CN109322862B - 井下钻井液抽排样实验装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了井下钻井液抽排样实验装置及其控制方法，装置包括环空压力模拟装置和抽排样模拟装置。抽排样模拟装置包括油箱、第二过滤器、溢流阀、第二液压泵、第二单向阀、第二压力表、第一换向阀、第二换向阀、单向节流阀、液压锁、第一活塞缸、第二活塞缸、第一柱塞缸、第二柱塞缸、压力传感器、第三换向阀和第四换向阀。本发明能够在地面上模拟井下高压钻井液抽取、减压、增压、检测、外排等流程。
Description
技术领域
本发明涉及钻井液抽排样技术，具体地说是井下钻井液抽排样实验装置及其控制方法。
背景技术
在传统的测井录井中，通过在地面上检测流动到地面的钻井液所携带的油气成分，来评价和发现油藏。但随着油气田开发的难度日益加大，斜井和超深井的出现使检测的滞后性和不准确性日益显现，因此世界上各大油气田公司都在致力于开展井下检测技术的研究，以便可以在井下实时检测油气含量和成分，因此随钻气体检测装置应运而生。随钻气体检测装置即在钻铤内部安装检测装置，在钻井过程中，随钻气体检测装置从环空钻井液抽取钻井液，经检测以后再外排至环空。而为了在地面上模拟井下环空钻井液的抽排样过程，需设计一种能够真实模拟井下钻井液抽排样的实验装置。
申请号201610364972.8，公布日2016.09.14公开了一种井下环空压力模拟实验装置及方法。装置中手动打压泵的入口经单向阀和过滤网与钻井液容器连通，出口经单向阀与蓄能器输入口、截止阀一端、快换接头一端及取样装置输入口连通；截止阀另一端与过滤网输入口连通。本发明方法：关闭截止阀，通过快换接头向蓄能器内通入检测气体；手动打压泵打压，钻井液容器内的钻井液经过滤网及单向阀被打入蓄能器与检测气体混合，压力表的读数到达预设模拟压力时停止打压；取样装置从蓄能器中抽取钻井液并外排；打开截止阀。本发明在模拟压力介质的抽取与外排时，蓄能器保证模拟压力的恒定，避免压力变化引起所测油气信息的变化。
经过检索井液或者抽排样等关键词，没有发现类似本发明结构的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供井下钻井液抽排样实验装置及其控制方法，能够模拟真实的井下钻井液压力，使井下钻井液抽排样实验更加真实可靠。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，井下钻井液抽排样实验装置，包括环空压力模拟装置和抽排样模拟装置；所述环空压力模拟装置包括第一过滤器、第一单向阀、蓄能器、快换接头、第一液压泵、截止阀、钻井液容器；所述钻井液容器通过第一过滤器与第一液压泵的入油口相连，第一液压泵的出油口接第一单向阀的输入口；第一单向阀的输出口同时连接蓄能器的接口及快换接头的输出口，第一单向阀的输出口还通过截止阀与钻井液容器相连；所述抽排样模拟装置包括油箱、第二过滤器、溢流阀、第二液压泵、第二单向阀、第一换向阀、第二换向阀、单向节流阀、液压锁、第一活塞缸、第二活塞缸、第一柱塞缸、第二柱塞缸、第三换向阀、第四换向阀；所述第一换向阀、单向节流阀、液压锁、第一活塞缸、第一柱塞缸依次进行连接，所述第二换向阀、第二活塞缸、第二柱塞缸、第三换向阀依次进行连接，所述油箱通过第二过滤器与第二液压泵的入油口相连；第二液压泵的出油口接第二单向阀的输入口；第二单向阀的输出口同时连接第一换向阀、第二换向阀的压力油口，第二单向阀的输出口还通过溢流阀与油箱相连，所述第四换向阀同时连接第一柱塞缸、第三换向阀、第一单向阀输出口。
所述第一单向阀的输出口连接第一压力表，第二单向阀的输出口接第二压力表。
所述第一柱塞缸的内腔同时连接第三换向阀、第四换向阀及压力传感器。
所述第一活塞缸利用自身的活塞杆与第一柱塞缸的柱塞固定；所述第二活塞缸利用自身的活塞杆与第二柱塞缸的柱塞固定。
还包括第一位移传感器和第二位移传感器，第一位移传感器的测量杆与第一柱塞缸的柱塞固定；第二位移传感器的测量杆与第二柱塞缸的柱塞固定。
所述第二液压泵由电机驱动。
所述第一换向阀及第二换向阀均为三位四通电磁换向阀；第三换向阀及第四换向阀均为两位两通电磁换向阀。
