CN101144805A - 钻井液高温高压多功能动态评价实验仪 - Google Patents

Abstract

钻井液高温高压多功能动态评价实验仪，主要由增压泵、实验罐、冷凝器、电磁阀、储料罐、滤液量筒、接浆罐、传感器、计算机及时间控制器组成，实验罐主要由罐体、磁力传动系统、温度计插孔、增压孔接头、加液孔接头、泥浆杯、搅拌轴、搅拌筒组成，操作简便易行，提高了工作效率，更能真实模拟井下实际工况，安全性更高，仪器更稳定，使用寿命更长，还形成了高温高压多功能动态评价实验技术。

Description

钻井液高温高压多功能动态评价实验仪

技术领域：

本发明涉及一种钻井液评价实验仪器，具体地说是将多项钻井液高温高压评价实验技术集于一体，达到一仪多用的目的，适合于涉及油气钻井的科研院所、企事业单位的科研实验室、产品检测化验室使用的钻井液高温高压多功能动态评价实验仪

背景技术：

随着油气勘探的区域不断扩展，油气钻井的深度越来越深、难度越来越大，对钻井液的要求也越来越高。对于深井钻井，地层温度高、压力大，这就要求钻井液在高温高压动态条件下具有优良的性能。目前，由于高温高压动密封及机械传动与数据传感技术瓶颈问题，导致用来测试钻井液高温高压动态性能的仪器设备还不太理想，尤其是动态条件下压力和温度较低，不能满足钻井液超高温高压条件下动态性能的测试研究，有些传统的仪器还存在测试方法错误、操作步骤繁琐等问题。另外，要对钻井液进行高温高压综合性能测试，还必须借助多台仪器设备才能完成。由此可见，钻井液高温高压动态性能测试技术、尤其是测试仪器是制约深井钻井发展的关键技术难题之一。因此，研制钻井液高温高压多功能动态评价实验仪具有重要的现实意义。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是为了克服上述现有技术的不足，结合油田不同作业的工程特点和作业要求，利用先进的动密封技术、机械传动与数据传感技术，研制一台适合于井下工作液的新型高温高压多功能评价实验装置。该仪器操作方法简单、性能稳定、使用安全。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

钻井液高温高压多功能动态评价实验仪，主要由增压泵、实验罐、冷凝器、电磁阀、储料罐、滤液量筒、接浆罐、传感器、计算机及时间控制器组成，实验罐主要由罐体、磁力传动系统、温度计插孔、增压孔接头、加液孔接头、泥浆杯、搅拌轴、搅拌筒组成，实验罐顶端为磁力传动系统，实验罐上顶盖上分别设有温度计插孔、增压孔接头、加液孔接头，实验罐中央为泥浆杯，泥浆杯顶端为泥浆杯上盖，底端为泥浆杯下盖，泥浆杯中央为搅拌筒，搅拌筒中央为搅拌轴，搅拌轴与磁力传动系统相连，搅拌筒上有螺纹，实验罐下顶盖上设有接液孔接头；实验仪的氧气瓶与增压泵之间安装有高压截止阀，增压泵与实验罐连接，实验罐与冷凝器连接，冷凝器通过电磁阀与滤液量筒连接，氧气瓶通过高压截止阍分别与接浆罐和冷凝器相连，接浆罐有电磁阀控制，时间控制器控制电磁阀的开关，传感器与计算机相连，计算机连接输出设备。

与现有技术相比，本发明在使用过程中：

(1)利用旋转搅拌器外周面特殊设计的螺纹，使钻井液在旋转条件下流体力学动力场发生改变，能够模拟钻井液井下运动状态，既存在钻柱旋转剪切下的周向运动，又存在环空轴向上返运动，使钻井液呈现复合流态。而且剪切速率连续可调。

(2)采用旋转搅拌器的直接搅拌作用，使钻井液处于环空复合流动状态，真正模拟井下钻屑与钻井液的作用状态，克服了常规滚子炉老化罐中高密度钻井液在高温高压作用下发生胶凝后与钻屑整体运动的问题，充分体现了高温高压条件下钻井液对钻屑的冲蚀作用。

(3)对于常规堵漏仪，一般采用缝隙板作为裂缝模型，存在以下几个问题：1、缝隙板较薄(缝隙板厚度只有6.4mm)，堵漏剂难于在裂缝中停留，要么不进入裂缝，要么窜过裂缝，难以在裂缝中形成堵墙；2、如果堵漏材料进入微裂缝，则卡在裂缝中难以清除。本发明采用分体式缝隙柱设计，既便于清洗，也便于观察堵漏剂在裂缝中形成堵墙的状态，有利于真实评价堵漏材料对井下裂缝的实际封堵效果。

(4)常规压力倍增器，一般采用多次吸液、多次加压的方法实现压力的增加，实验过程中压力波动较大，影响实验结果。本发明采用特殊的自动增压稳压技术，克服了常规增压器手动、间歇增压问题。使操作简便易行，提高了工作效率，更能真实模拟井下实际工况。

(5)采用机械线密封，不但解决了常规动密封橡胶密封圈高温易老化的问题，而且安全性更高，仪器更稳定，使用寿命更长。

(6)采用强制高效冷却技术，便于高温高压釜体的快速降温，可以大幅度提高工作效率。本发明不仅提供一种钻井液高温高压多功能动态评价实验装置，还形成了高温高压多功能动态评价实验技术。

