CN106153677A - 一种堵漏凝胶抗稀释能力评价装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种堵漏凝胶抗稀释能力评价装置及方法，属于油田钻井的参数测定的实验装置领域。所述装置包括裂缝模拟部件、稀释液传送部件和控制处理部件；所述控制处理部件包括计算机和有机碳分析仪；所述裂缝模拟部件包括缸体、一端伸入缸体内腔的模拟钻具；所述模拟钻具为中空结构；在所述缸体上开有孔，模拟裂缝与该孔密封连通；所述稀释液传送部件包括储液罐、进液管线和出液管线；所述进液管线的一端与模拟钻具位于缸体外的一端连接，另一端与储液罐连通；在所述缸体顶部设有缸体盖，在缸体盖上开有出液口，所述出液管线的一端与该出液口连通，另一端与储液罐连通。

Description

一种堵漏凝胶抗稀释能力评价装置及方法

技术领域

本发明属于油田钻井的参数测定的实验装置领域，具体涉及一种堵漏凝胶抗稀释能力评价装置及方法。

背景技术

随着油田勘探的逐渐深入，钻井过程中遇到的井漏问题也越来越多，尤其是恶性漏失问题。钻井恶性漏失处理不及时将会耗费大量钻井液，造成严重的经济损失并影响工程进度，若处理不当，还将诱发卡钻、井喷和井塌等一系列井下复杂情况乃至井眼报废，遇到高压高含硫气层将危及人身安全和环境污染，造成重大安全事故和社会影响。

目前，隔断式特种凝胶段塞堵漏是应对钻井恶性漏失的主要堵漏方式，即应用凝胶堵漏剂进入漏层，该凝胶在漏层中能够停止流动并充满裂缝与孔洞空间，形成能隔断地层内部流体与井筒流体的“段塞”，该“段塞”的启动压力大于钻井液压力与地层流体压力的差，从而达到堵漏的目的。但现场应用中，如果凝胶的抗稀释能力不强，即凝胶与其他流体接触或相混历经稀释而导致浓度降低或本体结构强度降入，则直接影响堵漏效果，甚至造成堵漏失败，尤其是对于使用凝胶做“段塞”并尾追水泥的堵漏方式。因此，评价堵漏凝胶的抗稀释能力对有效封堵恶性漏失具有重要意义。根据调研，尚未有专门针对堵漏凝胶抗稀释能力的评价装置，仅有利用简易工具评价凝胶抗稀释能力的方法介绍。如2012年第33卷第4期王平全在《用于钻井堵漏和封堵的特种凝胶抗冲洗性能》中介绍的“筛余法”，是利用等体系的凝胶经不同时间稀释后过20目筛网，通过对比稀释前后凝胶体积的变化率来判定凝胶的抗稀释能力。具体地，通过定时测量溶解在水溶液中聚合物的浓度值来评价凝胶的抗稀释能力的。在该测定方法中，凝胶是放置在特制的口袋中的，这与实际堵漏施工中，凝胶是段塞到地层裂缝的情况有很大出入；其次，凝胶是放在水浴中通过搅拌稀释的，通过搅拌稀释凝胶的过程与实际堵漏施工中流体冲刷挤入裂缝的凝胶的一端来稀释凝胶的过程不存在相似性，且实验温度并不能模拟高于100℃以上的地层温度；另外，利用乌氏粘度计测定的溶解在水中聚合物的浓度值受实验环境和人为操作因素影响较大，由于浓度值是定时测定的，所以并不能准确描述时间间隔内凝胶的抗稀释能力。因此，在利用筛网筛余水中凝胶的时候，筛余时间的准确把握、实验环境条件和筛余过程中筛网的抖动频率均会对实验结果产生影响。另外，“筛余法”是未模拟井下的高温地层环境中操作的实验方法，实验过程也没有模拟井筒流体的冲刷“段塞”中凝胶的过程，从而使测定的实验结果并不能完全表征井下堵漏凝胶的抗稀释能力。

因此，需要研发一种可以模拟井下高温地层环境和井筒流体冲刷“段塞”凝胶的实验环境，且受人为因素影响较小的用于评价堵漏凝胶抗稀释能力的装置，以便优选钻井堵漏凝胶，为评价堵漏凝胶的抗稀释能力和堵漏配方的优化提供技术支持。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种堵漏凝胶抗稀释能力评价装置及方法，其是可以模拟井下高温地层环境和井筒流体冲刷“段塞”凝胶的实验环境，且受人为因素影响较小的用于评价堵漏凝胶抗稀释能力的装置，以便优选钻井堵漏凝胶，为评价堵漏凝胶的抗稀释能力和堵漏配方的优化提供技术支持。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种堵漏凝胶抗稀释能力评价装置，包括裂缝模拟部件、稀释液传送部件和控制处理部件；所述控制处理部件包括计算机和有机碳分析仪；