所述第一换向阀及第二换向阀的回油口均与油箱相连；第一换向阀的第一工作油口接液压锁的第一输入口；第一换向阀的第二工作油口接单向节流阀的输出口，单向节流阀的输入口接液压锁的第二输入端；液压锁的第一输出端接第一活塞缸的有杆腔，第二输出端接第一活塞缸的无杆腔；第一柱塞缸的内腔接第三换向阀、第四换向阀的第一工作油口及压力传感器；第二换向阀的第一工作油口接第二活塞缸的有杆腔，第二工作油口接第二活塞缸的无杆腔；第二柱塞缸的内腔接检测模块的一端；检测模块的另一端接第四换向阀的第二工作油口；第三换向阀的第二工作油口接环空压力模拟装置的输出口。
所述快换接头的输入口接待检测气体储存容器；所述蓄能器的接口即环空压力模拟装置的输出口。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，井下钻井液抽排样实验装置控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、关闭截止阀，待检测气体储存容器通过快换接头向蓄能器输入待检测气体；第一液压泵启动，钻井液容器内的钻井液经第一过滤器、第一液压泵及第一单向阀被注入到蓄能器；钻井液和待检测气体在蓄能器中混合，形成混合液；第一压力表读取蓄能器内的压力值；蓄能器内的压力达到8～20MP后，关闭第一液压泵；
步骤二、第三换向阀通电，第一柱塞缸的内腔与蓄能器连通；第一换向阀的第一电控端通电，第一活塞缸的有杆腔与第二液压泵的出油口连通；蓄能器内的混合液被吸入第一柱塞缸的内腔；
步骤三、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达80～120mm处后，第三换向阀断电，第一柱塞缸的内腔与蓄能器断开；第一柱塞缸内混合液的压力持续降低，混合液中的待检测气体析出；
步骤四、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达250～350mm处后，第一换向阀的第一电控端断电，第二电控端通电，第一活塞缸的无杆腔与第二液压泵的出油口连通；第四换向阀通电，第一柱塞缸的内腔与检测模块连通；第二换向阀的第一电控端通电，第二活塞缸的有杆腔与第二液压泵的出油口连通；第一柱塞缸内的混合液及待检测气体经过检测模块进入第二柱塞缸内；此时，检测模块对待检测气体进行检测；
步骤六、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达0mm处且第二位移传感器检测到第二柱塞缸的柱塞位移到达250～350mm处后，第一换向阀的第二电控端断电，第一电控端通电，第一活塞缸的有杆腔与第二液压泵的出油口连通；第二换向阀的第一电控端断电，第二电控端通电，第二活塞缸的无杆腔与第二液压泵的出油口连通；
步骤七、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达250～350mm处且第二位移传感器检测到第二柱塞缸的柱塞位移到达0mm处后；第四换向阀断电，第一柱塞缸的内腔与检测模块断开；第二换向阀的第二电控端断电，第二活塞缸的无杆腔与第二液压泵的出油口断开；第一换向阀的第一电控端断电，第二电控端通电，第一活塞缸的无杆腔与第二液压泵的出油口连通；第一柱塞缸内的混合液压力上升；
步骤八、压力传感器检测到的第一柱塞缸内混合液压力值与第一压力表检测的压力值相等后，第三换向阀通电，第一柱塞缸的内腔与蓄能器连通；第一柱塞缸内的混合液注入蓄能器；
步骤九、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达0mm处后，第三换向阀断电，第一柱塞缸的内腔与蓄能器断开；开启截止阀，蓄能器内的混合液注入钻井液容器。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中的环空压力模拟装置能够模拟真实的井下钻井液压力，使井下钻井液抽排样实验更加真实可靠。
2、本发明能够在地面上模拟井下高压钻井液抽取、减压、增压、检测、外排等流程。
3、本发明能够通过地面模拟实验，对检测装置进行分析和评估，大大缩短了井下钻井液抽排样装置的研发周期。
附图说明
图1为本发明的油路图；
