CN104835405B - 一种模拟溢流期间压井的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟溢流期间压井的实验方法。首先，组装实验装置，第二，钻井液正循环实验方法，第三，气体溢流过程实验方法，第四，地层液相流体实验方法，第五，气液两相流体溢流实验方法，可以实现司钻法压井模拟实验，可以实现工程师法压井模拟实验，可以实现反循环法压井模拟实验。有益效果是：本发明通过专门设计的实验装置，实现了司钻法模拟实验、工程师法模拟实验、反循环法压模拟实验，不仅可以激发学生学习的积极性提高学习效率，加深学生对压井方法的理解和掌握，还可以提高学生的工程实践能力，掌握三种压井方法具体的压井工艺过程，从而理解三种压井方法的优缺点，为以后工作处理溢流井涌等紧急情况打下基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种油气开发领域的实验方法，特别涉及一种模拟溢流期间压井的实验方法。
背景技术
溢流、井涌发生后，最主要的处理方法就是压井，先将侵入井筒的流体排出，将受污染的钻井液排出，然后再使用加重钻井液重新建立井底的压力平衡。由于学生在生产实习过程中接触不到溢流、井涌，不会看到如何进行压井，更不会进行相关的操作。目前国内外对溢流过程中的压井知识仅是进行理论讲解，缺乏相关的模拟教学实验方法，缺少动手实践的机会，学生理解不够深入。
中国专利文献号为102418509A公开了《一种控制压力钻井技术室内试验系统及方法》，可以完成对控制压力钻井节流管汇和采集控制系统的室内试验。试验系统包括钻井地面注入模拟系统、钻柱模拟系统、地层模拟系统、环空模拟系统和控制压力回压系统。试验系统可以模拟立压、套压、井底压力、钻柱和环空压力损失以及钻井过程中的循环、接单根、漏失和井涌的各种情况。其存在的问题是，并不是专用于溢流、井涌发生后的压井模拟，所以，并不能对学生理解压井带来太好的效果。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种模拟溢流期间压井的实验方法，通过在压井过程中的亲自操作，能够理解司钻法、工程师法、反循环法压井的原理，了解三种压井方法的优缺点，掌握三种压井方法的工艺过程。
一种模拟溢流期间压井的实验方法，其技术方案是：包括以下步骤：
首先，组装实验装置，所述实验装置包括有机玻璃内管（1）、有机玻璃外管（2）、内旋转电机（3）、第一气液分离器（25）、第二气液分离器（38）、钻井液储存罐（8）、加重钻井液储存罐（13）、空气压缩机（17）、地层液相流体储存罐（21）、气液两相混合器（18）、计算机（26），所述的有机玻璃内管（1）、有机玻璃外管（2）组成实验观察管路，且实验观察管路的顶部和底部分别通过管路连接到钻井液储存罐（8）、加重钻井液储存罐（13）和地层液相流体储存罐（21），形成多个循环管路；
第二，钻井液正循环实验方法是钻井液从钻井液储存罐（8）中流出，经钻井液计量泵（7）、压力控制阀（23）、压力控制阀（29），通过管道进入井筒，然后经内旋转电机（3）、第一单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、有机玻璃内外管环空流出井筒，再经第五压力控制阀（32）、管道、第一气液分离器（25）及管道返回到钻井液储存罐（8）；
第三，气体溢流过程实验方法是保持钻井液正循环，打开空气压缩机（17），调整第六压力控制阀（33）大小，观察气体管路压力表（15），大于井底压力表（36）时，打开阀门（35），气体经气液混合器（18），由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气体溢流，然后气液混合流体经套压表（24）、第五压力控制阀（32）、管路进入第一气液分离器（25），经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐（8）；
第四，地层液相流体实验方法是保持钻井液正常循环，关闭第六压力控制阀（33），打开地层液相流体储存罐（21）、地层液相流体计量泵（28），调整第七压力控制阀（34）大小，观察地层液相流体管路压力表（19），大于井底压力表（36）时，打开阀门（35），地层液相流体经气液混合器（18），由管道进入有机玻璃内外管环空，形成地层液相流体溢流，然后气液混合流体经套压表（24）、第五压力控制阀（32）、管路进入第一气液分离器（25），经回流管路流到钻井液储存罐；
第五，气液两相流体溢流实验方法是保持钻井液正常循环，同时打开六压压力控制阀（33）和第七压力控制阀（34）并调整大小，观察气相流量计（16）、气体管路压力表（15），地层液相流体流量计（20）、地层液相流体管路压力计（19），当气体管路压力计（15）和地层液相流体管路压力计（19）之和大于井底压力表（36）时，打开阀门（35），气液混合器（18）混合后，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气液两相流体溢流，然后气液混合流体经套压表（24）、第五压力控制阀（32）、管路进入气液分离器（25），经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐。
