hù)連續(xù)進(jìn)行過程、地層溫度、地層壓力、井筒與地層高溫高壓下的壓差、流態(tài)以及不同類型的地層漏失通道等井下環(huán)境及在超過地層承壓能力后的漏失情況，通過對實驗結(jié)果的分析、解釋從而對現(xiàn)場施工提出更有針對性的施工方案。高溫高壓漏失地層模擬封堵測試裝置，主要由氣源、油箱、上釜體、下釜體、水源、 磁力驅(qū)動器、變頻電機(jī)、中央處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)、集液罐組成，其特征在于，所述上釜體有上釜蓋、上釜體加熱器，下釜體有下釜蓋、下釜體加熱器，上釜體和下釜體之間有中間釜蓋和連通閥；所述上釜體連接油箱、氣源并設(shè)有溢油觀察口，上釜體還連有回油閥和回油氣源，所述上釜體既分別連接上釜體加壓泵、上釜體泄壓泵，又分別連接上釜體壓力傳感器和上釜體熱電偶，該壓力傳感器、熱電偶與中央處理系統(tǒng)相連；所述下釜體連接水源并設(shè)有溢水觀察口，所述下釜體既分別連接下釜體加壓泵、下釜體泄壓泵，又分別連接下釜體壓力傳感器和下釜體熱電偶，該壓力傳感器、熱電偶與中央處理系統(tǒng)相連。所述上釜體內(nèi)部裝有漿體和漿葉，漿葉上依次有墊圈、隔膜片和壓蓋以分隔漿體和上部的加壓介質(zhì)，漿葉轉(zhuǎn)軸通過磁力驅(qū)動器被變頻電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，該電機(jī)與中央處理系統(tǒng)相連。所述下釜體內(nèi)部裝有模擬巖心，所述模擬巖心中有漏失通道，中間釜蓋下部通過螺紋和模擬巖心連接，實現(xiàn)密封。所述下釜體連接集液罐，集液罐連有電子天平，電子天平與中央處理系統(tǒng)相連。為了冷卻從下釜體出來的高溫液體，集液罐還連有冷凝器。所述上釜體、下釜體分別連接上釜體爆破片、下釜體爆破片，高壓管路裝有爆破片，用來保護(hù)整個超高壓系統(tǒng)及操作人員的安全。所述中央處理系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)。本發(fā)明上釜體的釜蓋上部裝有磁力驅(qū)動器，磁力驅(qū)動器通過三角帶和變頻電機(jī)相互連接實現(xiàn)同線速度的轉(zhuǎn)動為釜體內(nèi)部的漿葉的轉(zhuǎn)動提供原動力，上釜蓋設(shè)計有溢油觀察口，上釜體內(nèi)部設(shè)計和稠化漿杯相似，漿葉轉(zhuǎn)軸和磁力驅(qū)動器相連，在漿葉和磁力驅(qū)動器之間有墊圈、隔膜片和壓蓋，上釜體通過加壓管線和泄壓管線分別與加壓泵和泄壓泵相連，力口壓泵通過氣源把油箱里面的油推進(jìn)加壓泵然后通過加壓泵不斷的對上釜體用油作為加壓介質(zhì)進(jìn)行加壓，在實驗完畢通過回油管線并對油箱排氣把釜體內(nèi)部的油壓回油箱，壓力傳感器位于高壓管路上用來測試釜內(nèi)壓力，熱電偶直接插入釜體內(nèi)部，壓力傳感器和熱電偶終端連接中央處理系統(tǒng)并通過顯示系統(tǒng)以圖文形式顯示出來，用來保護(hù)整個超高壓系統(tǒng)及操作人員的安全，上釜體和下釜體通過中間釜蓋的連通閥實現(xiàn)連通或隔斷，中間釜蓋下部通過螺紋和模擬巖心連接，在模擬巖心外部是通過水源進(jìn)行升溫、升壓的實現(xiàn)，下釜體頂部有溢水觀察口，下釜體有加壓泵和壓力傳感器，還連接有熱電偶和水源，下釜體也連有泄壓泵，還連有集液罐，在釜體之間的連通閥打開時，上釜體的漿體在壓差的作用下通過連通閥進(jìn)入下部裂縫并排出相應(yīng)體積的水到集液罐，在集液罐收集后進(jìn)入電子天平的燒杯，電子天平直接和中央處理系統(tǒng)相連。本發(fā)明中，井筒模擬器由上釜體采用加熱器、加壓泵和泄壓泵并通過上釜體壓力傳感器、上釜體熱電偶和中央處理系統(tǒng)相連，完成對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、控制，上釜體使用最高溫度為200°C，壓力為120MPa，用于模擬不同井深鉆井工作液在由井眼到漏失地層流動過程中溫度和壓力的變化過程。