CN102507629A

CN102507629A - 一种动态钻井液在井底老化的模拟装置

Info

Publication number: CN102507629A
Application number: CN2011103280227A
Authority: CN
Inventors: 王平全; 白杨; 尹达; 刘建仪
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明涉及一种用于油气田钻井作业中评价钻井液性能变坏情况的动态钻井液在井底老化的模拟装置。它能准确模拟高温高压环境对钻井液性能的影响，给油气田钻井作业提供科学的依据。其技术方案是：高压容器上盖安装上部针式截止阀，并用管线与恒压恒速泵联接；高压容器外部包裹加热套，下部安装温度传感器及压力传感器，并用信号输出线与电脑联接；高压容器底端安有下部针式截止阀及挡板，活塞安装在高压容器内腔，搅拌风叶安装在上部旋转转子上方；底座上部用固定螺钉固定双向转动电动机；耐高温永磁铁磁柱被插入以径向和呈圆形地布置在上部旋转转子上。本装置能够准确实时监测钻井液压力、温度，实现在高温高压环境下进行高精度的老化实验。

Description

一种动态钻井液在井底老化的模拟装置

技术领域

本发明涉及一种用于油气田钻井作业中评价钻井液性能变坏情况的动态钻井液在井底老化的模拟装置，特别适合于模拟储层压力120MPa、井底温度200℃的高温高压条件下，钻井作业中钻井液井底老化。

背景技术

随着我国深层找油找气力度的加大，不可避免的会遇到高温高压条件下的钻井完井问题，一般来讲，井越深，井下压力温度就会越高，技术上的困难就更大，在世界上很多地方，特别是找气的地区，如美国、北海等地区、很多储层压力超过了100MPa，井底温度超过了200℃的地层已经被开采，在国内我国的塔西南油田、四川的川东油气田等都存在着不同程度的高温高压下的钻井与完井问题，高温高压环境下的钻井与完井面临着很多困难，其中之一就是高温高压下钻井液性能变坏导致钻井事故发生。

如何能够在实验室内准确模拟高温高压环境下油气田钻井作业中钻井液在井底老化，从而评价高温高压下钻井液性能的改变，为石油钻井现场提供科学的依据和必要的实验数据，一直是困扰钻井液研究人员的一大难题，目前实验室内模拟油气田钻井作业中钻井液在井底老化普遍采用的装置是滚子加热炉，一般都是将350ml钻井液装在老化罐里面，再放入设定好了温度和时间的热滚炉里面进行老化，老化结束以后将样品取出冷却至常温后测试，如果对性能评价有特殊要求，可以再加热或冷却到要求温度，温度控制可以用恒温水浴锅或电冰箱，但是滚子加热的缺点主要有以下几点:（1）老化罐内部实际温度和加热炉显示温度不一致；（2）老化罐只能在低压（小于1MP）下进行老化；（3）采用老化罐养护时，由于温度变化导致实验浆体老化压力改变，不能保证整个过程实验浆体都在实验设计温度、压力下；（4）不能实时监测老化压力温度，正是由于以上缺点，滚子加热炉不能够准确的模拟高温高压下钻井液的老化情况，这就提出了新的迫切要求:能否设计出一种能够准确模拟高温高压条件下钻井液的老化装置，由此准确评价高温高压下井底钻井液性能变化，为油气田钻井作业提供科学的依据和必要的实验数据。

