CN102011581B - 应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，该装置包括一模拟井筒，模拟井筒侧壁上固定设有多个与模拟井筒连通的模拟漏层装置，模拟漏层装置由试样容器和设置在试样容器中的真实岩心试样构成，试样容器一端导通于模拟井筒侧壁的透孔，试样容器另一端设有一通孔，真实岩心试样两端分别对应透孔和通孔设置，真实岩心试样的周面与试样容器内壁之间构成密封的围压腔，该围压腔通过管路与液压稳压源连通；模拟井筒一端为堵漏浆进口，另一端为堵漏浆出口，该堵漏浆进口与一泥浆泵连通，该堵漏浆出口由管路连通于所述泥浆泵，形成堵漏浆的循环流动。该装置对应力敏感性地层堵漏工艺的研究及不同堵漏材料的封堵效果的评价提供了理论依据。
Description
技术领域
本发明是关于一种钻井堵漏模拟评价实验系统，尤其涉及一种应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置。
背景技术
我国西部地区许多山前构造带的大中型油气田，由于裂缝、孔隙极为发育，加之高陡构造的存在，表现为典型的应力敏感性地层钻探特征，导致实际钻井过程中井漏频繁发生，漏失后又造成卡钻和溢流等事故和其它复杂情况，压力平衡极难调整，严重制约着油田的发展。
目前所应用的钻井堵漏评价装置，主要采用不同宽度的刚性割封板和不同大小的钢球来模拟裂缝型和孔隙型漏失地层，在漏失地层的上部添加堵漏液，然后使用气压驱动设备将堵漏液压入到漏失地层，以评价堵漏材料的性能。但是，现有的钻井堵漏评价装置存在如下缺陷：
(1)现有的堵漏评价装置无法实现堵漏浆(液)的循环，会导致堵漏材料沉积在模拟井筒底部，降低堵漏评价的效果。
(2)现有的堵漏评价装置只能模拟均匀宽度的裂缝，与真实形态的裂缝差距较大；即使有些实验装置采用人造岩心来模拟漏层，但也无法完全满足真实岩心的参数特征。
(3)现有的堵漏装置没有通过对岩心加载围压来研究应力敏感性对堵漏效果的影响，由于西部地区的实际漏失地层都在几千米的深部地层，因此，对堵漏材料的评价结果会与现场实际堵漏情况差别较大。
(4)目前所有的堵漏评价装置都是采用单一漏失通道进行试验研究，而实际的漏失地层都是由多个漏失通道组成，因此，现有结构不能用于同时对多个漏失通道进行堵漏研究和评价。
有鉴于此，本发明人提出一种应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，该堵漏模拟评价装置利用真实岩心试样对裂缝性和孔隙性地层堵漏过程中的堵漏材料进行评价模拟实验，在对真实岩心试样加载围压的条件下，使堵漏浆在模拟井筒内循环的过程中对模拟漏层进行有效封堵，真实模拟漏层处岩石的受力状态和井下的实际堵漏过程，以对应力敏感性地层堵漏工艺的研究以及不同堵漏材料的封堵效果的评价提供理论依据。
本发明的目的是这样实现的，一种应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，该堵漏模拟评价装置包括一模拟井筒，该模拟井筒侧壁上固定设有多个与模拟井筒连通的模拟漏层装置，该模拟漏层装置由试样容器和设置在试样容器中的真实岩心试样构成，所述试样容器一端导通于模拟井筒侧壁的透孔，试样容器另一端设有一通孔，所述真实岩心试样两端分别对应透孔和通孔设置，真实岩心试样的周面与试样容器内壁之间构成密封的围压腔，该围压腔通过管路与液压稳压源连通；所述模拟井筒一端为堵漏浆进口，另一端为堵漏浆出口，该堵漏浆进口与一泥浆泵连通，该堵漏浆出口设有一溢流阀，该溢流阀由管路连通于所述泥浆泵，形成堵漏浆的循环流动。
在本发明的一较佳实施方式中，所述真实岩心试样为圆柱形结构；所述试样容器包括一围压筒，围压筒一端对应模拟井筒侧壁的透孔，围压筒另一端设有一围压筒压盖，该围压筒压盖与模拟井筒侧壁固定连接，由此，将围压筒固定设于模拟井筒侧壁上；该围压筒压盖上还固定设有一堵头，所述与真实岩心试样端部对应的通孔设置在该堵头上。
在本发明的一较佳实施方式中，所述围压筒压盖设有凸缘，由多个螺栓穿过凸缘连接于模拟井筒侧壁。
在本发明的一较佳实施方式中，所述真实岩心试样为裂缝性岩心试样或孔隙性岩心试样；岩心试样内具有随机裂缝或随机孔隙。
在本发明的一较佳实施方式中，所述真实岩心试样的周面套设有一圆筒形热缩套。