本發(fā)明中，上釜體內(nèi)部裝有漿葉且漿葉上有墊圈、隔膜片、壓蓋以分隔漿體和上部的加壓介質(zhì)，漿葉轉(zhuǎn)軸連接磁力驅(qū)動器和變頻電機(jī)，用于模擬不同井深鉆井工作液在井眼到漏失地層流動過程中流態(tài)的變化。本發(fā)明中，地層模擬器由下釜體采用加熱器、加壓泵、泄壓泵并通過下釜體壓力傳感器、下釜體熱電偶和中央處理系統(tǒng)相連通，在此系統(tǒng)設(shè)計使用最高溫度為200°C，壓力 120MPa，模擬不同井深和類型的漏失層段地層環(huán)境并讓堵漿在此進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)。本發(fā)明中，地層模擬器的的泄壓泵保證了在上釜體的高壓流體進(jìn)入地層模擬器時模擬地層在高壓下泄壓并通過集液罐收集漏失的液體，在集液罐下有電子天平和中央處理系統(tǒng)相連，模擬在現(xiàn)場鉆進(jìn)過程中鉆開易漏地層當(dāng)井眼內(nèi)有效液柱壓力高于地層破裂壓力而壓破地層引發(fā)的鉆井工作液在高溫高壓下漏失的情況。本發(fā)明中，與集液罐相連的冷凝器用于對高于100°C的高溫高壓液體進(jìn)行收集。本發(fā)明中，井筒模擬器上釜體和地層模擬器下釜體通過連通閥實現(xiàn)開啟和關(guān)閉， 模擬井筒和地層在漏失前分別處于兩個不同的高溫高壓體系，在漏失時處于兩個高溫高壓下的壓差。上釜體和下釜體通過旋轉(zhuǎn)主軸同軸旋轉(zhuǎn)，以模擬不同延伸方向的漏失通道以及水平井、大位移井、定向井等不同類型的井在不同工況下的漏失情況。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明能夠在室內(nèi)有效的模擬地下溫度(最高使用溫度200°C )、壓力(最高使用 120MPa)及漿體在井筒內(nèi)不同泵送速度下的流動狀態(tài)；對以前的裂縫進(jìn)行了延長，在實驗結(jié)束后可以拆開直接觀察封堵效果，并且對巖心設(shè)計了孔隙裂縫介質(zhì)模型和不同的孔喉比以及不同延伸方向；漏失前井筒模擬器內(nèi)的前期養(yǎng)護(hù)和漏失后地層模擬器中的后期養(yǎng)護(hù)處于各自獨(dú)立的溫度、壓力控制系統(tǒng)，一改以前儀器盛漿筒和模擬巖心相互連通并只能實現(xiàn)正壓差情況不能模擬井筒內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓差的情況，能有效模擬由于井筒內(nèi)漿體有效壓力高于地層承壓能力引發(fā)的地層在高溫、高壓下的漏失情況；儀器整體可以旋轉(zhuǎn)，達(dá)到對漏失通道在地層中的不同延伸方向和直井，斜井，水平井等不同類型的井況的模擬；并且對數(shù)據(jù)實施實時采集，方便下一步的有效分析。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明上釜體、下釜體裝配示意圖；圖3為本發(fā)明上釜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明下釜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、氣源，2、油箱進(jìn)氣閥，3、油箱排氣閥，4、油箱，5、進(jìn)油閥、6、回油閥，7、下釜體泄壓泵，8、溢水觀察口，9、上釜體，10、上釜蓋，11、上釜體泄壓泵，12、冷凝器，13、集液罐，14、 電子天平，15、下釜蓋，16、下釜體加熱器，17、下釜體，18、中間釜蓋，19、上釜體加熱器，20、 磁力驅(qū)動器，21、溢油觀察口，22、變頻電機(jī)，23、上釜體爆破片，24、上釜體壓力傳感器，25、 上釜體熱電偶，26、下釜體壓力傳感器，27、下釜體熱電偶，28、水源，29、下釜體爆破片，30、 下釜體加壓泵，31、上釜體加壓泵，32、回油氣源，33、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，34、中央處理系統(tǒng)，35、 連通閥，36、旋轉(zhuǎn)主軸，37、漿葉轉(zhuǎn)軸，38、壓蓋，39、隔膜片，40、墊圈，41、漿葉，42、模擬巖心， 43、漏失通道
