一种承压钻井液封堵及堵漏材料性能可视化评价装置

摘要

本发明涉及一种承压钻井液封堵及堵漏材料性能可视化评价装置，包括底座、支撑座、支撑筒、透明承压观察管、活塞杆和滑套，活塞杆上设有注液通孔和测压通孔，注液通孔和测压通孔都与活塞杆容纳腔连通，注液通孔顶端设有注液通孔堵头，测压通孔的顶端设有压力表；滑套套设在活塞杆的上端，滑套内腔的顶部和活塞杆外圆柱面之间设有止推轴承，支撑筒操作沉孔和滑套操作沉孔上均设有与其配合的操作杆。通过操作杆旋转滑套使活塞杆向下移动，从而使测试介质与活塞杆之间的密闭容积腔体积减小，迫使该容积腔内的压力升高，降低人为因素对评价结果的干扰，同时，装置还可评价大颗粒(1mm以上)堵漏剂；封堵或堵漏浆使用量更小，操作更安全。

说明书

技术领域

本发明涉及钻井液封堵及堵漏材料的性能评价技术领域，特别是一种承压 钻井液封堵及堵漏材料性能可视化评价装置。

背景技术

现有的泥浆封堵材料性能评价装置能够实现可视化，使操作人员能够直观 的观察到液体渗透进测试介质的程度，以优化钻井液参数。首先通过装置下部 的4个长螺栓将透明承压观察管压紧，形成一个容积空间；然后通过装置上部 加入砂子模拟测试介质，砂子需要装满整个可视管；再加入封堵材料浆体；然 后装上装置上部法兰并紧固，最终在测试介质上面形成一个密闭空间；最后连 接手动压力泵，通过往已经形成的密闭空间里泵入封堵材料浆体，通过压力表 观察压力上升情况，通过可视管观察液体渗透渗透进测试介质的程度，若最终 封堵材料能够在测试介质顶部形成泥饼，并且稳住压力，则该评价试验成功。

但是该装置比较笨重，需要多人协作才能完成操作，同时需要配合手动压 力泵使用，且试验结果容易受到操作人员技术水平的影响，存在较大的不确定 性(上紧螺栓的过程中可能产生震动，影响测试介质的稳定性，并且上紧透明 承压观察管两端的法兰盘螺丝比较繁琐，难以将密封垫片压平整，影响密封效 果)。使用手动试压泵可能造成压力不稳定，不能真实模拟深井钻井井下压力 变化情况，且手动压力泵易被封堵剂堵塞，不能泵送大颗粒堵漏剂，无法进行 大颗粒堵漏剂评价实验。

发明内容

本发明提供一种承压钻井液封堵及堵漏材料性能可视化评价装置，以解决 现有测试装置比较笨重，需要多人协作才能完成操作，同时需要配合附加设备 使用的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种承压钻井液封堵及堵漏材料性能 可视化评价装置，包括底座、支撑座、支撑筒、透明承压观察管、活塞杆和滑 套，所述支撑筒为通孔结构分为活塞杆容纳腔和透明承压观察管容纳腔，所述 透明承压观察管设置在所述透明承压观察管容纳腔内，所述支撑座通过密封垫 片与所述透明承压观察管容纳腔密封连接，所述支撑座设有与所述透明承压观 察管连通的支撑座通孔；所述底座上设有支撑筒限位结构，所述支撑筒上设有 与所述支撑筒限位结构相匹配的限位台；所述透明承压观察管容纳腔设有透明 承压观察管可视窗口；所述活塞杆通过密封圈套设在所述活塞杆容纳腔里，所 述活塞杆的下端设有与所述透明承压观察管内腔内径匹配的透明承压观察管 活塞，所述活塞杆上设有注液通孔和测压通孔，所述注液通孔和所述测压通孔 都与所述活塞杆容纳腔连通，所述注液通孔顶端设有注液通孔堵头，所述测压 通孔的顶端设有压力表安装孔，所述压力表安装孔上设有压力表；所述滑套套 设在所述活塞杆的上端，所述滑套内腔的顶部和所述活塞杆外圆柱面之间设有 止推轴承，所述滑套的内圆柱面上设有内螺纹，所述支撑筒的外圆柱面上设有 与所述内螺纹啮合的外螺纹；所述支撑筒的外圆柱上设有与其轴线垂直的支撑 筒操作沉孔，所述滑套的外圆柱上设有与其轴线垂直的滑套操作沉孔，所述支 撑筒操作沉孔和所述滑套操作沉孔上均设有与其配合的操作杆。

