CN101482009A - 高温高压多功能水平井损害评价仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温高压多功能水平井损害评价仪，主要由工作液循环釜体、一个长岩心夹持器、三个短岩心夹持器、围压泵、采集控制箱、支架组成，长、短岩心夹持器通过循环釜体连接在一起，由支架支撑，其夹角均为90°，轴线在同一平面；循环釜体顶部有加压孔，底部有排液口，釜体中有磁力转子；每个夹持器的柱塞空心，连接流量计，橡胶套上有电极、压力测点和电极压力测点等；采集控制箱内有温控仪、循环电机控制器和数据采集卡。本发明自动化程度高，可以模拟井下温度和压力条件下水平井钻井过程中工作液对水平井井身顶部、侧部和底部岩心的损害，监测工作液滤失量过程以及在长岩心不同段电阻率与压力随时间变化情况，评价工作液对长岩心不同部位的损害程度及损害深度。

Description

高温高压多功能水平井损害评价仪

所属技术领域：

本发明涉及石油与天然气行业室内高温高压工作液损害评价的实验设备，该设备可监测工作液瞬时滤失和滤饼形成过程中工作液侵入深度，并确定损害程度，模拟工作液对水平井段的顶部、侧面和底部岩心的损害程度及钻具偏心对岩心损害的影响，进行岩心流体敏感性实验，优选油气田工作液，监测注水或注聚合物过程等，属于石油与天然气勘探开发过程中油气层保护方面的实验设备。

背景技术：

钻井、完井和增产改造等作业过程中，工作液固相和液相不可避免地进入油气层，从而堵塞油气层孔喉和并诱发各种敏感性，严重损害储层，阻碍油气勘探开发进程和勘探开发经济效益。油气层损害深度与损害程度与工作液侵入量有关。而侵入量又与岩石物性、钻井压差、泥浆性能以及作业时间等因素相关。因此，模拟作业过程的工作液损害实验，对于评价油气层损害深度和程度，从而优选工作液，特别是为完井作业和增产改造措施的设计提供依据，是关系到能否发现油气层、提高测井解释精度，正确评价储层性能和高效经济开发油气的关键。

水平井能够增大泄流面积、减小渗流阻力，改善开采动态，有效地防范水锥和气锥，从而显著提高油气井的产能，然而水平井开发有时并不能达到预期目的。随着常规油气日益枯竭和油气开发方案的调整，调整井、水平井和多分支井也逐渐增多，在钻井、完井和增产改造作业过程中，这些类型井的损害更具复杂性。水平井在油气层内钻进时间长，水平井裸眼段与钻井完井液接触面积大，浸泡时间长，又存在钻具偏心等问题，很容易破坏已形成的外滤饼，增大钻井完井液滤失量和固相侵入量，在相同条件下水平井呈现出比直井更为严重的损害。开展水平井钻井完井液损害室内评价，可以有效揭示水平井损害特殊性，对储层保护方案设计，完善补救措施具有重要意义。

保护油气层技术是一项涉及多学科、多专业、多部门并贯穿油气勘探开发全过程的系统工程，是一门快速发展的新兴综合学科。目前，国内储层损害评价装置及专利200410030637.1所述设备，仅能模拟一般高温高压条件下储层损害的设备，且需要较多工作液，不能模拟水平井井身不同部位、钻具偏心等储层损害设备。因此，研制功能齐全、节约工作液，自动化程度高，能够进行水平井作业过程中损害评价实验、工作液优选实验、注水或注聚合物过程监测等的设备具有重要意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供高温高压多功能水平井损害评价仪，它具有自动化程度高、功能齐全、节约工作液用量等特点，能够模拟油气钻井、完井、修井、增产、注水等作业环节工作液对储层尤其是水平井的损害，可以模拟井下条件，尤其是水平井钻具偏心、浸泡时间、各向异性以及重力对损害的影响，克服常规实验设备工作液循环管线堵塞和耗费量较大的不足。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

