CN103837598A

CN103837598A - 一种井下泥页岩吸水前沿测试装置

Info

Publication number: CN103837598A
Application number: CN201410104167.2A
Authority: CN
Inventors: 秦山; 陶祖文; 李皋; 刘厚彬; 石祥超
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: CN103837598B

Abstract

本发明涉及一种井下泥页岩吸水前沿测试装置，包括岩心夹持器、基座、计算机、信号输入电缆、信号输出电缆、声波发射端、声波接收端。岩心夹持器由端盖、端盖螺钉、第一压力接端、第一螺钉、第二压力接端、第二螺钉、第三压力接端、第三螺钉、橡胶套、夹持器钢筒、密封胶圈、滤网组成。其特征在于：第一压力接端向第一压力腔泵入钻井液，模拟井筒液柱压力，第二压力接端和第三压力接端配合，向第二压力腔泵入液压油，模拟地层围压，声波发射端安装输入凹槽内，声波接收端安装在输出凹槽内，计算机通过泥页岩吸水前后声波时差值的变化，记录和绘制井下泥页岩吸水前沿位置和时间关系曲线。

Description

一种井下泥页岩吸水前沿测试装置

技术领域

本发明涉及一种井下泥页岩吸水前沿测试装置，可在近似模拟地层压力环境下测试井壁处泥页岩吸水前沿规律。

背景技术

在石油工业钻井工程中，超过一半的钻遇地层属于泥页岩或者泥质含量较高的岩性，泥页岩当中含有大量的粘土矿物，包括伊利石、蒙脱石、伊/蒙混层矿物、绿泥石等，其中，蒙脱石和伊/蒙混层矿物是主要的水化膨胀类粘土矿物，泥页岩水化膨胀是造成油气资源勘探开发过程中出现井径缩径、卡钻、井壁垮塌等各种井下事故的主要原因之一。

井下泥页岩吸水前沿规律研究是泥页岩井壁失稳机理的重点研究内容之一，现在对于泥页岩吸水前沿规律的测试装置，主要测试自吸条件下的泥页岩吸水前沿规律，测试原理是基于吸水前后泥页岩电阻值的变化，未考虑井壁处泥页岩所受围压和井筒液柱压力的影响，难以反映井下真实压力环境，同时电阻值测量属于接触式测量，导致无法形成封闭的压力环境。

声波时差测试，是指测试发射和接收声波的时间差值，声波在固、液、气当中具有良好的传播特性，且在不同介质中传播速度不同，同时声波时差测试是一种非接触式测试方法，目前这一方法主要应用于石油测井和物理测速等方面。

应当进一步改进井壁处泥页岩吸水前沿测试装置，使测试结果更加接近真实情况。

发明内容

本发明的目的是：提供一种模拟井底压力环境下的泥页岩吸水前沿测试装置，利用液压加压方式近似模拟井筒液柱压力和地层围压，利用泥页岩吸水前后声波时差的变化记录井下泥页岩吸水前沿的位置和对应时间点。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种井下泥页岩吸水前沿测试装置，包括岩心夹持器、基座、计算机、信号输入电缆、信号输出电缆、声波发射端、声波接收端；其中，岩心夹持器包括端盖、端盖螺钉、第一压力接端、第一螺钉、第二压力接端、第二螺钉、第三压力接端、第三螺钉、橡胶套、夹持器钢筒、密封胶圈、滤网；其特征在于：岩心夹持器安装在基座上，声波发射端安装在夹持器钢筒上侧面输入凹槽内，声波接收端安装在夹持器钢筒下侧面输出凹槽内，声波发射端和计算机通过信号输入电缆连接，声波接收端和计算机通过信号输出电缆连接；端盖和夹持器钢筒通过端盖螺钉连接，并通过橡胶套密封，端盖螺钉设置有3-8个；端盖左侧面设置有第一压力接端，第一压力接端通过第一螺钉与端盖连接；夹持器钢筒上侧面设置有第二压力接端，第二压力接端通过第二螺钉与夹持器钢筒连接；夹持器钢筒下侧面设置有第三压力接端，第三压力接端通过第三螺钉与夹持器钢筒连接，并且第三压力接端和夹持器钢筒之间通过一个密封胶圈实现密封；滤网安装在端盖和岩心之间，端盖和岩心之间的中空部份形成第一压力腔，橡胶套和夹持器钢筒中间的环空部份形成第二压力腔。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：利用泥页岩吸水前后声波时差的区别，对泥页岩吸水前沿位置和时间点进行判断，声波时差值相比电阻值而言可以更加灵敏地反映泥页岩吸水前沿规律，同时声波时差测试是一种非接触式测试手段，有利于岩心夹持器形成封闭的压力腔，从而模拟井底泥页岩所受的井筒液柱压力和地层围压。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的岩心夹持器剖视图。