优选的，本发明提到的实验装置可以实现司钻法压井模拟实验，具体是：
关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），关闭空气压缩机（17）、地层液相流体计量泵（28）、第六压力控制阀门（33）、第七压力控制阀门（34）、阀门（35），重新打开钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），钻井液经第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）、第一单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、第二单流阀（39）、有机玻璃内外管环空、套压表（24）、第五压力控制阀（32）、气液分离器（25），将地层流体排出井筒，保持钻井液循环一周，关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），打开加重钻井液计量泵（12）、第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29），加重钻井液经压力控第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）、第一单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、第二单流阀（39）、有机玻璃内外管环空、套压表（24）、压力控制阀（32）、气液分离器（25），经管路流回钻井液储存罐，加重钻井液循环一周，完成司钻法压井。
进一步优选的，本发明提到的实验装置可以实现工程师法压井模拟实验，具体是：
形成地层流体溢流后，关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），关闭空气压缩机（17）、地层液相流体计量泵（28）、第六压力控制阀门（33）、第七压力控制阀门（34）、阀门（35），打开加重钻井液计量泵（12）、第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29），加重钻井液经第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）、第一单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、第二单流阀（39）、有机玻璃内外管环空、套压表（24）、压力控制阀（32）、气液分离器（25），将地层流体排出井筒，分离后的钻井液经管路流回钻井液储存罐，加重钻井液循环一周，完成工程师法压井。
更进一步优选的，本发明提到的实验装置可以实现反循环法压井模拟实验，具体是：
拆除第一单流阀（4）、第二单流阀（39）；形成地层流体溢流后，关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），关闭空气压缩机（17）、地层液相流体计量泵（28）、第六压力控制阀门（33）、第七压力控制阀门（34）、阀门（35），重新打开钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀门（23）、第三压力控制阀门（30），钻井液经第一压力控制阀门（23）、第三压力控制阀门（30）、套压表（24）、有机玻璃内外管环空、有机玻璃内管、内旋转电机（3）、立压表（37）、第八压力控制阀（40）、第二气液分离器（38），将地层流体排出井筒，分离后的气体直接排放到大气中、钻井液回流到钻井液储存罐，保持钻井液反循环一周；关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀门（23）、第三压力控制阀门（30），打开加重钻井液计量泵（12）、第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29），加重钻井液经第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）、单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、单流阀（39）、有机玻璃内外管环空、套压表（24）、压力控制阀（32）、气液分离器（25），经管路流回钻井液储存罐，加重钻井液循环一周，完成反循环法压井。
本发明的有益效果是：本发明通过专门设计的实验装置，实现了司钻法模拟实验、工程师法模拟实验、反循环法压模拟实验，不仅可以激发学生学习的积极性提高学习效率，加深学生对压井方法的理解和掌握，还可以提高学生的工程实践能力，掌握三种压井方法具体的压井工艺过程，从而理解三种压井方法的优缺点，为以后工作处理溢流井涌等紧急情况打下基础。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