在本发明的一较佳实施方式中，所述围压筒压盖内侧设有第一阶梯形环槽，所述模拟井筒侧壁的透孔周围设有第二阶梯形环槽，所述真实岩心试样一端卡设在该第一阶梯形环槽内，所述真实岩心试样另一端卡设在该第二阶梯形环槽内；所述第一阶梯形环槽和第二阶梯形环槽的侧壁与真实岩心试样之间分别设有一O形密封圈。
在本发明的一较佳实施方式中，所述真实岩心试样的尺寸为φ25×50mm或φ38×76mm。
在本发明的一较佳实施方式中，所述通孔连接有一电子式流量计；所述模拟井筒的内壁设有压力传感器。
在本发明的一较佳实施方式中，所述模拟井筒横截面为正方形，其内部筒径为5英寸。
本发明的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，应用于裂缝性地层和孔隙性漏失地层堵漏模拟实验，在室内采用真实岩心，既可以模拟岩心的周向压力，还可以让堵漏浆在模拟井筒内实现循环流动，使得堵漏材料在堵漏浆中均匀分布；还可对一个或多个漏失通道进行堵漏研究，通过控制周向压力变化来评价不同堵漏材料封堵效果；该堵漏模拟评价装置对应力敏感性地层堵漏工艺的研究以及不同堵漏材料的封堵效果的评价提供了理论依据，对山前构造带的堵漏研究有着重要意义。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1：为本发明应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置的结构框图。
图2：为本发明应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置的结构示意图。
图3：为图2的俯视示意图。
图4：为图2的侧视示意图。
图5：为图2中的局部结构放大示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1～图5所示，本发明提供一种应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置100，该堵漏模拟评价装置100包括一模拟井筒1，该模拟井筒1侧壁上固定设有多个与模拟井筒1连通的模拟漏层装置2，该模拟漏层装置2由试样容器21和设置在试样容器21中的真实岩心试样22构成，所述真实岩心试样22是从钻井现场井底的实际地层取出的真实岩心，该真实岩心试样22为裂缝性岩心试样或孔隙性岩心试样，裂缝性岩心试样内具有随机裂缝，孔隙性岩心试样内具有随机孔隙；该岩心试样22为圆柱形，其结构尺寸为φ25×50mm或φ38×76mm(两个尺寸都是进行岩心试验的国标尺寸)；在本实施方式中，所述多个模拟漏层装置2固定设置在模拟井筒1的左右两侧，模拟井筒一侧设置三组均为模拟φ25×50mm岩心试样的模拟漏层装置2，模拟井筒另一侧设置三组均为模拟φ38×76mm岩心试样的模拟漏层装置2；左右两侧模拟漏层装置2的试样容器21结构相同，但尺寸不同，可根据实验要求使用其中一组或多组模拟漏层装置2；所述试样容器21一端导通于模拟井筒1侧壁的透孔13，试样容器21另一端设有一通孔211，所述真实岩心试样22两端分别对应透孔13和通孔211设置，真实岩心试样22的周面与试样容器21内壁之间构成密封的围压腔23，该围压腔23通过管路与一液压稳压源3连通，液压稳压源3可将液压油注入围压腔23内向岩心试样22外周面施加环向压力，所述真实岩心试样22的周面套设有一圆筒形热缩套221，热缩套221受热后会收缩，热缩套221紧紧包住岩心试样22的侧周面，岩心试样22的两个端面没有被热缩套包住，热缩套221可以防止围压腔23内的液压油侵入到岩心试样22内部，影响岩心试样的力学性能和堵漏效果；所述模拟井筒1一端为堵漏浆进口11，另一端为堵漏浆出口12；该堵漏浆进口11与一泥浆泵4连通，可将泥浆池中的堵漏浆注入模拟井筒1中；该堵漏浆出口12设有一溢流阀5，该溢流阀5出口由管路连通于所述泥浆泵4，以形成堵漏浆的循环流动；所述通孔211连接有一电子式流量计(图中未示出)，以监测堵漏浆的排出量，所述模拟井筒1的内壁设有压力传感器(图中未示出)，记录堵漏材料的承压能力。
