CN108732064A - 一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置及方法，该装置由支架、模拟井筒、加温控温装置、加压泄压装置和取样装置组成，既能模拟井下高温高压状态、又能方便取样避免钻井液扰动引起测量误差，同时又可以在0‑90°旋转模拟不同井斜角时钻井液的沉降稳定性。

Description

一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井液工程技术领域，尤其涉及一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置及方法。

背景技术

随着我国对油气资源的需要越来越大，深井、超深井和异常高温高压井不断增多，使用高温高密度钻井液也越来越频繁，高温高密度钻井液性能优劣直接关系到高温高压井的钻井安全，其中钻井液的沉降稳定性是其中一项关键性能。一般将井底地层温度超过150℃、地层孔隙压力当量密度超过1.80g/cm³称之为高温高压井，与高温高压井对应的高温高密度钻井液因加重材料使用量大，而固相含量高。固相包括加重材料和钻头破碎形成的钻屑等，如果钻井液沉降稳定性不足易引起加重材料等固相沉降，造成井下安全事故，因此沉降稳定性是高温高密度钻井液一项关键技术指标。

目前评价钻井液沉降稳定性主要有两种方法：一是将钻井液在高温高压老化后倒入量筒中，在常温常压下放置24h后分别测量量筒上部和下部钻井液的密度，以密度差来反映钻井液的沉降稳定性，密度差不超过0.03g/cm³，则认为沉降稳定性较好，反之沉降稳定性较差；二是将钻井液装入高温高压老化罐中，放入烘箱中在一定温度下加热老化24h后，冷却后分别测量老化罐顶部和底部钻井液密度，以沉降因子来表征钻井液的沉降稳定性，沉降因子SF=底部密度/（顶部密度+底部密度），SF为0.50表明未发生沉降，SF值在0.50-0.53为沉降稳定性较好，SF值大于0.53表明钻井液沉降稳定性较差。

目前这两种评价钻井液沉降稳定性方法均存在不足：1、量筒法在常温常压下测量，与高温高压井井下实际状况相距甚远；2、老化罐法虽然可以模拟井下高温高压状态，但老化罐本身高度非常有限，而且在顶、底部取样时不方便，易造成钻井液扰动引起误差；3、无论是量筒法还是老化罐法均不能模拟不同井斜时钻井液的沉降稳定性。

发明内容

本发明提供了一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置及方法，既能模拟井下高温高压状态、又能方便取样避免钻井液扰动引起测量误差，同时又可以在0-90°旋转模拟不同井斜角时钻井液的沉降稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置，由支架、模拟井筒、加温控温装置、加压泄压装置和取样装置组成；

所述的支架包括安装模拟井筒的架体和支架旋转装置；

所述的模拟井筒为样品管，所述的样品管安装在架体的凹槽内，所述的样品管底部设有阀门；

所述的加温控温装置包括套设在样品管外侧的加热套、控制加热套的温控装置以及用于显示样品管内部温度的温度显示器组成；

所述的加压泄压装置包括为样品管内部加压的液压泵以及显示样品管内部压力的压力显示器组成；

所述的取样装置包括与样品管连通的上部取样室，中部取样室和下部取样室；

作为本发明的一个优选的技术方案，所述的样品管由304型不锈钢管组成，其长度为100cm，外径15cm，内径10cm。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述的加热套的加温范围为室温至250℃。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述的液压泵从样品管的上部进行液压加压，压力范围为常压至50MPa，液压泵安装有压力表和泄压阀。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述的支架旋转装置为一带有角度指标的装置，可使模拟井筒在竖直和水平之间转动，模拟直井至水平井之间的任一斜井。

作为本发明的一个优选的技术方案，所述的取样装置，设计三个用阀门控制的取样口，三个取样口分别与上部取样室，中部取样室和下部取样室连通，上部取样口为距离模拟井筒顶部20cm，中部为距离模拟井筒顶部50cm处，下部为距离模拟井筒底部20cm处。

本发明所述的一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试方法，包括以下步骤：

S1、将待测钻井液搅拌20min，搅拌均匀后缓缓注入样品管中直到注满，防止注入过程中产生气泡，注满后拧紧样品管的盖子，此时将与盖子连接的阀杆拧松，使多余的钻井液从阀杆流出；

S2、将液压泵与阀杆连接好，预加压0.5MPa后，将温度调节至实验设定温度，等待直到温度升高至实验设定温度；

S3、调节液压泵至实验设定压力，根据模拟井井斜角所需将模拟井筒旋转至所需角度，保持在一定温度和压力环境下老化24h；

S4、关闭加热装置，待仪器冷却至室温时放压至常压后分别从模拟井筒上部、中部和下部取样50ml，准确测量其密度，并计算钻井液沉降因子SF值；

S5、清洗模拟井筒--样品管，从底部阀门放出，实验结束。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

既能模拟井下高温高压状态、又能方便取样避免钻井液扰动引起测量误差，同时又可以在0-90°旋转模拟不同井斜角时钻井液的沉降稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图。

图中：1、油管挂；2、井下安全阀；3、循环滑套；4、生产封隔器；5、“Y”形接头；6、单流阀；7、潜油泵；8、油气分离器；9、保护器；10、电机；11、井下压力计；12、变扣短接；13、贵金属防垢器；14、油管引鞋；15、上部油管；16、工作筒；17、导流罩；18、支管；19、钢丝引鞋；20、生产套管。

