CN104406766A - 一种模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置，它包括模拟井筒系统、模拟井筒注气系统、模拟产层系统、数据采集及电子控制系统组成，模拟井筒注气系统与模拟井筒底端连通，模拟产层系统，与模拟井筒系统的耐压钢管（21）侧边连通，数据采集及电子控制系统的计算机终端（19）通过CAN总线（22）采集各压力传感器、流量计、高速摄像机（20）的信息和控制电磁阀A（16）、电磁阀B（13）和电磁阀C（10）的开闭。本发明的有益效果是：本发明所模拟的产层气体钻井井筒堵塞后井底压力积聚规律和堵塞解除后井筒气固两相瞬态流动规律与实际情况相符，具有代表性，对分析井下安全风险机理具有很好的指导意义。

Description

一种模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置

技术领域

本发明涉及石油工程钻井领域，特别是一种模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置。

背景技术

气体钻井因其具有提高机械钻速、克服井漏、保护储层等优势而广泛地被应用于钻井提速领域。近年来，国内开始逐渐将气体钻井应用于产层钻井领域，其中多井喜获高产，同时也发生多起因钻开高压产层引发的内防喷工具破坏、井口刺漏、密封失效等事故，引发严峻的安全风险。气体钻井揭开产层瞬间，由于井底存在的巨大压差，地层气体高速产出，同时井周地层压力快速释放，导致井周地应力变化，易引发井壁失稳导致井筒堵塞。井筒堵塞发生后，地面注入气体不能有效循环，同时地层气体仍在不断产出，造成堵塞面以下压力快速积聚，而堵塞面以上压力则不断降低，堵塞面上下巨大的压差将可能使井眼堵塞解除。但是井筒堵塞解除的同时，堵塞面下积聚的高压气体携带大量岩屑高速向井口返出，剧烈冲击井下钻具和地面管线等设备，将引发巨大的安全风险。因此研究产层气体钻井井筒堵塞后井底压力积聚规律和堵塞解除后气固两相运移规律有助于分析井下和地面安全风险，对保证气体钻井安全具有重要意义。目前对产层气体钻井井筒堵塞后井底压力积聚规律和解堵后气固两相运移规律尚不清楚，制约了气体钻井技术的应用。

在气体钻井领域，急需对产层气体钻井井筒堵塞-解堵机理进行研究，但是目前还没有相关的实验装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种实现模拟产层气体钻井井筒堵塞后井底压力积聚规律和解堵后气固两相运移规律的模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置，它包括模拟井筒系统、模拟井筒注气系统、模拟产层系统、数据采集及电子控制系统组成；

所述的模拟井筒系统下端为耐压钢管，上端为有机玻璃管，其中耐压钢管侧边开孔，其上安装有岩屑加装器，岩屑加装器通过针型阀A控制其开闭，岩屑加装器入口下方安装有钢制筛网，用于存放加装的岩屑，钢制筛网下方安装球形阀，球形阀上下各安装有一压力传感器；

所述的模拟井筒注气系统由空压机A、增压机A和针型阀B组成，在针型阀B和增压机A之间安装有流量计，模拟井筒注气系统出口处与模拟井筒系统底端连通；

所述的模拟产层系统由高压气源系统和长岩心夹持器系统组成，其中高压气源系统由依次连接的空压机B、增压机B、电磁阀A、储气罐、电磁阀B组成，在储气罐和电磁阀B之间安装有流量计和压力传感器；其中长岩心夹持器系统由岩心夹持器、人造岩心、手摇泵组成，手摇泵连接到岩心夹持器上，长岩心夹持器系统一端与高压气源系统的末端连通，另一端出口处依次安装有电磁阀C、压力传感器、流量计，并与模拟井筒系统的耐压钢管的连通，连通点位于球形阀的下方，岩心夹持器外侧安装有多个压力传感器；

所述的数据采集及电子控制系统由压力传感器、流量计、CAN总线、高速摄像机、计算机终端组成，所述的高速摄像机等间距安装在有机玻璃管侧边，计算机终端通过CAN总线采集各压力传感器、流量计、高速摄像机的信息和控制电磁阀A、电磁阀B和电磁阀C的开闭。