本发明的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置100在使用时(以使用其中一组模拟漏层装置2为例，如图2所示，其它不使用的模拟漏层装置2可通过封堵板6封堵住对应的模拟井筒侧壁的透孔即可)，将真实岩心试样22固定安装在试样容器21中，首先启动液压稳压源3，由液压稳压源3向围压腔23内注入液压油，试样容器21内压力逐渐升高，这时真实岩心试样22的周向会产生恒定压力，然后设定泥浆泵4的排量，并驱使堵漏浆逐渐向模拟井筒1内注入，此时堵漏浆可以从溢流阀5出口流回到泥浆泵4中，实验过程中逐渐关闭溢流阀5，这时堵漏浆会流进真实岩心试样22的裂缝中并逐渐从试样容器21的通孔211流出，随着模拟井筒1内压力的逐渐升高，堵漏浆会对模拟漏层装置2中真实岩性试样22的裂缝形成封堵，通孔211没有堵漏浆流出时，表示封堵成功；当压力超过封堵强度时，堵漏浆会冲破真实岩性试样22的裂缝，再次从通孔211流出；在堵漏浆对裂缝形成有效封堵时，也就是通孔211没有堵漏浆流出时，开始记录模拟井筒1内的压力变化，直到堵漏浆冲破裂缝再次由通孔211流出时结束，记录此时的最大承压能力。通过对比不同堵漏材料的承压能力可以有效评价堵漏材料的封堵效果。
由上所述，本发明的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，应用于裂缝性地层和孔隙性漏失地层堵漏模拟实验，既可以模拟岩心的周向压力，还可以让堵漏浆在模拟井筒内实现循环流动，使得堵漏材料在堵漏浆中均匀分布；通过控制周向压力变化来评价不同堵漏材料封堵效果；该堵漏模拟评价装置对应力敏感性地层堵漏工艺的研究以及不同堵漏材料的封堵效果的评价提供了理论依据。
进一步，在本实施方式中，如图1、图5所示，所述试样容器21包括一围压筒212，围压筒212一端对应模拟井筒1侧壁的透孔13，围压筒212另一端设有一围压筒压盖213，该围压筒压盖213与模拟井筒侧壁固定连接，由此，以将围压筒212固定设于模拟井筒侧壁上；该围压筒压盖213上还固定设有一堵头214，该堵头214可螺设在围压筒压盖213上的螺孔中；该堵头214上设置所述与真实岩心试样22端部对应的通孔211。所述围压筒压盖213设有凸缘2131，由多个螺栓215穿过凸缘2131将围压筒压盖213固定连接在模拟井筒1侧壁上。
在本实施方式中，如图1所示，所述围压筒压盖213内侧设有第一阶梯形环槽2132，所述模拟井筒1侧壁的透孔13周围设有第二阶梯形环槽131，所述真实岩心试样22一端卡设在该第一阶梯形环槽2132内，所述真实岩心试样22另一端卡设在该第二阶梯形环槽131内；如图5所示，为了防止液压油侵入到岩心试样22的两个端面，所述第一阶梯形环槽2132和第二阶梯形环槽131的侧壁与真实岩心试样22之间分别设有一O形密封圈222，密封圈222可以保证液压油只给岩心试样的周向方向施加围压。为了防止液压油从围压筒212两端泄漏，可在围压筒212两端分别与模拟井筒1侧壁和围压筒压盖213接触位置设置O形密封圈2121。
如图3、图4所示，在本实施方式中，所述模拟井筒1横截面的外形为正方形，模拟井筒1内部筒径为5英寸，与实际井筒内径的尺寸相符。
由于在实际钻井过程中井壁周围会有很多裂缝，因此，本发明应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置在模拟井筒左右两侧各设置三个模拟漏层装置，在进行堵漏试验时不仅可以模拟单一漏层(使用一个模拟漏层装置)还可以进行多个漏层(使用多个模拟漏层装置)的模拟，这样模拟更接近真实情况。所以，本装置可以评价单缝或多裂缝地层，或者对裂缝性和孔隙性地层进行综合评价，在实验过程时可以针对不同类型地层的特点同时对多个裂缝性岩心试样、多个孔隙性岩心试样或者多个裂缝性和孔隙性岩心试样进行综合评价。
在本实施方式中，所述裂缝性岩心试样既可以采用天然裂缝性岩心试样，也可以提前先将真实岩心柱放置在垂直压机内，对其施加轴向压力后在岩心内形成随机裂缝再进行堵漏模拟实验，更加接近真实钻井过程中井壁附近的裂缝状态。