高温高压多功能水平井损害评价仪主要有岩心夹持器系统、工作液循环系统、围压和温度控制系统、数据采集系统等。

所述工作液循环系统主要由工作液循环釜体、循环电机、循环电机控制器和磁力转子组成，工作液循环釜体顶部的压盖有工作液注入孔和加压孔，加压孔和氮气瓶连接，循环釜体底部有一排液孔，磁力转子在工作液循环釜体中央，和固定在循环釜体下方的循环电机采用柔性连接，可使转子偏心与工作液循环釜体内壁相切，循环电机控制器通过数据线与循环电机相连。循环釜体和磁力转子采用不锈钢材料。磁力转子和电机通过柔性连接，可使转子偏心，模拟钻具偏心对滤饼压实作用，循环电机控制器控制循环电机的转速，从而控制工作液的流动速率和剪切力。该循环系统设计可以减少工作液用量和提高循环电机的使用寿命，并消除了以前仪器常出现的泥浆管线堵塞的现象。

所述岩心夹持器系统主要由三个短岩心夹持器、一个长岩心夹持器组成，四个夹持器连接在工作液循环釜体四个方向，两两夹角90⁰，呈“十”字形，它们的轴线在同一平面上。每个夹持器从外到内依次是加热圈、筒体、橡胶套和柱塞。柱塞空心，一端将岩心顶紧至岩心另一端与工作液循环釜体内壁相切，使工作液能在岩心端面循环，柱塞另一端与流量计相连。橡胶套外壁和筒体内壁形成一个环形空间。橡胶套外还有一衬套，该衬套位于橡胶套外壁和筒体内壁形成的环形空间内，使橡胶套在筒体中居中并不发生弯曲。筒体和柱塞采用不锈钢材料，以提高夹持器的抗腐蚀能力；橡胶套由绝缘性优良且耐高温的材料制成；柱塞手柄采用绝热材料，以免高温烫手。

长夹持器上有多个压力测点，每个夹持器两端均有压力测点。通过不同段压力，可以监测工作液侵入深度和损害程度。流量计主要测量滤液和返排时流体的流量，长夹持器上分布多个电阻测点，可以监测不同时刻侵入深度和电阻率分布情况，计算损害程度和饱和度分布。

所述围压和温度控制系统主要由围压泵、温控仪、阀门、加热管和加热圈组成，围压泵采用大排量活塞泵，减少向多点长岩心夹持器加围压的时间，夹持器和工作液循环釜体分别采用温控仪控制加热圈和加热管加热，加热迅速准确，不锈钢加热管呈螺旋状固定在工作液循环釜体底部，加热管利用不锈钢材料制成，提高抗腐蚀能力。四个夹持器围压通过不锈钢管线和阀门采用并联结构连接，四个夹持器围压可以加相同围压，也可加不同围压。

所述数据采集系统作为测量压力、流量、电阻和时间的实时采集单元，主要由压力传感器、电极和微小流量计、电阻测量仪及多路数据采集卡组成。岩心夹持器上的压力测点和电极安装长岩心夹持器的橡胶套上，橡胶套的压力测点为一空心管线，管线一端和实验岩心侧面相连，另一端连接压力传感器。电极环绕岩心一周，通过橡胶套的数据采集线与电阻测量仪相连接。

本发明可用十字形堵头来测量岩心初始渗透率和工作液损害后岩心渗透率，所述十字形堵头是四个堵头通过螺纹与十字架连接而成，每个堵头中心开孔，中心孔通过堵头侧面开孔和不锈钢管线连接，每个堵头通过十字架上的螺纹调节和工作液循环釜体内壁紧密相连。

工作液循环釜体和岩心夹持器系统由可旋转支架支撑，可旋转支架可使四个夹持器构成的平面处于水平面位置，也可使长夹持器位于工作液循环釜体的上部和下部，也可使两个相对的短夹持器分别位于工作液循环釜体的上部和下部。

