CN104280326A - 一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，包括模拟井筒、侵入室与数据采集装置，所述模拟井筒上开设有窗口，所述侵入室内装有地层模块，侵入室密封连接在模拟井筒的窗口处，在侵入室上设置有电极，在侵入室的出口端设置有滤失流量测量装置，所述数据采集装置包括数据采集控制器与计算机，所述电极与数据采集控制器连接，数据采集控制器与计算机连接。本发明具备模拟程度逼真、可视化、精度高、操作简单等特征；该装置适用于淡水泥浆、盐水泥浆条件地层模块泥浆侵入实验测量，研究泥浆侵入对储层电测井响应的影响，为建立储层测井响应泥浆侵入校正模型提供实验数据，对提高国内泥浆侵入研究能力意义重大。

Description

一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置

技术领域

本发明涉及储层岩石物理实验检测技术，具体的说是一种通过电阻检测方法确定泥浆滤液侵入深度的实验测量装置。

背景技术

过平衡钻井施工时泥浆滤液在井眼内外压力差下进入储层，改变井周储层孔隙流体的原始状态，形成的泥浆侵入带导致地球物理测井数据失真，造成油气层的误判、漏判，降低了储层测井评价的精度，需要借助泥浆侵入校正模型减小侵入带对测量的不利影响。泥浆滤液侵入深度是泥浆侵入校正模型的关键参数，需要通过实验建立泥浆滤液侵入深度与过平衡压力差、侵入时间、泥浆类型等参数的经验公式，因此需要一种能够确定不同侵入时间对应的侵入深度的测量装置。目前，已有的泥浆滤液侵入深度测量装置有两种类型：柱塞长岩心泥浆侵入实验装置，基于填砂模型的泥浆侵入室实验装置。柱塞长岩心泥浆侵入实验装置模拟的滤液渗流形态是水平线性流，而井下实际情况是平面径向流，模拟程度不够逼真；实验岩心尺寸小，模拟的侵入时间较短，与实际钻井条件差距较大。基于填砂模型的泥浆侵入室实验装置中模型的物性条件、渗流特征与储层实际条件差别较大，限制了实验所得侵入规律的推广应用。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，包括模拟井筒、侵入室与数据采集装置，所述模拟井筒上开设有窗口，所述侵入室内装有地层模块，侵入室密封连接在模拟井筒的窗口处，在侵入室上设置有电极，在侵入室的出口端设置有滤失流量测量装置，所述数据采集装置包括数据采集控制器与计算机，所述电极与数据采集控制器连接，数据采集控制器与计算机连接。

优选的，所述模拟井筒分别连接加料仓与加压泵，在模拟井筒的井轴位置安装搅拌轴，搅拌轴与搅拌电机传动连接，在搅拌轴上设置有叶轮。

优选的，所述侵入室呈扇形结构，侵入室包括壳体与封板，壳体前后两端及顶面开口，截面呈U形，内部形成容纳地层模块的腔室，封板安装在壳体顶面，在壳体底面与封板上均设置有电极；所述地层模块也呈扇形结构，地层模块与侵入室的大小相适配。

优选的，所述侵入室配备用于密封地层模块四个侧面的绝缘胶皮套，绝缘胶皮套呈前后两端开口的扇形结构，在绝缘胶皮套的上、下表面均设置有与侵入室上电极相接触的电极头。

优选的，所述侵入室在封板与壳体底面上沿着径向非等间距布设8对铜电极，上下铜电极位置对称，相应的所述绝缘胶皮套的上、下表面沿着径向非等间距布设8对铜电极头，上下铜电极头位置对称，相邻铜电极之间的间距与相邻铜电极头之间的间距相同；侵入室上的8对铜电极与绝缘胶皮套上的8对铜电极头均采用内密外疏的结构布置，以靠近模拟井筒的方向为内，远离模拟井筒的方向为外。

优选的，由内到外，相邻铜电极或相邻铜电极头之间的间距依次为32、40、48、56、60、80、100，单位mm。

优选的，所述电极包括电极引线、顶针、压帽、尼龙套、弹簧与铜电极头，电极引线穿过顶针与铜电极头连接，顶针置于尼龙套内，尾部露出，铜电极头设置在尼龙套的端部，弹簧设置在顶针头部与尼龙套之间，所述压帽设置在尼龙套的外侧，并与侵入室封板或壳体底面固定连接。