所述裂缝模拟部件包括缸体、一端伸入缸体内腔的模拟钻具；

所述模拟钻具为中空结构；

在所述缸体上开有孔，模拟裂缝与该孔密封连通；

所述稀释液传送部件包括储液罐、进液管线和出液管线；

所述进液管线的一端与模拟钻具位于缸体外的一端连接，另一端与储液罐连通；

在所述缸体顶部设有缸体盖，在缸体盖上开有出液口，所述出液管线的一端与该出液口连通，另一端与储液罐连通。

稀释液从储液罐经过进液管线进入模拟钻具的内腔，通过模拟钻具的内腔后进入缸体内，并从缸体与模拟钻具构成的环形空间上返并充满整个缸体，最后从出液口经出液管线回流至储液罐，完成循环。

所述裂缝模拟部件包括软管、凝胶存储器与蠕动泵；

所述模拟裂缝为缸体结构，其一端与缸体上的孔密封连通，另一端开有小孔，小孔与软管的一端连通，软管的另一端与凝胶存储器连通；

所述凝胶存储器与蠕动泵通过管线连接；所述蠕动泵与计算机连接。

所述裂缝模拟部件包括加热套和控温仪，所述加热套安装在所述缸体的外部；

所述控温仪一端与加热套连接，另一端与计算机连接。

从模拟钻具到储液罐的所述进液管线上依次设有流量计、压力传感器和动力循环泵；

所述压力传感器的一端与进液管线连接，另一端与计算机连接；

所述动力循环泵的一端与进液管线连接，另一端与计算机连接。

在所述出液管线上设置有微量取液器，其一端与出液管线连接，另一端与所述有机碳分析仪的一端连接，有机碳分析仪的另一端与计算机连接。

利用所述堵漏凝胶抗稀释能力评价装置实现的堵漏凝胶抗稀释能力评价方法，包括：

(1)，将配制好的稀释液置于储液罐中，将配置好的凝胶置于凝胶存储器中，开启蠕动泵，将所述凝胶从凝胶存储器中通过软管泵入模拟裂缝中，待凝胶充满模拟裂缝后停止蠕动泵；

(2)，开启动力循环泵，将储液罐中的稀释液通过进液管线泵入模拟钻具，通过模拟钻具将稀释液泵入缸体内，并从缸体与模拟钻具构成的环形空间上返并充满整个缸体，最终从缸体顶部的出液口经出液管线回流至储液罐，完成循环；

(3)，通过压力传感器、流量计计量稀释液的注入压力与流量；

(4)，通过微量取样器即时提取循环的稀释液样品，通过有机碳分析仪测定出液管线中稀释液中有机碳的质量，从而推算出稀释液中凝胶的含量。

所述步骤(1)中进一步包括：

通过加热套与控温仪给缸体内部流体进行加热和温度调控，以便模拟井下的高温的地层环境。

所述步骤(4)中推算出稀释液中凝胶的含量是这样实现的：

将有机碳分析仪测定的有机碳的质量除以有机碳在凝胶中的百分含量，得到的结果即为溶解于稀释液中凝胶的质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该堵漏凝胶抗稀释能力评价装置可以模拟高温的地层环境和溶洞性裂缝，凝胶泵入裂缝模拟堵漏施工中的在裂缝中形成的“段塞”，稀释液的动态循环过程模拟了井下流体的循环过程。该装置利用推算回流稀释液中凝胶的含量实现了对堵漏凝胶抗稀释能力的评价，进一步提高了评价过程的科学性和评价结果的准确性，可以避免人为操作对实验结果准确性的影响。本发明专利涉及一种用于油田钻井的参数测定的实验装置，具体涉及一种堵漏凝胶抗稀释能力评价装置。研发可以模拟井下高温地层环境和井筒流体冲刷“段塞”凝胶的实验环境，且受人为因素影响较小的用于评价堵漏凝胶抗稀释能力的装置，以便优选钻井堵漏凝胶，为评价堵漏凝胶的抗稀释能力和堵漏配方的优化提供技术支持。

附图说明

图1 本发明装置的结构示意图。

其中，1为储液罐、2为进液管线、3为模拟钻具、4为缸体、5为出液口、6为出液管线、7为动力循环泵、8为压力传感器、9为流量计、10为加热套、11为控温仪、12为模拟裂缝、13为软管、14为凝胶存储器、15为蠕动泵、16为微量取液器、17为有机碳分析仪、18为计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明提供了一种堵漏凝胶抗稀释能力评价装置，包括：储液罐、进液管线、模拟钻具、缸体、出液口、出液管线、动力循环泵、压力传感器、流量计、加热套、控温仪、模拟裂缝、软管、凝胶存储器、蠕动泵、微量取液器、有机碳分析仪和计算机。