本发明与现有技术相比，具有如下优势：

解决了水平井钻具-滤饼-岩面作用、各向异性、工作液剪切速率等对储层损害的影响。工作液循环采用搅拌方式，减少工作液用量，提高了循环电机的使用寿命，并消除了现有动态评价仪常出现的工作液循环管线堵塞的现象。本发明可以模拟原地温度、压力等条件下压差、各向异性和剪切速率、钻具-滤饼-岩面作用、浸泡时间、孔隙压力对损害的影响，不仅可以测量工作液对岩心的损害程度和损害深度，并且可以评价钻井完井液屏蔽环形成时间、暂堵强度、暂堵深度和返排恢复率。

附图说明：

图1为高温高压多功能水平井损害评价仪结构示意图。

图2为岩心夹持器和工作液循环釜体连接结构示意图。

图3为工作液循环釜体结构示意图。

图4为十字架堵头与循环釜体连接示意图。

图中：1.工作液循环釜体，2.长岩心夹持器，3.短岩心夹持器，4.围压泵，5.支架底座，6.支架，7.压盖，8.采集控制箱，9.氮气瓶，10.温控仪，11.循环电机控制器，12.柱塞，13.加压孔，14.压盖手柄，15.围压表或压力传感器，16.压力调节阀，17.磁力转子，18.计算机，19.电阻测量仪，20.微小流量计，21.岩心，22.工作液，23.电极，24.压力测点，25.电极压力测点，26.夹持器筒体，27.加热圈，28.橡胶套，29.衬套，30.加热管，31.连杆，32.循环电机，33.排液口，34.十字架，35.堵头，36.堵头侧面开孔，37.接头，38.O型圈。

具体实施方式：

下面根据附图进一步说明本发明。

参看图1，高温高压多功能水平井损害评价仪，主要由工作液循环釜体1、一个长岩心夹持器2、三个短岩心夹持器3、围压泵4、采集控制箱8、支架6组成，所述围压泵4、采集控制箱8固定在支架底座5上，长岩心夹持器2、短岩心夹持器3通过工作液循环釜体1连接在一起，由支架6支撑。工作液循环釜体1顶部的压盖7有加压孔13和压盖手柄14，加压孔和氮气瓶9连接。采集控制箱8内安装有温控仪10、循环电机控制器11和数据采集卡。围压泵4连有围压表或压力传感器15。

参看图2，每个夹持器从外到内依次是加热圈27、筒体26、衬套29、橡胶套28和柱塞12，衬套29位于橡胶套外壁和筒体内壁形成的环形空间内。所述柱塞12空心，一端顶住岩心使岩心另一端面与工作液循环釜体内壁相切，另一端连接流量计20，橡胶套28上有电极23、压力测点24、电极压力测点25，压力测点24连接有压力传感器，电极23、电极压力测点25和电阻测量仪19相连。

参看图3，所述工作液循环釜体底部有排液口33，在循环釜体中有磁力转子17，该磁力转子和固定在循环釜体下方的循环电机32通过连杆31采用柔性连接，循环电机与控制器11相连，加热管30呈螺旋状固定在工作液循环釜体底部。

参看图4，所述十字形堵头是四个堵头35通过螺纹与十字不锈钢架34连接而成，每个堵头中心开孔，中心孔通过堵头侧面开孔36和不锈钢管线连接，通过调节十字架上接头37使每个堵头弧形端面上O型圈38紧密贴住工作液循环釜体内壁。