本发明的有益效果是：该装置比较轻便，能够放置于手提箱内便于携带； 在操作时，首先将透明承压观察管从支撑筒下部装入透明承压观察管容纳腔 内，并通过旋紧底部支撑座来压紧透明承压观察管两端的密封垫片，形成一个 容积空间；然后将支撑筒放入底座，通过底座上的支撑筒限位结构和限位台匹 配限位，使支撑筒可靠地与底座固定在一起；然后从支撑筒顶部加入适量砂子 模拟测试介质，砂子刚好填满透明承压观察管为宜，并压紧测试介质；接着将 活塞杆从滑套下部穿入滑套，并一起放置于支撑筒上；然后从活塞杆顶部的注 液孔注入浆体；然后在所述注液通孔顶端旋入注液通孔堵头，在压力表安装孔 上安装压力表；最后将操作杆分别插入支撑筒操作沉孔和所述滑套操作沉孔， 通过操作杆旋转滑套使活塞杆向下移动，从而使测试介质与活塞杆之间的密闭 容积腔体积减小，迫使该容积腔内的压力升高。本装置可以由一人操作完成整 个评价测试；同时不需要借助其他辅助设备实现加压的目的；通过改进结构， 使该装置的压力测试能力得到提高；同时操作更简便，尽可能的降低人为因素 对评价结果的干扰。设备不但可评价细颗粒封堵剂，同时可评价大颗粒(1mm 以上)堵漏剂；封堵或堵漏浆使用量更小，操作更安全。

进一步，所述底座包括底座限位盖，所述支撑筒限位结构设置在所述底座 限位盖上，所述底座限位盖与所述底座为分体结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：底座限位盖与底座为分体结构，把支 撑筒限位结构设置在底座限位盖上，便于底座限位盖上的支撑筒限位结构的单 独加工制造，生产效率较高。

进一步，所述支撑筒限位结构为多边形通孔，所述限位台为与所述多边形 通孔相匹配的多边形凸台。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过将支撑筒限位结构和限位凸台设 置为多边形结构，在可靠限位的同时。

进一步，所述多边形凸台的上表面低于所述底座限位盖的上表面，所述底 座限位盖上还设有旋转压盖，所述旋转压盖上设有与所述多边形凸台相匹配的 旋转压盖通孔，所述旋转压盖与所述底座限位盖的上表面旋转连接，所述旋转 压盖旋转后部分覆盖所述多边形凸台。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过旋转压盖旋转后部分覆盖所述多 边形凸台后，支撑筒被牢固地限制在底座上，提高了承压钻井液封堵及堵漏材 料性能可视化评价装置的安全性。

进一步，所述支撑座的底面设有用于封堵所述支撑座通孔的支撑座堵头。

采用上述进一步方案的有益效果是：当用无孔的支撑座堵头堵住支撑座通 孔时，可以在测试前对装置本身进行试压，确保装置的承压能力。

进一步，所述支撑筒与所述透明承压观察管连接处的支撑筒本体内径与所 述透明承压观察管的内径相等。

采用上述进一步方案的有益效果是：由于连接段的内径等于透明承压观察 管的内径，使得透明承压观察管活塞在下降的过程中不会损坏透明承压观察 管。

进一步，所述活塞杆外圆柱面上设有圆形凸台，所述止推轴承的底面设置 在所述圆形凸台的顶面，所述滑套的圆柱面上设有多个滑套通孔，当所述滑套 顶面与所述活塞杆的顶面平齐时，所述滑套通孔的轴线与圆形凸台的底面平 齐。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过滑套通孔在插入销子，销子的一 端顶住圆形凸台，这样，在滑套退出的时候，活塞杆便于一起想上提出，非常 方便。