上图中：有机玻璃内管1、有机玻璃外管2、内旋转电机3、第一单流阀4、钻井液循环管路压力计5、钻井液流量计6、钻井液计量泵7、钻井液储存罐8、钻井液染色装置9、加重钻井液循环管路压力计10、加重钻井液流量计11、加重钻井液计量泵12、加重钻井液储存罐13、加重钻井液染色装置14、气体管路压力计15、气体流量计16、空气压缩机17、气液两相混合器18、地层液相流体管路压力计19、地层液相流体流量计20、地层液相流体储存罐21、地层液相流体染色装置22、第一压力控制阀门23、套压表24、第一气液分离器25、计算机26、控制机柜27、地层液相流体计量泵28、第二压力控制阀门29、第三压力控制阀门30、第四压力控制阀门31、第五压力控制阀门32、第六压力控制阀门33、第七压力控制阀门34、阀门35、井底压力表36、立压表37、第二气液分离器38、第二单流阀39、第八压力控制阀门40。
具体实施方式
参照附图1，本发明提到的一种模拟溢流期间压井的实验方法，包括以下步骤：
首先，组装实验装置，所述实验装置包括有机玻璃内管1、有机玻璃外管2、内旋转电机3、第一气液分离器25、第二气液分离器38、钻井液储存罐8、加重钻井液储存罐13、空气压缩机17、地层液相流体储存罐21、气液两相混合器18、计算机26，所述的有机玻璃内管1、有机玻璃外管2组成实验观察管路，且实验观察管路的顶部和底部分别通过管路连接到钻井液储存罐8、加重钻井液储存罐13和地层液相流体储存罐21，形成多个循环管路；
第二，钻井液正循环实验方法是钻井液从钻井液储存罐8中流出，经钻井液计量泵7、压力控制阀23、压力控制阀29，通过管道进入井筒，然后经内旋转电机3、第一单流阀4、有机玻璃内管1、有机玻璃内外管环空流出井筒，再经第五压力控制阀32、管道、第一气液分离器25及管道返回到钻井液储存罐8；
第三，气体溢流过程实验方法是保持钻井液正循环，打开空气压缩机17，调整第六压力控制阀33大小，观察气体管路压力表15，大于井底压力表36时，打开阀门35，气体经气液混合器18，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气体溢流，然后气液混合流体经套压表24、第五压力控制阀32、管路进入第一气液分离器25，经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐8；
第四，地层液相流体实验方法是保持钻井液正常循环，关闭第六压力控制阀33，打开地层液相流体储存罐21、地层液相流体计量泵28，调整第七压力控制阀34大小，观察地层液相流体管路压力表19，大于井底压力表36时，打开阀门35，地层液相流体经气液混合器18，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成地层液相流体溢流，然后气液混合流体经套压表24、第五压力控制阀32、管路进入第一气液分离器25，经回流管路流到钻井液储存罐；
第五，气液两相流体溢流实验方法是保持钻井液正常循环，同时打开六压压力控制阀33和第七压力控制阀34并调整大小，观察气相流量计16、气体管路压力表15，地层液相流体流量计20、地层液相流体管路压力计19，当气体管路压力计15和地层液相流体管路压力计19之和大于井底压力表36时，打开阀门35，气液混合器18混合后，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气液两相流体溢流，然后气液混合流体经套压表24、第五压力控制阀32、管路进入气液分离器25，经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐。
优选的，本发明提到的实验装置可以实现司钻法压井模拟实验，具体是：
关闭钻井液计量泵7、第一压力控制阀23、第二压力控制阀门29，关闭空气压缩机17、地层液相流体计量泵28、第六压力控制阀门33、第七压力控制阀门34、阀门35，重新打开钻井液计量泵7、第一压力控制阀23、第二压力控制阀门29，钻井液经第一压力控制阀23、第二压力控制阀门29、立压表37、内旋转电机3、第一单流阀4、有机玻璃内管1、第二单流阀39、有机玻璃内外管环空、套压表24、第五压力控制阀32、气液分离器25，将地层流体排出井筒，保持钻井液循环一周，关闭钻井液计量泵7、第一压力控制阀23、第二压力控制阀门29，打开加重钻井液计量泵12、第四压力控制阀门31、第二压力控制阀门29，加重钻井液经压力控第四压力控制阀门31、第二压力控制阀门29、立压表37、内旋转电机3、第一单流阀4、有机玻璃内管1、第二单流阀39、有机玻璃内外管环空、套压表24、压力控制阀32、气液分离器25，经管路流回钻井液储存罐，加重钻井液循环一周，完成司钻法压井。
进一步优选的，本发明提到的实验装置可以实现工程师法压井模拟实验，具体是：
形成地层流体溢流后，关闭钻井液计量泵7、第一压力控制阀23、第二压力控制阀门29，关闭空气压缩机17、地层液相流体计量泵28、第六压力控制阀门33、第七压力控制阀门34、阀门35，打开加重钻井液计量泵12、第四压力控制阀门31、第二压力控制阀门29，加重钻井液经第四压力控制阀门31、第二压力控制阀门29、立压表37、内旋转电机3、第一单流阀4、有机玻璃内管1、第二单流阀39、有机玻璃内外管环空、套压表24、压力控制阀32、气液分离器25，将地层流体排出井筒，分离后的钻井液经管路流回钻井液储存罐，加重钻井液循环一周，完成工程师法压井。
更进一步优选的，本发明提到的实验装置可以实现反循环法压井模拟实验，具体是：
