高保真模拟地层钻井堵漏评价实验系统

摘要

本发明公开了一种高保真模拟地层钻井堵漏评价实验系统，该系统至少包括加压装置、堵漏液容器、压力表和液压泵，加压系统通过堵漏液容器和高保真漏层模拟器连接。本发明根据地层漏失岩石物理、化学及力学性质，模拟地层缝洞几何相似、化学相似、动力相似、运动相似和材料相似等主要相似条件，在进行堵漏评价时可以高度满足井底压差、泥浆中加入的堵漏材料的性质、尺寸及加入的堵漏材料与地层的相互作用。该装置可重复使用，成本低廉，操作方便，具有广阔的应用价值和市场前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高保真模拟地层钻井堵漏评价实验系统，属于钻探领域。

背景技术

井漏是石油天然气钻探过程中普遍存在、经常遇到的复杂问题。由于井漏引起的井下复杂事故，对钻井、完井施工危害极大，一直是国内外石油工程界关注的问题。钻井作业中，一旦发生漏失，不仅延误钻井时间，损失钻井液，损害油气层等，而且还可能引起井壁失稳导致井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况与事故，甚至导致井眼报废，造成重大经济损失。

地层漏失情况与岩石物理、化学及力学性质，井底压差、泥浆中加入的堵漏材料的性质、尺寸，加入材料与地层的相互作用具有密切的关系。目前，国内外所具有的静态堵漏评价实验装置，其基本结构基本上都是采用一端加压，中部为一垂直的圆筒，下部为带阀门的管线用于排液。圆筒内先用割缝板及小玻璃球或小钢珠等填充模拟漏失地层，在漏层上部加入堵漏浆液，使用气压等驱动装置将浆液压入模拟地层，评价堵漏材料的性能。由于模拟地层与实际地层性质严重失真，导致实验结果与现场应用结果差别太大。由于我国很多油气田勘探与开发中普遍存在漏失，研制出一套高保真模拟地层堵漏评价实验装置，在实验室内模拟井底温度、压力、地层性质、地层开启压力及液体循环状态下评价堵漏材料的堵漏效果对油气田勘探与开发十分必要。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足，提供一种高保真模拟地层钻井堵漏评价实验系统，该发明模拟地层漏失岩石物理、化学及力学性质，井底压差、泥浆中加入的堵漏材料的性质、尺寸及加入的堵漏材料与地层的相互作用。该系统主要由加压系统、堵漏液容器、高保真漏层模拟器、环压加压系统即加温控制系统等部件组成

实现发明目的采用的技术方案是：一种高保真模拟地层钻井堵漏评价实验系统，至少包括加压装置、堵漏液容器、压力表和液压泵，加压系统通过堵漏液容器和高保真漏层模拟器连接。

其中高保真漏层模拟器包括模拟漏层、耐高温高压胶筒、夹持器、堵头和加热器，模拟漏层填充在对开岩心筒中，对开岩心筒外套有耐高温高压胶筒，耐高温高压胶筒外安装有夹持器，夹持器外套有加热器，填充有模拟漏层的对开岩心筒上下两端均设有堵头。

所述的对开岩心筒的截面为圆环，对开岩心筒由两个半圆形的岩心筒组成，在连接部位通过相互插接实现无缝连接。该连接方式有利于安装与打开，在压力达到一定程度后，对开岩心筒向周向打开一定的距离，模拟地层在堵漏液的压力下孔隙、裂隙张开。当堵漏液进入地层维持一定压力后，在对开岩心筒周围施加液压，模拟地层压力使堵漏液反排。实验结束后，打开对开岩心筒，测量堵漏液进入地层的深度与强度，可反复使用，操作简便，经济性好。

所述的夹持器呈“[]”状，夹持器通过上下两端紧固耐高温高压胶筒，夹持器起到密封上下堵漏与耐高温高压胶筒的作用，夹持器中部与耐高温高压胶筒之间形成环形空间，环形空间处接有液压泵。

所述的堵头的中间开有一个通孔，上堵头的通孔通过高压管道与柱塞泵连接，堵漏液从上堵头的通孔进入模拟漏层；下堵头的通孔直接与容器连接，从地层渗出的堵漏液通过下堵头的通孔接到容器中。根据实验需要时，还可以通过下通孔时间压力，模拟地层油气压力下堵漏液挤入地层后抵抗油气压力的能力。

本发明使用的耐高温高压胶筒为抗150℃以上的温度、承受60Mpa以上的压力的胶筒，工作时套在插接式对开岩心筒外面，并且在两端与堵头连接，起到密封模拟地层的作用、在实验需要时可以在环空中施加压力，并且将压力通过对开岩心筒传递到模拟地层，检测在地层压力下挤入地层的堵漏材料的反排情况。