所述的有机玻璃管顶端出口处安装有岩屑收集袋。

所述的岩心夹持器外侧安装的压力传感器为四个，且等间距分布。

本发明具有以下优点：

（1）本发明能够模拟气体钻开产层时地层产气规律、井筒堵塞后井底压力积聚规律和堵塞解除后井筒气固两相流动规律，为分析井下安全风险机理具有很好的指导意义；

（2）在实验过程中，可根据实际模拟的储层参数，可选择不同的地层压力、不同的岩心参数，分析不同储层类型条件下地层的产气规律；

（3）在实验过程中，通过调整所述耐压钢管内球形阀的开度，可模拟不同堵塞程度下井底压力的变化规律和地层产气规律；

（4）在实验过程中，通过改变岩屑加装器加装的岩屑量和解堵压力，可模拟不同堵塞量和解堵压力条件下井筒气固两相运移规律。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图中，1-空压机A，2-增压机A，3-针型阀B，4-球形阀，5-钢制筛网，6-针型阀A，7-岩屑加装器，8-有机玻璃管，9-岩屑收集袋，10-电磁阀C，11-岩心夹持器，12-人造岩心，13-电磁阀B，14-手摇泵，15-储气罐，16-电磁阀A，17-增压机B，18-空压机B，19-计算机终端，20-高速摄像机，21-耐压钢管，22- CAN总线。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1所示，一种模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置，它包括模拟井筒系统、模拟井筒注气系统、模拟产层系统、数据采集及电子控制系统组成。

所述的模拟井筒系统下端为耐压钢管21，上端为有机玻璃管8，其中耐压钢管21侧边开孔，其上安装有岩屑加装器7，岩屑加装器7通过针型阀A6控制其开闭，岩屑加装器7入口下方安装有钢制筛网5，用于存放加装的岩屑，钢制筛网5下方安装球形阀4，关闭球形阀4，耐压钢管21下部即形成堵塞室，球形阀4上下各安装有一压力传感器。

所述的模拟井筒注气系统由空压机A1、增压机A2和针型阀B3组成，在针型阀B3和增压机A2之间安装有流量计，模拟井筒注气系统出口处与模拟井筒系统底端连通。

所述的模拟产层系统由高压气源系统和长岩心夹持器系统组成，其中高压气源系统由依次连接的空压机B18、增压机B17、电磁阀A16、储气罐15、电磁阀B13组成，在储气罐15和电磁阀B13之间安装有流量计和压力传感器；其中长岩心夹持器系统由岩心夹持器11、人造岩心12、手摇泵14组成，手摇泵14连接到岩心夹持器11上，岩心夹持器11作用是夹持人造岩心12，手摇泵14的作用是向人造岩心12加载围压，长岩心夹持器系统一端与高压气源系统的末端连通，另一端出口处依次安装有电磁阀C10、压力传感器、流量计，并与模拟井筒系统的耐压钢管21的连通，连通点位于球形阀4的下方，岩心夹持器11外侧安装有多个压力传感器，在本实施例中，岩心夹持器11外侧安装的压力传感器为四个，且等间距分布，用于采集模拟地层产气后地层压力的变化信息。

所述的数据采集及电子控制系统由压力传感器、流量计、CAN总线22、高速摄像机20、计算机终端19组成，所述的高速摄像机20等间距安装在有机玻璃管8侧边，计算机终端19通过CAN总线22采集各压力传感器、流量计、高速摄像机20的信息和控制电磁阀A16、电磁阀B13和电磁阀C10的开闭。