优选的，所述尼龙套在与绝缘胶皮套的接触端面上设置有密封圈，所述尼龙套与铜电极头之间也设置有密封圈。

优选的，所述滤失流量测量装置包括带刻度玻璃管，所述带刻度玻璃管的开口端接滤液输送管出口端流出的滤液，滤液输送管的进口端连接侵入室出口端，所述带刻度玻璃管的底端连接放空管，在放空管上设置有放空阀，所述带刻度玻璃管的一侧设置有摄像头，摄像头通过视频记录终端连接显示器。

优选的，所述电极与航空插头母座连接，所述数据采集控制器与航空插头连接，航空插头插接在航空插头母座上。

相对于现有技术，本发明的有益技术效果是：

本发明设计的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置具备模拟程度逼真、可视化、精度高、操作简单等特征；该装置适用于淡水泥浆、盐水泥浆条件地层模块泥浆侵入实验测量，研究泥浆侵入对储层电测井响应的影响，为建立储层测井响应泥浆侵入校正模型提供实验数据，对提高国内泥浆侵入研究能力意义重大。

附图说明

附图1是确定泥浆滤液侵入深度测量装置的一种实施方式的结构示意图。

附图2是侵入室俯视图。

附图3是侵入室侧视图。

附图4是电极结构示意图。

附图5是绝缘胶皮套示意图。

附图6是电极在侵入室上固定的局部结构示意图。

附图7是数据采集装置的连接示意图。

附图8是滤失流量测量装置结构示意图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明、技术细节及具体操作过程，结合附图详述如下。

如图1所示，一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，包括模拟井筒1、侵入室2与数据采集装置，所述模拟井筒1分别连接加料仓101与加压泵102，在模拟井筒1与加料仓101的连接管路上设置有加料阀103，在模拟井筒1的井轴位置安装搅拌轴104，搅拌轴104与设置于模拟井筒两端的搅拌电机105传动连接，在搅拌轴104上设置有叶轮106。所述模拟井筒1上开设有窗口107，所述侵入室2内装有地层模块3，侵入室2密封连接在模拟井筒1的窗口107处。在侵入室2上设置有电极4，在侵入室2的出口端设置有滤失流量测量装置。如图7所示，所述数据采集装置包括数据采集控制器5与计算机6，所述电极4与航空插头母座7连接，所述数据采集控制器5与航空插头8连接，航空插头8插接在航空插头母座7上。数据采集控制器5与计算机6连接。

如图6所示，所述滤失流量测量装置包括带刻度玻璃管801，所述带刻度玻璃管801的开口端接滤液输送管802出口端流出的滤液，滤液输送管802的进口端连接侵入室出口端。所述带刻度玻璃管801的底端连接放空管803，在放空管803上设置有放空阀804。所述带刻度玻璃管801的一侧设置有摄像头805，摄像头805通过视频记录终端806连接显示器807。

作为本发明的进一步改进，所述侵入室2呈扇形结构，如图2所示，侵入室2包括壳体201与封板202，壳体201前后两端及顶面开口，截面呈U形，内部形成容纳地层模块的腔室203，封板202安装在壳体201顶面。地层模块3从壳体顶面开口处放入腔室203中，然后用封板202将壳体201顶面封堵，在壳体201与封板202上的对应位置处设置有螺栓孔204，封板202与壳体201通过螺栓固定连接。所述地层模块3也呈扇形结构，地层模块3与侵入室2的大小相适配。所述侵入室2还配备绝缘胶皮套205，如图5所示，绝缘胶皮套205呈前后两端开口的扇形结构，用于密封地层模块的四个侧面。在侵入室壳体201底面与封板202上沿着径向非等间距布设8对铜电极4，上下铜电极位置对称，相应的在绝缘胶皮套205的上、下表面沿着径向非等间距布设8对铜电极头206，上下铜电极头位置对称。地层模块3在套上绝缘胶皮套205后再装入侵入室2，此时铜电极头206的一端与地层模块3接触，另一端与侵入室2上设置的电极接触。如图3所示，侵入室上的8对铜电极4与绝缘胶皮套上的8对铜电极头206均采用内密外疏的结构布置，以靠近模拟井筒1的方向为内，远离模拟井筒1的方向为外，以适应泥浆侵入过程中近井壁地层电阻变化快的特征；且绝缘胶皮套的上、下表面相邻铜电极头之间的间距与相邻铜电极之间的间距相同。由内到外，相邻铜电极或相邻铜电极头之间的间距优选依次为32、40、48、56、60、80、100，单位mm。