具體實施例方式參看圖1、圖2、圖3。高溫高壓漏失地層模擬封堵測試裝置，主要由氣源1、油箱4、上釜體9、下釜體17、 水源觀、磁力驅(qū)動器20、變頻電機(jī)22、中央處理系統(tǒng)34、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)33、集液罐13組成， 其特征在于，所述上釜體9有上釜蓋10、上釜體加熱器19，下釜體17有下釜蓋15、下釜體加熱器16，上釜體和下釜體之間有中間釜蓋18和連通閥35 ；所述上釜體通過進(jìn)油閥5連接油箱4并設(shè)有溢油觀察口 21，油箱4通過油箱進(jìn)氣閥2連接氣源1，油箱連有油箱排氣閥3， 上釜體連有回油閥6和回油氣源32，所述上釜體既分別連接上釜體加壓泵31、上釜體泄壓泵11，又分別連接上釜體壓力傳感器M和上釜體熱電偶25，該壓力傳感器、熱電偶與中央處理系統(tǒng)34相連；所述下釜體連接水源觀并設(shè)有溢水觀察口 8，所述下釜體既分別連接下釜體加壓泵30、下釜體泄壓泵7，又分別連接下釜體壓力傳感器沈和下釜體熱電偶27，該壓力傳感器、熱電偶與中央處理系統(tǒng)34相連；所述上釜體內(nèi)部有漿葉41，漿葉轉(zhuǎn)軸37通過磁力驅(qū)動器20被變頻電機(jī)22帶動旋轉(zhuǎn)，該電機(jī)與中央處理系統(tǒng)34相連；所述下釜體連接冷凝器12和集液罐13，集液罐連有電子天平14，電子天平與中央處理系統(tǒng)34相連；所述中央處理系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)33。所述上釜體、下釜體分別連接上釜體爆破片23、下釜體爆破片四。參看圖2。上釜體和下釜體之間有中間釜蓋18，并通過旋轉(zhuǎn)主軸36同軸旋轉(zhuǎn)，以模擬不同延伸方向的漏失通道以及水平井、大位移井、定向井等不同類型的井在不同工況下的漏失情況。參看圖3。所述上釜體內(nèi)部裝有漿體和漿葉41，漿葉上依次有墊圈40、隔膜片39和壓蓋38 以分隔漿體和上部的加壓介質(zhì)，漿葉轉(zhuǎn)軸37通過磁力驅(qū)動器被變頻電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)。參看圖4。所述下釜體內(nèi)部裝有模擬巖心42，所述模擬巖心有漏失通道43，中間釜蓋18通過螺紋和模擬巖心42連接，實現(xiàn)密封。實驗時組裝好巖心并和中間釜蓋用螺紋無縫連接，放入下釜體中，關(guān)閉連通閥，裝好上釜體，放入漿葉倒?jié){，裝好墊圈、隔膜片和壓蓋，上釜蓋連接電機(jī)，打開氣源不斷向油箱進(jìn)氣，把油箱的油壓入上釜體，直到溢油觀察口有油溢出為止，關(guān)好溢流口的閥門，同時不斷的給下釜體供水，直到溢水口有水溢出為止，關(guān)好溢水口的閥門，在中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對溫度和壓力進(jìn)行設(shè)置，打開上釜體加壓泵，下釜體加壓泵，上釜體加熱器，下釜體加熱器，上釜體泄壓閥，下釜體泄壓閥，讓漿體在上釜體進(jìn)行前期養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)完畢后打開中間釜蓋讓養(yǎng)護(hù)好的漿體在壓差的情況下不斷進(jìn)入下釜體，同時下釜體內(nèi)有等體積的漿體不斷從集液罐流出，上釜體內(nèi)由于漿體流出壓力不斷的下降，同時上釜體加壓泵不斷補(bǔ)壓，如果漿體能在漏失通道中承受一定的壓力則上部的壓力將要有所回升直到達(dá)到設(shè)定壓力為止；在封堵住過后，關(guān)掉連通閥，清洗上釜體，并對下釜體巖心中的漿體進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在養(yǎng)護(hù)時間到一定時間后就對在上釜體加滿壓裂液對下釜體進(jìn)行試壓，考察不同時間段化學(xué)堵漿起結(jié)構(gòu)后的承壓能力的變化，如果漿體在裂縫不能承受住壓力以至于和上釜體的壓力平衡則上釜體加壓泵將不斷的打壓，下釜體泄壓泵在超過設(shè)定的地層承壓能力后將上釜體進(jìn)入的液體流出，直到上部堵漿漏完為止實驗結(jié)束；從而篩選出符合要求的堵漏材料及體系。