具体实施方式

本发明提供了一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置及方法，既能模拟井下高温高压状态、又能方便取样避免钻井液扰动引起测量误差，同时又可以在0-90°旋转模拟不同井斜角时钻井液的沉降稳定性。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本实施例所述的一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置，由支架8、模拟井筒、加温控温装置、加压泄压装置和取样装置组成；

所述的支架8包括安装模拟井筒的架体和支架旋转装置；

所述的模拟井筒为样品管7，所述的样品管7安装在架体的凹槽内，所述的样品管7底部设有阀门；

所述的加温控温装置包括套设在样品管7外侧的加热套3、控制加热套3的温控装置9以及用于显示样品管7内部温度的温度显示器1组成；

所述的加压泄压装置包括为样品管7内部加压的液压泵10以及显示样品管7内部压力的压力显示器2组成；

所述的取样装置包括与样品管7连通的上部取样室4，中部取样室5和下部取样室6；

其中，在本实施例中，所述的样品管7由304型不锈钢管组成，其长度为100cm，外径15cm，内径10cm。

其中，在本实施例中，所述的加热套3的加温范围为室温至250℃。

其中，在本实施例中，所述的液压泵10从样品管7的上部进行液压加压，压力范围为常压至50MPa，液压泵10安装有压力表和泄压阀。

其中，在本实施例中，所述的支架旋转装置为一带有角度指标的装置，可使模拟井筒在竖直和水平之间转动，模拟直井至水平井之间的任一斜度的井。

其中，在本实施例中，所述的取样装置，设计三个用阀门控制的取样口，三个取样口分别与上部取样室4，中部取样室5和下部取样室6连通，上部取样口为距离模拟井筒顶部20cm，中部为距离模拟井筒顶部50cm处，下部为距离模拟井筒底部20cm处。

本实施例所述的一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试方法，包括以下步骤：

S1、将待测钻井液搅拌20min，搅拌均匀后缓缓注入样品管中直到注满，防止注入过程中产生气泡，注满后拧紧样品管的盖子，此时将与盖子连接的阀杆拧松，使多余的钻井液从阀杆流出；

S2、将液压泵与阀杆连接好，预加压0.5MPa后，将温度调节至实验设定温度，等待直到温度升高至实验设定温度；

S3、调节液压泵至实验设定压力，根据模拟井井斜角所需将模拟井筒旋转至所需角度，保持在一定温度和压力环境下老化24h；

S4、关闭加热装置，待仪器冷却至室温时放压至常压后分别从模拟井筒上部、中部和下部取样50ml，准确测量其密度，并计算钻井液沉降因子SF值；

S5、清洗样品管，从底部阀门放出清洗液，实验结束。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置，其特征在于：由支架（8）、模拟井筒、加温控温装置、加压泄压装置和取样装置组成；

所述的支架（8）包括安装模拟井筒的架体和支架旋转装置；

所述的模拟井筒为样品管（7），所述的样品管（7）安装在架体的凹槽内，所述的样品管（7）底部设有阀门；

所述的加温控温装置包括套设在样品管（7）外侧的加热套（3）、控制加热套（3）的温控装置（9）以及用于显示样品管（7）内部温度的温度显示器（1）组成；

所述的加压泄压装置包括为样品管（7）内部加压的液压泵（10）以及显示样品管（7）内部压力的压力显示器（2）组成；

所述的取样装置包括与样品管（7）连通的上部取样室（4），中部取样室（5）和下部取样室（6）。

2.根据权利要求1所述的一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置，其特征在于：所述的样品管（7）由304型不锈钢管组成，其长度为100cm，外径15cm，内径10cm。

3.根据权利要求1所述的一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置，其特征在于：所述的加热套（3）的加温范围为室温至250℃。

4.根据权利要求1所述的一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置，其特征在于：所述的液压泵（10）从样品管（7）的上部进行液压加压，压力范围为常压至50MPa，液压泵（10）安装有压力表和泄压阀。

5.根据权利要求1所述的一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置，其特征在于，所述的支架旋转装置为一带有角度指标的装置，可使模拟井筒在竖直和水平之间转动，模拟直井至水平井之间的任一斜井。

6.根据权利要求1所述的一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试装置，其特征在于，所述的取样装置，设计三个用阀门控制的取样口，三个取样口分别与上部取样室（4），中部取样室（5）和下部取样室（6）连通，上部取样口为距离模拟井筒顶部20cm，中部为距离模拟井筒顶部50cm处，下部为距离模拟井筒底部20cm处。

7.一种高温高密度钻井液沉降稳定性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待测钻井液搅拌20min，搅拌均匀后缓缓注入样品管中直到注满，防止注入过程中产生气泡，注满后拧紧样品管的盖子，此时将与盖子连接的阀杆拧松，使多余的钻井液从阀杆流出；

S2、将液压泵与阀杆连接好，预加压0.5MPa后，将温度调节至实验设定温度，等待直到温度升高至实验设定温度；

S3、调节液压泵至实验设定压力，根据模拟井井斜角所需将模拟井筒旋转至所需角度，保持在一定温度和压力环境下老化24h；

S4、关闭加热装置，待仪器冷却至室温时放压至常压后分别从模拟井筒上部、中部和下部取样50ml，准确测量其密度，并计算钻井液沉降因子SF值；

S5、清洗样品管，从底部阀门放出清洗液，实验结束。