图3为岩心夹持器俯视图。

图4为岩心夹持器左视图。

图5为第三压力接端处的局部放大视图。

图6为声波发射端处的局部放大视图。

图7为声波接收端处的局部放大视图。

具体实施方式

如图1至图7所示，一种井下泥页岩吸水前沿测试装置，包括岩心夹持器1、基座2、计算机3、信号输入电缆4、信号输出电缆5、声波发射端6、声波接收端7；其中，岩心夹持器1包括端盖8、端盖螺钉9、第一压力接端10、第一螺钉11、第二压力接端12、第二螺钉13、第三压力接端14、第三螺钉15、橡胶套16、夹持器钢筒17、密封胶圈24、滤网18；其特征在于：岩心夹持器1安装在基座2上，声波发射端6安装在夹持器钢筒17上侧面输入凹槽22内，声波接收端7安装在夹持器钢筒17下侧面输出凹槽23内，声波发射端6和计算机3通过信号输入电缆4连接，声波接收端7和计算机3通过信号输出电缆5连接；端盖8和夹持器钢筒17通过端盖螺钉9连接，并通过橡胶套16密封，端盖螺钉9设置有3-8个；端盖8左侧面设置有第一压力接端10，第一压力接端10通过第一螺钉11与端盖8连接；夹持器钢筒17上侧面设置有第二压力接端12，第二压力接端12通过第二螺钉13与夹持器钢筒17连接；夹持器钢筒17下侧面设置有第三压力接端14，第三压力接端14通过第三螺钉15与夹持器钢筒17连接，并且第三压力接端14和夹持器钢筒17之间通过一个密封胶圈24实现密封；滤网18安装在端盖8和岩心20之间，端盖8和岩心20之间的中空部份形成第一压力腔21，橡胶套16和夹持器钢筒17中间的环空部份形成第二压力腔19。

如图1所示，滤网18用于过滤泥页岩吸水前沿室内研究所配制钻井液中的固相颗粒，以此提高测试结果的准确性。

如图2、图4所示，端盖螺钉9设置有3—8个，具体应以能较好实现密封为宜。

本发明需要和两个液压泵以及一个耐压阀门配套使用，但本发明的部件并不包括液压泵和耐压阀门，附图中也未出示液压泵和耐压阀门。

第一压力接端10和一个液压泵连接，以此向第一压力腔21中泵入钻井液，使第一压力腔21中液体压力值近似等于岩心20在井筒壁面所受的井筒液柱压力。

第二压力接端12和一个耐压阀门连接，第三压力接端14和一个液压泵连接，打开耐压阀门，从第三压力接端14向第二压力腔19泵入液压油，液压油从耐压阀门返出，关闭耐压阀门，使第二压力腔19中液压油的压力值近似等于岩心20在井筒壁面所受的地层围压。

如图2、图5所示，第三压力接端14和夹持器钢筒17之间通过一个密封胶圈24实现密封，第一压力接端10和端盖8之间以及第二压力接端12和夹持器钢筒17之间也安装有这样一个密封胶圈。

如图1、图6、图7所示，声波发射端6和声波接收端7对称设置12组，声波激发器25和声波发射探头26通过声波发射端6连接，电信号从信号输入电缆4进入声波激发器25转变为声波信号，声波信号经过声波发射端6传输至声波发射探头26；第二压力腔19模拟围压加载完毕后，声波信号从声波发射探头26输出，穿过夹持器钢筒17两侧壁面、第二压力腔19中液压油以及岩心20，进入声波接收探头28；声波接收器27和声波接收探头28通过声波接收端7连接，声波信号从声波接收探头28进入，经声波接收端7传输至声波接收器27转变为电信号，电信号经过信号输出电缆5输出至计算机3；计算机3显示12组输出信号稳定后，分别记录这12组声波时差值；第一压力腔21中泵入钻井液，且压力值增加至模拟井筒液柱压力；计算机3分别记录12组声波时差值第一次改变时的时间点，并根据12组声波发射端6和声波接收端7的标定距离，绘制井下泥页岩吸水前沿位置和时间关系曲线。