上述的加压系统与堵漏液容器之间设有压力表，堵漏液容器与高保真漏层模拟器之间设有压力表，环形空间处和液压泵之间设有压力表。

所述加热系统为双柱塞高压计量泵，该泵最大排量13L/h，最大压力50Mpa，柱塞泵将堵漏液压入模拟地层。所用工作介质为清水，优选蒸馏水。

堵漏液容器用于储存堵漏液、工作压力40MPa，容积2000mL，容器为活塞式结构，可将堵漏液与加压液体隔离。

使用本实验系统时，首先将模拟地层材料填充入对开岩心筒，然后将对开岩心筒装入抗高温高压的橡胶筒，利用加持器将橡胶筒加紧，安装好上、下堵头，在上堵头的通孔中，接上高压管道。利用柱塞泵将堵漏液压入模拟地层到一定压力后维持压力一定时间，如果实验需要，利用液压泵向夹持器中部与耐高温高压胶筒之间的环形空间施加液压，液压通过橡胶筒传递到对开岩心筒的周围使岩心筒归位，使压力模拟地层压力的堵漏液反排，测试其反排量的大小。待实验结束后，打开对开岩心筒测量堵漏液挤入模拟地层的深度。在实验中，通过加热器模拟地层温度，当实验需要时对模拟地层加入并维持一定的温度。

本发明提供的装置是高保真模拟漏失地层的高温高压模拟实验装置，该装置在漏层方面，不仅能满足目前国内所有针对常规的漏失模块(人造裂缝块、圆孔模型、梯形裂缝等)进行堵漏实验，而且能够模拟真实漏层特征进行实验。在压力方面，可以模拟上覆压力、漏层压裂模拟、地层压力反排功能。在温度上，可以通过加温装置模拟真是地下温度大小进行堵漏实验。

本实验系统的研制为堵漏剂的优堵漏钻井液性能的评价及堵漏工艺的确定，提供一种科学、有效的实验评价方法，为相关的科研和生产提供科学的依据

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中高保真漏层模拟器剖视图。

图3为对开岩心筒的剖视图。

图中，1.柱塞泵，2.压力表，3.堵漏液容器，4.压力表，5.高保真漏层模拟器，6.液体出口，7.压力表，8.液压泵，9.模拟漏层，10.对开岩心筒，11.耐高温高压筒，12.加热器，13.上堵头，14.夹持器，15.环形空间，16.下堵头。

具体实施方式

本发明的结构如图1所示，高保真模拟地层钻井堵漏评价实验系统包括加压装置柱塞泵1、堵漏液容器3、压力表和液压泵8，柱塞泵1通过堵漏液容器3和高保真漏层模拟器5连接。柱塞泵1与堵漏液容器3之间设有压力表2，堵漏液容器3与高保真漏层模拟器5之间设有压力表4，环形空间15处和液压泵9之间设有压力表7。柱塞泵1该泵最大排量13L/h，最大压力50Mpa，柱塞泵将堵漏液压入模拟地层。所用工作介质为清水，优选蒸馏水。堵漏液容器3用于储存堵漏液、工作压力40MPa，容积2000mL，容器为活塞式结构，可将堵漏液与加压液体隔离。

高保真漏层模拟器5的剖视图如图2所示，高保真钻井地层漏失模拟装置，包括模拟漏层9、耐高温高压胶筒11、夹持器14、堵头和加热器12，模拟漏层9填充在对开岩心筒10中，对开岩心筒10外套有耐高温高压胶筒11，耐高温高压胶筒11外安装有夹持器14，夹持器14外套有加热器12，填充有模拟漏层9的对开岩心筒10上设有上堵头13，下端设有下堵头16。夹持器14呈“[]”状，夹持器14通过上下两端紧固耐高温高压胶筒11，夹持器14中部与耐高温高压胶筒之间形成环形空间15，夹持器14起到密封上下堵漏与耐高温高压胶筒11的作用。

对开岩心筒10截面为圆环，对开岩心筒由两个半圆形的岩心筒组成，在连接部位通过相互插接实现无缝连接，其剖视图如图3所示。

本发明使用的耐高温高压胶筒为抗150℃以上的温度、承受60Mpa以上的压力的胶筒，工作时套在插接式对开岩心筒外面，并且在两端与堵头连接，起到密封模拟地层的作用、在实验需要时可以在环空中施加压力，并且将压力通过对开岩心筒传递到模拟地层，检测在地层压力下挤入地层的堵漏材料的反排情况。

使用本装置时，首先将模拟地层材料填充入对开岩心筒，然后将对开岩心筒装入抗高温高压的橡胶筒，利用加持器将橡胶筒加紧，安装好上、下堵头，在上堵头的通孔中，接上高压管道。利用柱塞泵将堵漏液压入模拟地层到一定压力后维持压力一定时间，如果实验需要，利用液压泵向夹持器中部与耐高温高压胶筒之间的环形空间施加液压，液压通过橡胶筒传递到对开岩心筒的周围使岩心筒归为，使压力模拟地层压力的堵漏液反排，测试其反排量的大小。待实验结束后，打开对开岩心筒测量堵漏液挤入模拟地层的深度。在实验中，通过加热器模拟地层温度，当实验需要时对模拟地层加入并维持一定的温度。

模拟漏层模块系统安装在一个可以旋转360°的支架上，以便操作。