参看图1、图2、图3、图4，用柱塞12将实验岩心21装入长岩心夹持器2和短岩心夹持器3，保证实验岩心另一端和工作液循环釜体1内表面相平，装上十字架34和堵头35，通过接头37上螺纹调节，可将堵头35和工作液循环釜体1内表面顶紧，通过O型圈38密封，用围压泵4给岩心加上围压，通过氮气瓶9、压力调节阀16和连接在柱塞12上的管线可给岩心加上驱替压力，通过微小流量计20测量流体的流量，测量出岩心的初始渗透率。卸下十字架34和堵头35，装上连杆31和磁力转子17，装入工作液22，盖上压盖7，旋转压盖手柄14将压盖7旋紧，用氮气瓶9、压力调节阀16通过加压孔13可给循环工作液22加压。调节温控仪10控制加热圈27和加热管30分别给岩心21和循环工作液22加温。循环电机控制器11可控制循环电机32的转速，循环电机带动连杆31和磁力转子17旋转，搅拌循环工作液22，磁力转子17通过连杆31和循环电机32采用柔性连接，磁力转子17在重力作用下可以和岩心21端面及工作液循环釜体1内表面接触。通过电极23、压力测点24和电极压力测点25和电阻测量仪19可以测量不同时刻、不同位置电阻率、压力分布，微小流量计20测量滤液的流量，通过计算机18可计算出损害深度。动态循环后，通过排液口33排出循环工作液22，取出连杆31和磁力转子17，再次装上十字架34和堵头35，通过接头37上螺纹调节，可将堵头35和工作液循环釜体1内表面顶紧，通过O型圈38密封，用围压泵4给岩心加上围压，通过氮气瓶9、压力调节阀16和连接在柱塞12上的管线可给岩心加上驱替压力，通过微小流量计20测量流体的流量，测量出岩心损害后渗透率，计算机18处理数据，计算出损害程度。

Claims (5)

1.高温高压多功能水平井损害评价仪，主要由工作液循环釜体(1)、一个长岩心夹持器(2)、三个短岩心夹持器(3)、围压泵(4)、采集控制箱(8)、支架(6)组成，其特征在于，所述围压泵(4)、采集控制箱(8)固定在支架底座(5)上，长岩心夹持器(2)、短岩心夹持器(3)通过工作液循环釜体(1)连接在一起，由支架(6)支撑，四个夹持器连接在工作液循环釜体四个方向，其夹角均为90⁰，它们的轴线在同一平面；所述工作液循环釜体(1)顶部的压盖(7)有加压孔(13)和压盖手柄(14)，加压孔和氮气瓶(9)连接，循环釜体底部有排液口(33)，在循环釜体中有磁力转子(17)，该磁力转子和固定在循环釜体下方的循环电机(32)通过连杆(31)采用柔性连接，循环电机与控制器(11)相连，加热管(30)呈螺旋状固定在工作液循环釜体底部；每个夹持器从外到内依次是加热圈(27)、筒体(26)、橡胶套(28)和柱塞(12)，橡胶套外壁和筒体内壁形成一个环形空间，所述柱塞(12)空心，一端顶住岩心使岩心另一端面与工作液循环釜体内壁相切，另一端连接流量计(20)，橡胶套(28)上有电极(23)、压力测点(24)、电极压力测点(25)，压力测点(24)连接有压力传感器，电极(23)、电极压力测点(25)和电阻测量仪(19)相连；所述采集控制箱(8)内安装有温控仪(10)、循环电机控制器(11)和数据采集卡。

2.如权利要求1所述的评价仪，其特征在于，所述岩心初始渗透率和工作液损害后岩心渗透率测量所用的十字形堵头由四个堵头(35)通过螺纹与十字架(34)连接而成，每个堵头中心开孔，中心孔通过堵头侧面开孔(36)和不锈钢管线连接，通过调节十字架上接头(37)使每个堵头弧形端面的O型圈(38)紧密贴住工作液循环釜体内壁。

3.如权利要求1所述的评价仪，其特征在于，所述支架(6)可旋转，既可使四个夹持器构成的平面处于水平面位置，又可使四个夹持器构成的平面垂直地面，长夹持器(2)位于工作液循环釜体(1)的上部和下部，或两个相对的短夹持器(3)分别位于工作液循环釜体(1)的上部和下部。

4.如权利要求1所述的评价仪，其特征在于，所述围压泵(4)采用大排量活塞泵，四个夹持器围压采用并联连接，可以加相同围压，也可加不同围压。

5.如权利要求1所述的评价仪，其特征在于，所述夹持器橡胶套(28)有一衬套(29)，位于橡胶套外壁和筒体内壁形成的环形空间内。

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