拆除第一单流阀4、第二单流阀39；形成地层流体溢流后，关闭钻井液计量泵7、第一压力控制阀23、第二压力控制阀门29，关闭空气压缩机17、地层液相流体计量泵28、第六压力控制阀门33、第七压力控制阀门34、阀门35，重新打开钻井液计量泵7、第一压力控制阀门23、第三压力控制阀门30，钻井液经第一压力控制阀门23、第三压力控制阀门30、套压表24、有机玻璃内外管环空、有机玻璃内管、内旋转电机3、立压表37、第八压力控制阀40、第二气液分离器38，将地层流体排出井筒，分离后的气体直接排放到大气中、钻井液回流到钻井液储存罐，保持钻井液反循环一周；关闭钻井液计量泵7、第一压力控制阀门23、第三压力控制阀门30，打开加重钻井液计量泵12、第四压力控制阀门31、第二压力控制阀门29，加重钻井液经第四压力控制阀门31、第二压力控制阀门29、立压表37、内旋转电机3、单流阀4、有机玻璃内管1、单流阀39、有机玻璃内外管环空、套压表24、压力控制阀32、气液分离器25，经管路流回钻井液储存罐，加重钻井液循环一周，完成反循环法压井。
本发明通过实验装置实现在压井过程中的亲自操作，能够理解司钻法、工程师法、反循环法压井的原理，了解三种压井方法的优缺点，掌握三种压井方法的工艺过程，而且有了更形象、深刻的了解，可以激发学生学习的积极性，提高了他们的工程实践能力，为以后更快的适应钻井现场工作打下了基础。
Claims (4)
1.一种模拟溢流期间压井的实验方法，其特征是：包括以下步骤：
首先，组装实验装置，所述实验装置包括有机玻璃内管（1）、有机玻璃外管（2）、内旋转电机（3）、第一气液分离器（25）、第二气液分离器（38）、钻井液储存罐（8）、加重钻井液储存罐（13）、空气压缩机（17）、地层液相流体储存罐（21）、气液两相混合器（18）、计算机（26），所述的有机玻璃内管（1）、有机玻璃外管（2）组成实验观察管路，且实验观察管路的顶部通过管路连接到钻井液储存罐（8）和加重钻井液储存罐（13），底部通过管路连接到地层液相流体储存罐（21），形成多个循环管路；
第二，钻井液正循环实验方法是钻井液从钻井液储存罐（8）中流出，经钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），通过管道进入井筒，然后经内旋转电机（3）、第一单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、有机玻璃内外管环空流出井筒，再经第五压力控制阀（32）、管道、第一气液分离器（25）及管道返回到钻井液储存罐（8）；
第三，气体溢流过程实验方法是保持钻井液正循环，打开空气压缩机（17），调整第六压力控制阀门（33）大小，观察气体管路压力计（15），大于井底压力表（36）时，打开阀门（35），气体经气液两相混合器（18），由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气体溢流，然后气液混合流体经套压表（24）、第五压力控制阀门（32）、管路进入第一气液分离器（25），经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐（8）；
第四，地层液相流体实验方法是保持钻井液正常循环，关闭第六压力控制阀门（33），打开地层液相流体储存罐（21）、地层液相流体计量泵（28），调整第七压力控制阀门（34）大小，观察地层液相流体管路压力计（19），大于井底压力表（36）时，打开阀门（35），地层液相流体经气液两相混合器（18），由管道进入有机玻璃内外管环空，形成地层液相流体溢流，然后气液混合流体经套压表（24）、第五压力控制阀门（32）、管路进入第一气液分离器（25），经回流管路流到钻井液储存罐；
第五，气液两相流体溢流实验方法是保持钻井液正常循环，同时打开第六压力控制阀门（33）和第七压力控制阀门（34）并调整大小，观察气相流量计（16）、气体管路压力计（15），地层液相流体流量计（20）、地层液相流体管路压力计（19），当气体管路压力计（15）和地层液相流体管路压力计（19）之和大于井底压力表（36）时，打开阀门（35），气液两相混合器（18）混合后，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气液两相流体溢流，然后气液混合流体经套压表（24）、第五压力控制阀门（32）、管路进入第一气液分离器（25），经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐；
所述的实验装置中，钻井液储存罐（8）的左端依次连接钻井液计量泵（7）、钻井液流量计（6）、钻井液循环管路压力计（5）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）和实验观察管路的顶部，钻井液储存罐（8）的右端连接钻井液染色装置（9）后，一路连接第二气液分离器（38），另一路连接第一气液分离器（25）；
所述加重钻井液储存罐（13）的左端依次连接加重钻井液计量泵（12）、加重钻井液流量计（11）、加重钻井液循环管路压力计（10）、第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）和实验观察管路的顶部；