在本实施例中，所述的有机玻璃管8顶端出口处安装有岩屑收集袋9，岩屑收集袋9收集有机玻璃管8内返出的岩屑颗粒。

本发明的工作过程如下：

1、实验开始前，关闭所有阀门。

2、打开电磁阀A16，打开空压机B18和增压机B17，直至储气罐15和电磁阀B13之间的压力传感器读数达到设定压力值为止，关闭电磁阀A16。

3、通过手摇泵14对人造岩心12加载围压至设定值，打开电磁阀B13，直至岩心夹持器11外侧安装的压力传感器读数稳定。

4、打开球形阀4和针型阀B3，根据设定参数开启空压机A1和增压机A2，针型阀B3和增压机A2之间的流量计和球形阀4下方安装的压力传感器可测定模拟井筒注气系统的注气量和该注气量下的井底压力变化。

5、打开电磁阀C10，长岩心夹持器系统出口处的流量计即可测定出井筒-地层耦合条件下气体钻井钻开气层地层瞬态产气变化规律，球形阀4下方安装的压力传感器测量产气后井底压力变化规律，岩心夹持器11外侧安装的压力传感器可测量出产气后地层压力衰减规律。

6、关闭球形阀4，即可实现井筒完全堵塞情况的模拟，长岩心夹持器系统出口处的流量计测定井筒堵塞后地层产气变化规律，岩心夹持器11外侧安装的压力传感器测定堵塞后地层压力的变化规律，球形阀4下方安装的压力传感器测定堵塞后井底压力积聚规律。

7、打开针型阀A6，通过岩屑加装器7加载一定量的岩屑颗粒至钢制筛网5上，打开球形阀4，即实现对井筒堵塞解除瞬间气固两相运移的模拟，其中球形阀4上方安装的压力传感器可测定出堵塞解除后堵塞面上方环空压力的瞬态变化信息，高速摄像机20可观察堵塞解除后岩屑高速运移规律。 

Claims (3)

1.一种模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置，其特征在于：它包括模拟井筒系统、模拟井筒注气系统、模拟产层系统、数据采集及电子控制系统组成；

所述的模拟井筒系统下端为耐压钢管（21），上端为有机玻璃管（8），其中耐压钢管（21）侧边开孔，其上安装有岩屑加装器（7），岩屑加装器（7）通过针型阀A（6）控制其开闭，岩屑加装器（7）入口下方安装有钢制筛网（5），用于存放加装的岩屑，钢制筛网（5）下方安装球形阀（4），球形阀（4）上下各安装有一压力传感器；

所述的模拟井筒注气系统由空压机A（1）、增压机A（2）和针型阀B（3）组成，在针型阀B（3）和增压机A（2）之间安装有流量计，模拟井筒注气系统出口处与模拟井筒系统底端连通；

所述的模拟产层系统由高压气源系统和长岩心夹持器系统组成，其中高压气源系统由依次连接的空压机B（18）、增压机B（17）、电磁阀A（16）、储气罐（15）、电磁阀B（13）组成，在储气罐（15）和电磁阀B（13）之间安装有流量计和压力传感器；其中长岩心夹持器系统由岩心夹持器（11）、人造岩心（12）、手摇泵（14）组成，手摇泵（14）连接到岩心夹持器（11）上，长岩心夹持器系统一端与高压气源系统的末端连通，另一端出口处依次安装有电磁阀C（10）、压力传感器、流量计，并与模拟井筒系统的耐压钢管（21）的连通，连通点位于球形阀（4）的下方，岩心夹持器（11）外侧安装有多个压力传感器；

所述的数据采集及电子控制系统由压力传感器、流量计、CAN总线（22）、高速摄像机（20）、计算机终端（19）组成，所述的高速摄像机（20）等间距安装在有机玻璃管（8）侧边，计算机终端（19）通过CAN总线（22）采集各压力传感器、流量计、高速摄像机（20）的信息和控制电磁阀A（16）、电磁阀B（13）和电磁阀C（10）的开闭。

2.根据权利要求1所述的一种模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置，其特征在于：所述的有机玻璃管（8）顶端出口处安装有岩屑收集袋（9）。

3.根据权利要求1所述的一种模拟产层气体钻井井筒堵塞-解堵实验装置，其特征在于：所述的岩心夹持器（11）外侧安装的压力传感器为四个，且等间距分布。