本发明的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，应用于裂缝性地层和孔隙性漏失地层堵漏模拟实验，在室内采用真实岩心，既可以模拟岩心的周向压力，还可以让堵漏浆在模拟井筒内实现循环流动，使得堵漏材料在堵漏浆中均匀分布；还可对一个或多个漏失通道进行堵漏研究，通过控制周向压力变化来评价不同堵漏材料封堵效果；该堵漏模拟评价装置对应力敏感性地层堵漏工艺的研究以及不同堵漏材料的封堵效果的评价提供了理论依据，对山前构造带的堵漏研究有着重要意义。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，其特征在于：该堵漏模拟评价装置包括一模拟井筒，该模拟井筒侧壁上固定设有多个与模拟井筒连通的模拟漏层装置，该模拟漏层装置由试样容器和设置在试样容器中的真实岩心试样构成，所述试样容器一端导通于模拟井筒侧壁的透孔，试样容器另一端设有一通孔，所述真实岩心试样两端分别对应透孔和通孔设置，真实岩心试样的周面与试样容器内壁之间构成密封的围压腔，该围压腔通过管路与液压稳压源连通；所述模拟井筒一端为堵漏浆进口，另一端为堵漏浆出口，该堵漏浆进口与一泥浆泵连通，该堵漏浆出口设有一溢流阀，该溢流阀由管路连通于所述泥浆泵，形成堵漏浆的循环流动；所述真实岩心试样为圆柱形结构；所述试样容器包括一围压筒，围压筒一端对应模拟井筒侧壁的透孔，围压筒另一端设有一围压筒压盖，该围压筒压盖与模拟井筒侧壁固定连接，由此，将围压筒固定设于模拟井筒侧壁上；该围压筒压盖上还固定设有一堵头，所述与真实岩心试样端部对应的通孔设置在该堵头上。
2.如权利要求1所述的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，其特征在于：所述围压筒压盖设有凸缘，由多个螺栓穿过凸缘连接于模拟井筒侧壁。
3.如权利要求1所述的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，其特征在于：所述真实岩心试样为裂缝性岩心试样或孔隙性岩心试样；岩心试样内具有随机裂缝或随机孔隙。
4.如权利要求1所述的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，其特征在于：所述真实岩心试样的周面套设有一圆筒形热缩套。
5.如权利要求1所述的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，其特征在于：所述围压筒压盖内侧设有第一阶梯形环槽，所述模拟井筒侧壁的透孔周围设有第二阶梯形环槽，所述真实岩心试样一端卡设在该第一阶梯形环槽内，所述真实岩心试样另一端卡设在该第二阶梯形环槽内；所述第一阶梯形环槽和第二阶梯形环槽的侧壁与真实岩心试样之间分别设有一O形密封圈。
6.如权利要求1所述的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，其特征在于：所述真实岩心试样的尺寸为φ25×50mm或φ38×76mm。
7.如权利要求1所述的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，其特征在于：所述通孔连接有一电子式流量计；所述模拟井筒的内壁设有压力传感器。
8.如权利要求1所述的应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置，其特征在于：所述模拟井筒横截面为正方形，其内部筒径为5英寸。
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| CN2423402Y (zh) * | 2000-04-29 | 2001-03-14 | 杜晓瑞 | 随钻测试装置 |
| CN2900782Y (zh) * | 2006-02-09 | 2007-05-16 | 中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司石油工程技术研究院 | 模拟钻井堵漏大尺寸人造岩心的制备装置 |
| CN201902206U (zh) * | 2010-11-24 | 2011-07-20 | 中国石油大学(北京) | 应力敏感性地层钻井堵漏模拟评价装置 |
Non-Patent Citations (5)
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| 庞飞 * |
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| 陈勉 * |
| 高保真模拟漏失地层堵漏评价试验装置设计;窦斌等;《石油机械》;20091130(第11期);第1.2-1.3节，图1 * |
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