所述地层液相流体储存罐（21）的下端依次连接地层液相流体计量泵（28）、地层液相流体流量计（20）、地层液相流体管路压力计（19）、气液两相混合器（18），气液两相混合器（18）的底部连接实验观察管路的底部，气液两相混合器（18）的上端连接气体管路压力计（15）、气体流量计（16）和空气压缩机（17）。
2.根据权利要求1所述的模拟溢流期间压井的实验方法，其特征是：所述的实验装置可以实现司钻法压井模拟实验，具体是：
关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），关闭空气压缩机（17）、地层液相流体计量泵（28）、第六压力控制阀门（33）、第七压力控制阀门（34）、阀门（35），重新打开钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），钻井液经第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）、第一单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、第二单流阀（39）、有机玻璃内外管环空、套压表（24）、第五压力控制阀门（32）、第一气液分离器（25），将地层流体排出井筒，保持钻井液循环一周，关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），打开加重钻井液计量泵（12）、第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29），加重钻井液经压力控第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）、第一单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、第二单流阀（39）、有机玻璃内外管环空、套压表（24）、第五压力控制阀门（32）、第一气液分离器（25），经回流管路流回钻井液储存罐，加重钻井液循环一周，完成司钻法压井。
3.根据权利要求1所述的模拟溢流期间压井的实验方法，其特征是：所述的实验装置可以实现工程师法压井模拟实验，具体是：
形成地层流体溢流后，关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），关闭空气压缩机（17）、地层液相流体计量泵（28）、第六压力控制阀门（33）、第七压力控制阀门（34）、阀门（35），打开加重钻井液计量泵（12）、第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29），加重钻井液经第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）、第一单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、第二单流阀（39）、有机玻璃内外管环空、套压表（24）、第五压力控制阀门（32）、第一气液分离器（25），将地层流体排出井筒，分离后的钻井液经回流管路流回钻井液储存罐，加重钻井液循环一周，完成工程师法压井。
4.根据权利要求1所述的模拟溢流期间压井的实验方法，其特征是：所述的实验装置可以实现反循环法压井模拟实验，具体是：
拆除第一单流阀（4）、第二单流阀（39）；形成地层流体溢流后，关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第二压力控制阀门（29），关闭空气压缩机（17）、地层液相流体计量泵（28）、第六压力控制阀门（33）、第七压力控制阀门（34）、阀门（35），重新打开钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀（23）、第三压力控制阀门（30），钻井液经第一压力控制阀门（23）、第三压力控制阀门（30）、套压表（24）、有机玻璃内外管环空、有机玻璃内管、内旋转电机（3）、立压表（37）、第八压力控制阀（40）、第二气液分离器（38），将地层流体排出井筒，分离后的气体直接排放到大气中、钻井液回流到钻井液储存罐，保持钻井液反循环一周；关闭钻井液计量泵（7）、第一压力控制阀门（23）、第三压力控制阀门（30），打开加重钻井液计量泵（12）、第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29），加重钻井液经第四压力控制阀门（31）、第二压力控制阀门（29）、立压表（37）、内旋转电机（3）、单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、单流阀（39）、有机玻璃内外管环空、套压表（24）、第五压力控制阀门（32）、第一气液分离器（25），经回流管路流回钻井液储存罐，加重钻井液循环一周，完成反循环法压井。
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| CN201510192706.7A CN104835405B (zh) | 2015-04-22 | 2015-04-22 | 一种模拟溢流期间压井的实验方法 |
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