进一步的，如图4、图6所示，所述电极4包括电极引线401、顶针402、压帽403、尼龙套404、弹簧405与铜电极头406。电极引线401穿过顶针402与铜电极头403连接，组装后该铜电极头403与绝缘胶皮套上的铜电极头206紧密接触。顶针402置于尼龙套404内，尾部露出，铜电极头403设置在尼龙套404的端部，弹簧405设置在顶针402头部与尼龙套404之间。所述压帽403设置在尼龙套404的外侧，并与侵入室封板202或壳体201底面固定连接，在封板与壳体底面上开设有固定孔。上述电极结构可实现铜电极头与侵入室不锈钢外壳的密封、绝缘要求。

实验过程中，地层模块中的溶液会从绝缘胶皮套与铜电极头之间的缝隙中透出，为了避免这些透出胶皮套的溶液与侵入室外壳接触导致电极短路，电极结构中还在溶液有可能突破的接触面上都设置了O型密封圈407。如所述尼龙套在与绝缘胶皮套的接触端面上设置有O型密封圈，所述尼龙套与铜电极头之间也设置有密封圈。

图1中模拟井筒上共开设8个窗口，分别布置在模拟井筒1的两侧，每侧4个。上述配备有电极的侵入室可设置2个，占用2个窗口，剩余窗口可供其他用途使用，如可与配备有压力传感器的侵入室连接等，暂时不需要时也可用封板封堵，具体内容在此不作详述。

上述侵入室装入地层模块后，通过千斤顶9将侵入室推靠至模拟井筒上，并加压密封，千斤顶9与液压控制装置10连接；随后模拟井筒注入泥浆，并用电机搅拌泥浆模拟泥浆循环对井壁的冲刷，用泥浆加压泵给井筒泥浆加压，模拟过平衡钻井时的压力差，与井下钻井施工时一样，此时泥浆滤液将在压力差作用下进入地层模块。泥浆侵入过程中井壁形成的泥饼有效延缓泥浆滤液的侵入速度，造成近井壁地层的电阻变化快，因此采用内密外疏的结构布置8对电极，上下电极位置对称，同侧8个电极之间的间距为32、40、48、56、60、80、100，单位mm。

为了使铜电极头与侵入室不锈钢外壳绝缘，采用图4所示的电极结构，铜电极头安装在绝缘尼龙套内；同时为保证侵入室腔体上的铜电极头与绝缘胶皮套上的铜电极头充分接触(如图6所示)，采用图4中的顶针加弹簧的结构，通过调节顶针松紧使铜电极头充分接触。实验过程中，地层模块中的溶液会从绝缘胶皮套与铜电极头之间的缝隙中透出，为了避免这些透出胶皮套的溶液与侵入室外壳接触导致电极短路，图4所示的电极结构中使用了O型密封圈，在溶液有可能突破的接触面上都设置了O型圈。

上述数据采集装置中，计算机内存储有数据采集软件，实验前通过数据采集软件设置采样参数(电流档位、采样间隔等)，并通过串口线将采样参数传送给数据采集控制器，实验过程中数据采集软件将数据采集控制器返回的采样数据按照固定格式存储，并实时显示在显示器上，实现泥浆侵入状态的动态展示，方便实验操作者掌握实验进程。上述数据采集控制器采用恒定电流法测量电阻，并且为了适应淡水泥浆、盐水泥浆不同的电阻变化范围，设计了三个电流档位，对应的量程分为10kΩ、100kΩ、10MΩ，实验时通过选择档位满足不同电阻范围的测量要求；并采用阵列扫描方式采集电阻，按照固定次序阵列扫描120个组合(每两个电极之间形成一个测量回路)的电阻值，为确定泥浆滤液到达的深度提供充足的数据，可通过数据采集软件设置采样间隔。

本发明提供的装置通过16个电极的阵列扫描方式测量地层模块的电阻分布，进而确定不同时刻泥浆滤液的侵入深度；结构合理，操作简单，适用于淡水泥浆、盐水泥浆条件地层模块泥浆侵入实验测量，研究泥浆侵入对储层电测井响应的影响，为建立泥浆侵入数学模型提供实验数据。