首先，配制稀释液，可以是水、水泥或特定用于冲稀凝胶的流体。配制一定浓度的凝胶置于凝胶存储器中，开启蠕动泵，将配制好的凝胶从凝胶存储器中通过软管泵入模拟裂缝中，待凝胶充满模拟裂缝后停泵。开启动力循环泵，将储液罐中的稀释液通过进液管线泵入模拟钻具，通过模拟钻具将冲洗液泵入缸体内，并从缸体与模拟钻具构成的环形空间上返并充满整个缸体，最终从缸体顶部的出液口经出液管线回流至储液罐，完成循环。在进液管线上分别置有压力传感器和流量计，用于计量稀释液的注入压力与流量。在缸体外部包裹有加热套，且加热套与控温仪相连，用于给缸体内部流体加热和温度调控，以便模拟井下的高温的地层环境。在出液管线上置有微量取样器，用于即时提取循环的稀释液样品。微量取样器与有机碳分析仪相连，其目的是准确测定出液管线中稀释液中有机碳的含量，从而可以利用有机碳是堵漏凝胶化学特征元素的特点作为推算稀释液中凝胶的含量推算依据。该装置中的动力循环泵、压力传感器、控温仪、蠕动泵和有机碳分析仪均与计算机相连，实现了实验过程的自动化，避免了人为操作因素对实验结果准确性的影响。

下面结合附图和具体实施例对本发明专利作进一步说明。

如图1所示为本发明专利的一种便携式裂缝尺寸可调型堵漏仪，包括：储液罐1、进液管线2、模拟钻具3缸体4、出液口5、出液管线6、动力循环泵7、压力传感器8、流量计9、加热套10、控温仪11、模拟裂缝12、软管13、凝胶存储器14、蠕动泵15、微量取液器16、有机碳分析仪17和计算机18。

所述模拟钻具3是一个中空的管状结构，模拟的是钻井过程中的钻杆+螺杆+扶正器+钻头这一系列的钻井构件，不是按比例缩小，只是在该模拟装置中起到连通进液管线，使储液罐中的液体通过模拟钻具中空部分到达缸体底部的作用，属于部分同等功能模拟。

缸体4与模拟钻具3连接处是有O型密封圈的，实现密封，从而使通过模拟钻具注入到缸体内的液体上返，直接通过出液口回流至储液罐。

模拟裂缝12其实就是在缸体10上打洞，外接了一个缸体，洞相对于地层的裂缝，外接的缸体相当于地层的漏失空间。在真实的钻井堵漏中，凝胶就是通过裂缝注入到漏失空间，把这的漏失空间填满，就基本算是堵漏成功了。

本装置的使用方法如下：

首先，配制稀释液，可以是水、水泥或特定用于冲稀凝胶的流体。配制一定浓度的凝胶置于凝胶存储器14中，开启蠕动泵15，将配制好的凝胶从凝胶存储器14中通过软管13泵入模拟裂缝中，待凝胶充满模拟裂缝12后停泵(凝胶是聚合物的一种，在一定压力下是有一定的流动性和弹性。但是，凝胶与一般的聚合物溶液不同，它不溶解或者说溶解性很差，只溶胀，流动性很差)。开启动力循环泵7，将储液罐1中的稀释液通过进液管线2泵入模拟钻具3，通过模拟钻具3将冲洗液泵入缸体4内，并从缸体4与模拟钻具3构成的环形空间上返并充满整个缸体，最终从缸体4顶部的出液口经出液管线6回流至储液罐1，完成循环。在进液管线2上分别置有压力传感器和流量计，用于计量稀释液的注入压力与流量。本装置模拟的是堵漏过程，其关键是稀释液循环流动，特别是在缸体上返过程中冲刷模拟裂缝端凝胶的过程。

外部包裹有加热套，且加热套与控温仪相连，用于给缸体内部流体加热和温度调控，以便模拟井下的高温的地层环境。在出液管线上置有微量取样器，用于即时提取循环的稀释液样品。微量取样器与有机碳分析仪相连，其目的是准确测定出液管线中稀释液中有机碳的含量，从而可以利用有机碳是堵漏凝胶化学特征元素的特点作为推算稀释液中凝胶的含量推算依据(凝胶是有机物，有机碳是凝胶的特征元素。部分凝胶溶解到稀释液后，是分散到稀释液中的，持续的溶解过程会造成稀释液中的有机碳含量升高，有机碳的质量可以通过有机碳分析仪测定，除以有机碳在凝胶中的百分含量，算出来的结果就是溶解于稀释液中凝胶的质量。)。该装置中的动力循环泵、压力传感器、控温仪、蠕动泵和有机碳分析仪均与计算机相连，实现了实验过程的自动化，避免了人为操作因素对实验结果准确性的影响。