进一步，所述滑套的圆柱面上靠近所述滑套的顶面处设有销孔，所述活塞 杆顶端设有凹槽。

采用上述进一步方案的有益效果是：当灌浆完成后，让销钉通过销孔，销 钉的一端卡在凹槽里，便于将注液通孔堵头和压力表旋紧在活塞杆上。

进一步，所述透明承压观察管的外圆柱面上设有刻度线。

采用上述进一步方案的有益效果是：便于观察砂子的厚度和浆液在砂子中 浸入状况。

进一步，所述支撑筒的上部外圆柱面上设有极限位置标识。

采用上述进一步方案的有益效果是：极限位置标识是活塞杆向下运动的极 限位置，避免活塞杆底面接触测试介质(砂床或钢珠)的顶面。

进一步，所述底座的底面设置有多个吸盘。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过吸盘将整个装置固定在测试平面 位置上，方便装置在不同的测试平台使用。

附图说明

图1是本发明承压钻井液封堵及堵漏材料性能可视化评价装置的剖面结 构示意图，

图2是活塞杆的剖面结构示意图，

图3是活塞杆和护套装配结构剖明示意图，

图4是承压钻井液封堵及堵漏材料性能可视化评价装置的支撑筒限位结 构和限位台配合结构的爆炸图，

图5本发明承压钻井液封堵及堵漏材料性能可视化评价装置的立体结构。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

01、注液通孔堵头，02、止推轴承，03、滑套，031、滑套操作沉孔，032、 滑套通孔，033、销孔，04、活塞杆，041、注液通孔，042、测压通孔，043、 压力表安装孔，044、透明承压观察管活塞，045，圆形凸台，05、密封圈，06、 支撑筒，061、限位台，062、极限位置标识，07、密封垫片，08、透明承压观 察管，09、旋转压盖，091、旋转压盖通孔，10、底座限位盖，101、支撑筒限 位结构。11、底座，12、支撑座，13、支撑座堵头，14、压力表，15、操作杆

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明承压钻井液封堵及堵漏材料性能可视化评价装置的结构图参见图 1至图5，包括底座11、支撑座12、支撑筒06、透明承压观察管08、活塞杆 04和滑套03，透明承压观察管08的外圆柱面上设有刻度线，支撑筒06的外 圆柱面上设有极限位置标识062；支撑筒06为通孔结构分为活塞杆容纳腔和 透明承压观察管容纳腔，透明承压观察管08设置在透明承压观察管容纳腔内， 支撑座12通过密封垫片07与透明承压观察管容纳腔密封连接，支撑座12设 有与透明承压观察管08连通的支撑座通孔；底座11上设有支撑筒限位结构 101，支撑筒06上设有与支撑筒限位结构101相匹配的限位台063；透明承压 观察管容纳腔设有透明承压观察管08可视窗口；活塞杆04通过密封圈05套 设在活塞杆容纳腔里，活塞杆04的下端设有与透明承压观察管内腔内径匹配 的透明承压观察管活塞044，活塞杆04上设有注液通孔041和测压通孔042， 注液通孔041和测压通孔042都与活塞杆容纳腔连通，注液通孔041顶端设有 注液通孔堵头01，测压通孔042的顶端设有压力表安装孔043，压力表安装孔 043上设有压力表14；滑套03套设在活塞杆04的上端，滑套03内腔的顶部 和活塞杆04外圆柱面之间设有止推轴承02，滑套03的内圆柱面上设有内螺 纹，支撑筒06的外圆柱面上设有与内螺纹啮合的外螺纹；支撑筒06的外圆柱 上设有与其轴线垂直的支撑筒操作沉孔061，滑套03的外圆柱上设有与其轴 线垂直的滑套操作沉孔031，支撑筒操作沉孔061和滑套操作沉孔031上均设 有与其配合的操作杆15。

底座11包括底座限位盖10，支撑筒限位结构101设置在底座限位盖10 上，底座限位盖10与底座11为分体结构。支撑筒限位结构101为六边形通孔， 限位台061为与多边形通孔相匹配的六边形凸台。