发明内容

本发明的目的是:为了科学评价高温高压对钻井液性能的影响，给油气田钻井作业提供科学的依据和必要的实验数据，特提供一种动态钻井液在井底老化的模拟装置。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是:一种动态钻井液在井底老化的模拟装置，主要由耐高温高压密封系统、磁旋转搅拌系统、加温系统、加压系统、监测系统五大系统组成，其主要构思是:耐高温高压密封系统由高压容器、高压容器O型密封圈、容器上盖构成，活塞将耐高温高压容器分为上部加压仓和下部老化仓，高压容器由耐高温高压的非磁性材料构件制成，防止磁通量损失；磁旋转搅拌系统由搅拌风叶、旋转轴、上部旋转转子、下部旋转转子、双向转动电动机及挡板构成，并且所述旋转轴由非磁性构件构成，由此防止在磁体之间出现磁通量损失，双向转动电动机通电后带动下部旋转转子转动，下部旋转转子通过磁力带动上部转子转动，上部转子转动又带动上部搅拌风叶进行搅拌，挡板防止活塞下降过深压坏搅拌风叶，该系统解决了设备处于全封闭状态下搅拌轴的动密封问题；加温系统由加热套及其控制系统组成，实现温度在20-200℃可控，精度为0.01℃；加压系统由高温高压容器上部加压仓及恒压恒速泵构成，实现压力在0-120MP可控，精度为0.001MP；监测系统由温度传感器、压力传感器组成，可以实现实时监控，从而保证实验钻井液始终在设计温度、压力下进行老化。

一种动态钻井液在井底老化的模拟装置，是由高压容器、加热套、针式截止阀、温度传感器、旋转轴、承高压钢制活塞、搅拌风叶、压力传感器、旋转转子、双向转动电动机、耐高温永磁铁磁柱、旋转轴接头组成，其结构特征是:高压容器上端面凹槽放置高压容器O型密封圈，容器上盖顶端安装上部针式截止阀，上部针式截止阀用耐高压管线与恒压恒速泵联接；高压容器外部包裹加热套，高压容器下部安装有温度传感器及压力传感器，并分别用温度传感器信号输出线及压力传感器信号输出线与装置外的电脑联接；高压容器内部底端安装有下部针式截止阀及挡板，承高压钢制活塞安装在高压容器内腔，搅拌风叶安装在上部旋转转子上方，承高压钢制活塞用活塞O型密封圈将高压容器隔成密封的两个实验仓；搅拌风叶通过第二旋转轴与上部旋转转子相连接，下部旋转转子通过第一旋转轴与双向转动电动机连接；底座上部用固定螺钉固定双向转动电动机，用并支撑板支撑高压容器；耐高温永磁铁磁柱被插入以径向和呈圆形地布置在上部旋转转子上，上部转子中央安装有旋转轴接头，上部旋转转子与下部旋转转子结构类似。

本发明装置的工作过程是:将装置安放到水平实验台上，卸下容器上盖，下部针式截止阀通过管线与真空泵相连，抽真空，关闭下部针式截止阀，连通装有实验用钻井液容器（注意管线需排空气），打开下部针式截止阀，将实验用钻井液注入装置中，达到实验用量后关闭下部针式截止阀，在活塞上部加满试验用油，旋紧容器上盖，上部针式截止阀通过管线与恒压恒速泵相连，加泵压，打开加热开关加热套开始加温，通过压力、温度传感器，实时监控压力温度变化，待温度、压力达到实验压力温度时，停止加压加温，打开电动机开始正方向交替搅拌，实时通过压力传感器监测压力，通过恒温恒压泵调节装置压力、通过控制加热套温度控制装置温度，使实验用钻井液始终保持在设计的实验压力、温度下老化，老化时间可根据实际需要进行设定，老化结束后，缓慢降低压力至大气压，下部针式截止阀连接测试仪器，打开下部针式截止阀排出实验钻井液直接进行各项性能测定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:（1）能够准确实时监测实验钻井液压力、温度，并可以实时调整压力、温度使其始终保持在设定压力、温度值；（2）能够在温度20-200℃，压力在0-120MP的高温高压环境下进行高精度的老化实验实现；（3）采用了全封闭状态下磁力搅拌装置，使得实验钻井液受热更加均匀。