本发明可以在模拟井下高温地质环境和溶洞性裂缝，通过将凝胶泵入模拟裂缝形成凝胶“段塞”，循环状态下的稀释液与模拟裂缝中的凝胶接触，并依据回流稀释液中有机碳的含量推算出被冲稀凝胶的质量，从而实现了堵漏凝胶抗稀释能力的评价。该装置设计精巧，体积小，受人为操作影响小。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种堵漏凝胶抗稀释能力评价装置，其特征在于：所述堵漏凝胶抗稀释能力评价装置包括裂缝模拟部件、稀释液传送部件和控制处理部件；所述控制处理部件包括计算机和有机碳分析仪；

所述裂缝模拟部件包括缸体、一端伸入缸体内腔的模拟钻具；

所述模拟钻具为中空结构；

在所述缸体上开有孔，模拟裂缝与该孔密封连通；

所述稀释液传送部件包括储液罐、进液管线和出液管线；

所述进液管线的一端与模拟钻具位于缸体外的一端连接，另一端与储液罐连通；

在所述缸体顶部设有缸体盖，在缸体盖上开有出液口，所述出液管线的一端与该出液口连通，另一端与储液罐连通。

2.根据权利要求1所述的堵漏凝胶抗稀释能力评价装置，其特征在于：稀释液从储液罐经过进液管线进入模拟钻具的内腔，通过模拟钻具的内腔后进入缸体内，并从缸体与模拟钻具构成的环形空间上返并充满整个缸体，最后从出液口经出液管线回流至储液罐，完成循环。

3.根据权利要求2所述的堵漏凝胶抗稀释能力评价装置，其特征在于：所述裂缝模拟部件包括软管、凝胶存储器与蠕动泵；

所述模拟裂缝为缸体结构，其一端与缸体上的孔密封连通，另一端开有小孔，小孔与软管的一端连通，软管的另一端与凝胶存储器连通；

所述凝胶存储器与蠕动泵通过管线连接；所述蠕动泵与计算机连接。

4.根据权利要求3所述的堵漏凝胶抗稀释能力评价装置，其特征在于：所述裂缝模拟部件包括加热套和控温仪，所述加热套安装在所述缸体的外部；

所述控温仪一端与加热套连接，另一端与计算机连接。

5.根据权利要求4所述的堵漏凝胶抗稀释能力评价装置，其特征在于：从模拟钻具到储液罐的所述进液管线上依次设有流量计、压力传感器和动力循环泵；

所述压力传感器的一端与进液管线连接，另一端与计算机连接；

所述动力循环泵的一端与进液管线连接，另一端与计算机连接。

6.根据权利要求5所述的堵漏凝胶抗稀释能力评价装置，其特征在于：在所述出液管线上设置有微量取液器，其一端与出液管线连接，另一端与所述有机碳分析仪的一端连接，有机碳分析仪的另一端与计算机连接。

7.一种利用权利要求1-6任一所述堵漏凝胶抗稀释能力评价装置实现的堵漏凝胶抗稀释能力评价方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)，将配制好的稀释液置于储液罐中，将配置好的凝胶置于凝胶存储器中，开启蠕动泵，将所述凝胶从凝胶存储器中通过软管泵入模拟裂缝中，待凝胶充满模拟裂缝后停止蠕动泵；

(2)，开启动力循环泵，将储液罐中的稀释液通过进液管线泵入模拟钻具，通过模拟钻具将稀释液泵入缸体内，并从缸体与模拟钻具构成的环形空间上返并充满整个缸体，最终从缸体顶部的出液口经出液管线回流至储液罐，完成循环；

(3)，通过压力传感器、流量计计量稀释液的注入压力与流量；

(4)，通过微量取样器即时提取循环的稀释液样品，通过有机碳分析仪测定出液管线中稀释液中有机碳的质量，从而推算出稀释液中凝胶的含量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中进一步包括：

通过加热套与控温仪给缸体内部流体进行加热和温度调控，以便模拟井下的高温的地层环境。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中推算出稀释液中凝胶的含量是这样实现的：

将有机碳分析仪测定的有机碳的质量除以有机碳在凝胶中的百分含量，得到的结果即为溶解于稀释液中凝胶的质量。