附图说明：

附图1为本发明实验罐的结构示意图；

附图2为本发明的连接示意图。

具体实施方式：

下面结合附图详细叙述本发明的实施例。

钻井液高温高压多功能动态评价实验仪，主要由增压泵14、实验罐15、冷凝器16、电磁阀17、储料罐21、滤液量筒18、接浆罐19、传感器22、计算机23及时间控制器20组成，实验罐15主要由罐体12、磁力传动系统1、温度计插孔2、增压孔接头3、加液孔接头4、泥浆杯6、搅拌轴7、搅拌筒8组成，实验罐15顶端为磁力传动系统1，实验罐15上顶盖上分别设有温度计插孔2、增压孔接头3、加液孔接头4，实验罐15中央为泥浆杯6，泥浆杯6顶端为泥浆杯上盖5，底端为泥浆杯下盖9，泥浆杯中央为搅拌筒8，搅拌筒8中央为搅拌轴7，搅拌轴7与磁力传动系统1相连，搅拌筒8上有螺纹，实验罐15下顶盖上设有接液孔接头10；实验仪的氧气瓶13与增压泵14之间安装有高压截止阀，增压泵14与实验罐15连接，实验罐15与冷凝器16连接，冷凝器16通过电磁阀17与滤液量筒18连接，氧气瓶13通过高压截止阍分别与接浆罐19和冷凝器16相连，接浆罐19有电磁阀控制25，时间控制器20控制电磁阀17和25的开关，传感器22与计算机23相连，计算机23连接输出设备24。

利用该仪器可以进行以下5种实验项目：

实验项目一：钻井液高温高压动态堵漏实验

(1)裂缝性漏失、堵漏实验

由于常规缝隙板太薄，堵漏材料难以在缝隙中停留，不能准确评价堵漏剂性能，因此，研制开发了缝隙柱漏失模型，同时保留符合API堵漏标准的缝隙板。

①薄缝隙板堵漏实验：裂缝厚度6.4mm，裂缝宽度(1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mm)。按API标准设计。

②长缝隙柱堵漏实验：裂缝厚度60mm，裂缝宽度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0mm，比API标准增加了0.5、1.5、2.5mm三个系列，使实验范围更广，并采用分体式设计，既便于清洗，也便于观察堵漏剂在裂缝中形成堵墙的状态。

③短缝隙柱堵漏实验：为研究裂缝厚度对堵漏效果的影响规律，又增加了短缝隙柱堵漏实验，裂缝厚度20mm，裂缝宽度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0mm。

(2)孔隙性漏失、堵漏实验

①砂床堵漏实验：采用分体设计，可以方便装卸，有利于观察钻井液侵入砂床深度。

②弹子床堵漏实验：模拟砂砾岩漏失，也采用分体设计。

实验项目二：钻井液高温高压动态滤失实验

能够在模拟钻井液旋转剪切和循环剪切的动态条件下，进行高温高压滤失实验。

实验项目三：钻井液高温高压静态滤失实验

能够在模拟钻井液超高温高压静态条件下，进行静态滤失实验。

实验项目四：钻井液高温高压钻屑分散实验

在模拟钻井液旋转剪切和循环剪切动态条件下，进行钻屑分散回收率实验。解决了常规滚动分散实验造成的钻屑与高温胶凝后的钻井液之间不存在相对运动的问题。

实验项目五：超高温高压条件下钻井液老化实验

模拟钻井液在超高温(300℃)、高压(50MPa)下动态老化实验。

本仪器在上述实验项目中可以达到以下主要技术指标：

(1)最高设计温度：300℃。

(2)最大设计压力：50MPa。

(3)速度调节范围：0～1000r/min无级调速。

(4)实验用模拟地下裂缝缝隙宽度为0.5^-5mm。

(5)高温高压釜体容积：800mL。

(6)储液罐容积：600～800mL。

Claims (1)

1.钻井液高温高压多功能动态评价实验仪，主要由增压泵、实验罐、冷凝器、电磁阀、储料罐、滤液量筒、接浆罐、传感器、计算机及时间控制器组成，其特征在于实验罐主要由罐体、磁力传动系统、温度计插孔、增压孔接头、加液孔接头、泥浆杯、搅拌轴、搅拌筒组成，实验罐顶端为磁力传动系统，实验罐上顶盖上分别设有温度计插孔、增压孔接头、加液孔接头，实验罐中央为泥浆杯，泥浆杯顶端为泥浆杯上盖，底端为泥浆杯下盖，泥浆杯中央为搅拌筒，搅拌筒中央为搅拌轴，搅拌轴与磁力传动系统相连，搅拌筒上有螺纹，实验罐下顶盖上设有接液孔接头；实验仪的氧气瓶与增压泵之间安装有高压截止阀，增压泵与实验罐连接，实验罐与冷凝器连接，冷凝器通过电磁阀与滤液量筒连接，氧气瓶通过高压截止阍分别与接浆罐和冷凝器相连，接浆罐有电磁阀控制，时间控制器控制电磁阀的开关，传感器与计算机相连，计算机连接输出设备。

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