附图说明

图1为本发明动态钻井液在井底老化的模拟装置结构示意图；

图2为本发明上部旋转转子19结构图；

图中:1、高压容器，2、加热套，3、容器上盖，4、高压容器O型密封圈，5、上部针式截止阀，6、耐高压管线，7、挡板，8、温度传感器，9、温度传感器信号输出线，10、第一旋转轴，11、支撑板，12、底座，13、承高压钢制活塞，14、活塞O型密封圈，15、搅拌风叶，16、第二旋转轴，17、压力传感器，18、压力传感器信号输出线，19、上部旋转转子，20、下部旋转转子，21、双向转动电动机，22、下部针式截止阀，23、固定螺钉，24、耐高温永磁铁磁柱，25、旋转轴接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种动态钻井液在井底老化的模拟装置，其结构特点是:高压容器1上端面凹槽放置高压容器O型密封圈4，容器上盖3安装上部针式截止阀5，上部针式截止阀5通过耐高压管线6与恒压恒速泵联接，高压容器1外部包裹加热套2，高压容器1下部安装温度传感器8 及压力传感器17并分别用温度传感器信号输出线9、压力传感器信号输出线18将数据实时传输给电脑；高压容器1内部底端安装下部针式截止阀22及挡板7防止承高压钢制活塞13下降过深压坏搅拌风叶15，承高压钢制活塞13用活塞O型密封圈14将高压容器1隔成密封的两个实验仓；搅拌风叶15通过第二旋转轴16与上部旋转转子19连接；下部旋转转子20通过第一旋转轴10与双向转动电动机21连接，；底座12上部用固定螺钉23固定双向转动电动机21并通过支撑板11支撑高压容器1；耐高温永磁铁磁柱24被插入以径向和呈圆形地布置在上部旋转转子19上，转子中央有旋转轴接头25，上部旋转转子19与下部旋转转子20结构类似。

实验时，将装置安放到水平实验台上，卸下容器上盖3，下部针式截止阀22通过管线与真空泵相连，抽真空，关闭下部针式截止阀22，连通装有实验用钻井液容器（注意管线需排空气），打开下部针式截止阀22，将实验用钻井液注入高压容器1中，达到实验用量后关闭下部针式截止阀22，在承高压钢制活塞13上部加满试验用油，旋紧容器上盖3，上部针式截止阀5通过耐高压管线6与恒压恒速泵相连，加泵压；通过加热套2开始加温，通过压力传感器17、温度传感器8，实时监控压力温度变化，待温度、压力达到实验压力温度时，停止加压加温，打开双向转动电动机21开始正方向交替搅拌，实时通过压力传感器17监测压力，通过恒温恒压泵调节装置压力，使其始终保持在设计实验压力下老化，老化时间可根据实际需要进行设定，老化结束后，下部针式截止阀22连接测试仪器，打开下部针式截止阀直接进行各项性能测定。

Claims

1.一种动态钻井液在井底老化的模拟装置，是由高压容器、加热套、针式截止阀、温度传感器、旋转轴、承高压钢制活塞、搅拌风叶、压力传感器、旋转转子、双向转动电动机、耐高温永磁铁磁柱和旋转轴接头组成，其特征是：高压容器（1）上端面凹槽放置高压容器O型密封圈（4），容器上盖（3）顶端安装上部针式截止阀（5），上部针式截止阀（5）用耐高压管线（6）与恒压恒速泵联接；高压容器（1）外部包裹加热套（2），高压容器（1）下部安装有温度传感器（8）及压力传感器（17），并分别用温度传感器信号输出线（9）及压力传感器信号输出线（18）与外部电脑联接；高压容器（1）内部底端安装有下部针式截止阀（22）及挡板（7），承高压钢制活塞（13）安装在高压容器（1）的内腔，承高压钢制活塞（13）用活塞O型密封圈（14）密封并将高压容器（1）隔成密封的两个实验仓；搅拌风叶（15）通过第二旋转轴（16）与上部旋转转子（19）相连接，下部旋转转子（20）通过第一旋转轴（10）与双向转动电动机（21）连接；底座（12）上部用固定螺钉（23）固定双向转动电动机（21），用支撑板（11）支撑固定高压容器（1）；耐高温永磁铁磁柱（24）被插入以径向和呈圆形地布置在上部旋转转子(19)上，上部旋转转子(19)中央安装有旋转轴接头(25)。

2.根据权利要求1所述的动态钻井液在井底老化的模拟装置，其特征是：所述高压容器（1）由耐高温高压的非磁性材料构件构成；所述第一旋转轴（10）和第二旋转轴（16）是由非磁性构件构成。