如图1、图6所示，12组声波激发器25所产生的声波频率各不相同，避免相互干扰，频率范围应以保证较好的测试效果为宜，且保证人身安全。

Claims

1.一种井下泥页岩吸水前沿测试装置，包括岩心夹持器（1）、基座（2）、计算机（3）、信号输入电缆（4）、信号输出电缆（5）、声波发射端（6）、声波接收端（7）；其中，岩心夹持器（1）包括端盖（8）、端盖螺钉（9）、第一压力接端（10）、第一螺钉（11）、第二压力接端（12）、第二螺钉（13）、第三压力接端（14）、第三螺钉（15）、橡胶套（16）、夹持器钢筒（17）、密封胶圈（24）、滤网（18）；其特征在于：岩心夹持器（1）安装在基座（2）上，声波发射端（6）安装在夹持器钢筒（17）上侧面输入凹槽（22）内，声波接收端（7）安装在夹持器钢筒（17）下侧面输出凹槽（23）内，声波发射端（6）和计算机（3）通过信号输入电缆（4）连接，声波接收端（7）和计算机（3）通过信号输出电缆（5）连接；端盖（8）和夹持器钢筒（17）通过端盖螺钉（9）连接，并通过橡胶套（16）密封，端盖螺钉（9）设置有3-8个；端盖（8）左侧面设置有第一压力接端（10），第一压力接端（10）通过第一螺钉（11）与端盖（8）连接；夹持器钢筒（17）上侧面设置有第二压力接端（12），第二压力接端（12）通过第二螺钉（13）与夹持器钢筒（17）连接；夹持器钢筒（17）下侧面设置有第三压力接端（14），第三压力接端（14）通过第三螺钉（15）与夹持器钢筒（17）连接，并且第三压力接端（14）和夹持器钢筒（17）之间通过一个密封胶圈（24）实现密封；滤网（18）安装在端盖（8）和岩心（20）之间，端盖（8）和岩心（20）之间的中空部份形成第一压力腔（21），橡胶套（16）和夹持器钢筒（17）中间的环空部份形成第二压力腔（19）。

2.如权利要求1所述的一种井下泥页岩吸水前沿测试装置，其特征在于，所述的滤网（18）用于过滤泥页岩吸水前沿室内研究所配制钻井液中的固相颗粒。

3.如权利要求1所述的一种井下泥页岩吸水前沿测试装置，其特征在于，所述的第三压力接端（14）和夹持器钢筒（17）之间通过一个密封胶圈（24）实现密封，第一压力接端（10）和端盖（8）之间以及第二压力接端（12）和夹持器钢筒（17）之间也安装有这样一个密封胶圈。

4.如权利要求1所述的一种井下泥页岩吸水前沿测试装置，其特征在于，所述的声波发射端（6）和声波接收端（7）对称设置12组，声波激发器（25）和声波发射探头（26）通过声波发射端（6）连接，电信号从信号输入电缆（4）进入声波激发器（25）转变为声波信号，声波信号经过声波发射端（6）传输至声波发射探头（26）；第二压力腔（19）模拟围压加载完毕后，声波信号从声波发射探头（26）输出，穿过夹持器钢筒（17）两侧壁面、第二压力腔（19）中液压油以及岩心（20），进入声波接收探头（28）；声波接收器（27）和声波接收探头（28）通过声波接收端（7）连接，声波信号从声波接收探头（28）进入，声波信号经过声波接收端（7）传输至声波接收器（27）转变为电信号，电信号经过信号输出电缆（5）输出至计算机（3）；计算机（3）显示12组输出信号稳定后分别记录这12组声波时差值；第一压力腔（21）中泵入钻井液，且压力值增加至模拟井筒液柱压力；计算机（3）分别记录12组声波时差值第一次改变时的时间点，并根据12组声波发射端（6）和声波接收端（7）的标定距离，自动绘制井下泥页岩吸水前沿位置和时间关系曲线。

5.如权利要求1所述的一种井下泥页岩吸水前沿测试装置，其特征在于，所述的12组声波激发器（25）所产生的声波频率各不相同，避免相互干扰，频率范围应以保证较好的测试效果为宜，且保证人身安全。