權(quán)利要求
1.高溫高壓漏失地層模擬封堵測試裝置，主要由氣源(1)、油箱G)、上釜體(9)、下釜體(17)、水源( )、磁力驅(qū)動器(20)、變頻電機(jī)(22)、中央處理系統(tǒng)(34)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng) (33)、集液罐(13)組成，其特征在于，所述上釜體(9)有上釜蓋(10)、上釜體加熱器(19)， 下釜體(17)有下釜蓋(15)、下釜體加熱器(16)，上釜體和下釜體之間有中間釜蓋(18)和連通閥(3 ；所述上釜體連接油箱(4)和氣源(1)并設(shè)有溢油觀察口(21)，上釜體連有回油閥(6)和回油氣源(32)，所述上釜體既分別連接上釜體加壓泵(31)、上釜體泄壓泵(11)， 又分別連接上釜體壓力傳感器04)和上釜體熱電偶(25)，該壓力傳感器、熱電偶與中央處理系統(tǒng)(34)相連；所述下釜體連接水源08)并設(shè)有溢水觀察口(8)，所述下釜體既分別連接下釜體加壓泵(30)、下釜體泄壓泵(7)，又分別連接下釜體壓力傳感器06)和下釜體熱電偶(27)，該壓力傳感器、熱電偶與中央處理系統(tǒng)(34)相連；所述上釜體內(nèi)部有漿葉 (41)，漿葉轉(zhuǎn)軸(37)通過磁力驅(qū)動器OO)被變頻電機(jī)0 帶動旋轉(zhuǎn)，該電機(jī)與中央處理系統(tǒng)(34)相連；所述下釜體內(nèi)部有模擬巖心(42)，所述模擬巖心有漏失通道(43)，中間釜蓋(18)通過螺紋和模擬巖心0 連接；所述下釜體連接集液罐(1 和電子天平(14)，電子天平與中央處理系統(tǒng)(34)相連；所述中央處理系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)(33)。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬封堵測試裝置，其特征在于，所述上釜體、下釜體分別連接上釜體爆破片(23)、下釜體爆破片09)。
3.如權(quán)利要求1所述的模擬封堵測試裝置，其特征在于，所述集液罐連有冷凝器(12)。
4.如權(quán)利要求1所述的模擬封堵測試裝置，其特征在于，上釜體和下釜體之間有中間釜蓋(18)，并通過旋轉(zhuǎn)主軸(36)同軸旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的模擬封堵測試裝置，其特征在于，所述上釜體內(nèi)部有漿葉(41)， 漿葉上依次有墊圈(40)、隔膜片(39)和壓蓋(38)以分隔漿體和上部的加壓介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及高溫高壓漏失地層模擬封堵測試裝置，主要由氣源、油箱、上釜體、下釜體、水源、磁力驅(qū)動器、中央處理系統(tǒng)、集液罐組成，上釜體連接油箱、氣源，下釜體連接水源，上釜體、下釜體既分別連接加壓泵、泄壓泵，又分別連接壓力傳感器和熱電偶，該壓力傳感器、熱電偶與中央處理系統(tǒng)相連；上釜體內(nèi)部有漿葉，漿葉轉(zhuǎn)軸通過磁力驅(qū)動器被變頻電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)；下釜體內(nèi)部有模擬巖心并連接集液罐。本發(fā)明能模擬鉆井工作液在不同井深、溫度、壓力、漏失類型的地層條件、漿體流態(tài)以及井筒和地層之間高溫高壓下的壓差等復(fù)雜工況條件，測試堵漏相關(guān)參數(shù)確定漏失封堵效果，從而優(yōu)選出鉆井工作液體系。
文檔編號E21B33/13GK102518432SQ201110439139
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者李早元, 李明, 楊緒華, 林友建, 程小偉, 趙啟陽, 辜濤, 鄧智中, 郭小陽 申請人:西南石油大學(xué)