使用上述确定泥浆滤液侵入深度的测量装置进行实验时，具体的操作流程如下：

1、正式实验前，使用变阻箱刻度测量电路；

2、将饱和后的地层模块套上绝缘胶皮套(带电极头)，然后装入带电极的侵入室内，盖上不锈钢封板，用螺栓拧紧；

3、用航吊将装好的侵入室吊装到模拟井筒窗口上，千斤顶加压30MPa将侵入室推靠至井壁窗口上；

4、模拟井筒内充注地层模块饱和溶液，并用柱塞泵加压测试井壁窗口的密封性，若密封性不合格重新吊装侵入室；

5、将数据采集控制器上的航空插头与侵入室上电极的航空插头母座连接，并将数据采集控制器与计算机串口连接，在数据采集软件界面上设置电流档位、采样间隔、保存文件名及保存路径；

6、模拟井筒内充注泥浆，开启搅拌电机，并用泥浆加压泵加到实验设计压力，启动侵入室出口端的滤失流量测量装置，启动泥浆侵入数据采集软件；

7、等泥浆加压时间达到实验设计要求后，停止实验，放空井筒泥浆，吊出侵入室，取出地层模块；处理泥浆侵入数据。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：包括模拟井筒、侵入室与数据采集装置，所述模拟井筒上开设有窗口，所述侵入室内装有地层模块，侵入室密封连接在模拟井筒的窗口处，在侵入室上设置有电极，在侵入室的出口端设置有滤失流量测量装置，所述数据采集装置包括数据采集控制器与计算机，所述电极与数据采集控制器连接，数据采集控制器与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：所述模拟井筒分别连接加料仓与加压泵，在模拟井筒的井轴位置安装搅拌轴，搅拌轴与搅拌电机传动连接，在搅拌轴上设置有叶轮。

3.根据权利要求1所述的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：所述侵入室呈扇形结构，侵入室包括壳体与封板，壳体前后两端及顶面开口，截面呈U形，内部形成容纳地层模块的腔室，封板安装在壳体顶面，在壳体底面与封板上均设置有电极；所述地层模块也呈扇形结构，地层模块与侵入室的大小相适配。

4.根据权利要求3所述的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：所述侵入室配备用于密封地层模块四个侧面的绝缘胶皮套，绝缘胶皮套呈前后两端开口的扇形结构，在绝缘胶皮套的上、下表面均设置有与侵入室上电极相接触的电极头。

5.根据权利要求4所述的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：所述侵入室在封板与壳体底面上沿着径向非等间距布设8对铜电极，上下铜电极位置对称，相应的所述绝缘胶皮套的上、下表面沿着径向非等间距布设8对铜电极头，上下铜电极头位置对称，相邻铜电极之间的间距与相邻铜电极头之间的间距相同；侵入室上的8对铜电极与绝缘胶皮套上的8对铜电极头均采用内密外疏的结构布置，以靠近模拟井筒的方向为内，远离模拟井筒的方向为外。

6.根据权利要求5所述的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：由内到外，相邻铜电极或相邻铜电极头之间的间距依次为32、40、48、56、60、80、100，单位mm。

7.根据权利要求1所述的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：所述电极包括电极引线、顶针、压帽、尼龙套、弹簧与铜电极头，电极引线穿过顶针与铜电极头连接，顶针置于尼龙套内，尾部露出，铜电极头设置在尼龙套的端部，弹簧设置在顶针头部与尼龙套之间，所述压帽设置在尼龙套的外侧，并与侵入室封板或壳体底面固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：所述尼龙套在与绝缘胶皮套的接触端面上设置有密封圈，所述尼龙套与铜电极头之间也设置有密封圈。

9.根据权利要求1所述的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：所述滤失流量测量装置包括带刻度玻璃管，所述带刻度玻璃管的开口端接滤液输送管出口端流出的滤液，滤液输送管的进口端连接侵入室出口端，所述带刻度玻璃管的底端连接放空管，在放空管上设置有放空阀，所述带刻度玻璃管的一侧设置有摄像头，摄像头通过视频记录终端连接显示器。

10.根据权利要求1所述的一种确定泥浆滤液侵入深度的测量装置，其特征在于：所述电极与航空插头母座连接，所述数据采集控制器与航空插头连接，航空插头插接在航空插头母座上。