六边形凸台的上表面低于底座限位盖10的上表面，底座限位盖10上还设 有旋转压盖09，旋转压盖09上设有与六边形凸台相匹配的旋转压盖通孔091， 旋转压盖09与底座限位盖10的上表面旋转连接，述旋转压盖09旋转后部分 覆盖六边形凸台。

支撑座12的底面设有用于封堵支撑座通孔的支撑座堵头13，支撑座堵头 13为设有通孔的堵头。

支撑筒06与透明承压观察管08连接处的支撑筒本体内径与透明承压观察 管08的内径相等。

活塞杆04外圆柱面上设有圆形凸台045，止推轴承02的底面设置在圆形 凸台045的顶面，滑套03的圆柱面上设有多个滑套通孔032，当滑套03顶面 与活塞杆04的顶面平齐时，滑套通孔032的轴线与圆形凸台045的底面平齐。， 滑套03的圆柱面上靠近滑套03的顶面处设有销孔033，活塞杆04顶端设有 凹槽。

该装置比较轻便，能够放置于手提箱内便于携带；在操作时，首先将透明 承压观察管从支撑筒下部装入透明承压观察管容纳腔内，并通过旋紧底部支撑 座来压紧透明承压观察管两端的密封垫片，形成一个容积空间；然后将支撑筒 放入底座，通过底座上的支撑筒限位结构和限位台匹配限位，使支撑筒可靠地 与底座固定在一起；然后从支撑筒顶部加入适量砂子模拟测试介质，砂子刚好 填满透明承压观察管为宜，并压紧测试介质；接着将活塞杆从滑套下部穿入滑 套，并一起放置于支撑筒上；然后从活塞杆顶部的注液孔注入堵漏材料浆体； 然后在注液通孔顶端旋入注液通孔堵头，在压力表安装孔上安装压力表；最后 将操作杆分别插入支撑筒操作沉孔和滑套操作沉孔，通过操作杆旋转滑套使活 塞杆向下移动，从而使测试介质与活塞杆之间的密闭容积腔体积减小，迫使该 容积腔内的压力升高。本装置可以由一人操作完成整个评价测试；同时不需要 借助其他辅助设备实现加压的目的；通过改进结构，使该装置的压力测试能力 提高到5Mpa；同时操作更简便，尽可能的降低人为因素对评价结果的干扰。 设备不但可评价细颗粒封堵剂，同时可评价大颗粒1mm以上堵漏剂；封堵或堵 漏浆使用量更小，操作更安全。

本发明的支撑座堵头13可以选用无孔堵头，这样，可以对装置本身进行 压力测试，会使测试的结构更为可靠。

在支撑座12上设置沉孔，便于通过操作杆使得支撑座和支撑筒旋紧配 合。

本发明的第一实施例中，将装置的透明承压观察管填满20-40目砂形成测 试介质模拟高渗透性地层，按照配方：400ml清水+0.4gNaOH+16gULIA 无渗透井眼强化材料+1.6gXC聚合物配制400ml封堵浆倒入装置已经填好 的测试介质上，装上堵头和压力表，手工加压到5MPa，封堵浆形成滤饼，通 过透明可视观察管看到清晰的渗入界面，实验成功，装置承压5MPa。

本发明第二实施例中，将装置的透明承压观察管填满5mm钢珠形成钢珠床 模拟地层裂缝性漏失情况，按照配方：200ml清水+40gSealTEX承压堵漏材 料+1g黄原胶配制250ml堵漏浆倒入装置已经填好的钢珠床上，装上堵头和 压力表，手工加压到5MPa，堵漏浆形成滤饼，通过透明可视观察管看到清晰 的渗入界面，实验成功，装置承压5MPa。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、 “上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”等指示的方 位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连 接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆 卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员 而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上” 或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不 是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征 “之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或 仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、 “下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第 一特征水平高度小于第二特征。

以上对本发明承压钻井液封堵及堵漏材料性能可视化评价装置进行了详 细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述。以上 实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般 技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处， 综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。