图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅为参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
实施例1：
如图1所示，井下钻井液抽排样实验装置，包括环空压力模拟装置Ⅰ和抽排样模拟装置Ⅱ。环空压力模拟装置Ⅰ包括第一过滤器2-1、第一单向阀6-1、第一压力表7-1、蓄能器17、快换接头18、第一液压泵19、截止阀20和钻井液容器21。钻井液容器21通过第一过滤器2-1与第一液压泵19的入油口相连，第一液压泵19的出油口接第一单向阀6-1的输入口。第一单向阀6-1的输出口同时连接第一压力表7-1、蓄能器17的接口及快换接头18的输出口，第一单向阀6-1的输出口还通过截止阀20与钻井液容器21相连。快换接头18的输入口接待检测气体储存容器。蓄能器17的接口即环空压力模拟装置Ⅰ的输出口。
如图1所示，抽排样模拟装置Ⅱ包括油箱1、第二过滤器2-2、溢流阀3、第二液压泵4、电机5、第二单向阀6-2、第二压力表7-2、第一换向阀8-1、第二换向阀8-2、单向节流阀9、液压锁10、第一活塞缸11-1、第二活塞缸11-2、第一位移传感器12-1、第二位移传感器12-2、第一柱塞缸13-1、第二柱塞缸13-2、压力传感器14、第三换向阀15-1、第四换向阀15-2和检测模块16。第二液压泵4由电机5驱动。第一换向阀8-1及第二换向阀8-2均为三位四通电磁换向阀。第三换向阀15-1及第四换向阀15-2均为两位两通电磁换向阀。第一活塞缸11-1的活塞杆与第一柱塞缸13-1的柱塞固定。第二活塞缸11-2的活塞杆与第二柱塞缸13-2的柱塞固定。第一位移传感器12-1的测量杆与第一柱塞缸13-1的柱塞固定。第二位移传感器12-2的测量杆与第二柱塞缸13-2的柱塞固定。
油箱1通过第二过滤器2-2与第二液压泵4的入油口相连。第二液压泵4的出油口接第二单向阀6-2的输入口。第二单向阀6-2的输出口接第一换向阀8-1、第二换向阀8-2的P口及第二压力表7-2，并通过溢流阀3与油箱1相连。第一换向阀8-1及第二换向阀8-2的T口均与油箱1相连。第一换向阀8-1的A口接液压锁10的第一输入口U1。第一换向阀8-1的B口接单向节流阀9的输出口，单向节流阀9的输入口接液压锁10的第二输入端A1。液压锁10的第一输出端U2接第一活塞缸11-1的有杆腔，第二输出端A2接第一活塞缸11-1的无杆腔。第一柱塞缸13-1的内腔接第三换向阀15-1、第四换向阀15-2的A口及压力传感器14。第二换向阀8-2的A口接第二活塞缸11-2的有杆腔，B口接第二活塞缸11-2的无杆腔。第二柱塞缸13-2的内腔接检测模块16的一端。检测模块16的另一端接第四换向阀15-2的B口。第三换向阀15-1的B口接环空压力模拟装置Ⅰ的输出口。
如图2所示，该随钻录井装置的控制方法，具体如下：
步骤一、关闭截止阀20，待检测气体储存容器通过快换接头18向蓄能器17输入待检测气体。第一液压泵19启动，钻井液容器21内的钻井液经第一过滤器2-1、第一液压泵19及第一单向阀6-1被注入到蓄能器17。钻井液和待检测气体在蓄能器17中混合，形成混合液。第一压力表7-1读取蓄能器17内的压力值。蓄能器17内的压力达到10MPa后，关闭第一液压泵19。
步骤二、第三换向阀15-1通电，第一柱塞缸13-1的内腔与蓄能器17连通。第一换向阀8-1的第一电控端KM1通电，第一活塞缸11-1的有杆腔与第二液压泵4的出油口连通。蓄能器17内的混合液被吸入第一柱塞缸13-1的内腔。
步骤三、第一位移传感器12-1检测到第一柱塞缸13-1的柱塞位移到达102mm处后，第三换向阀15-1断电，第一柱塞缸13-1的内腔与蓄能器17断开。第一柱塞缸13-1内混合液的压力持续降低，混合液中的待检测气体析出。
步骤四、第一位移传感器12-1检测到第一柱塞缸13-1的柱塞位移到达300mm处后，第一换向阀8-1的第一电控端KM1断电，第二电控端KM2通电，第一活塞缸11-1的无杆腔与第二液压泵4的出油口连通。第四换向阀15-2通电，第一柱塞缸13-1的内腔与检测模块16连通。第二换向阀8-2的第一电控端KM3通电，第二活塞缸11-2的有杆腔与第二液压泵4的出油口连通。第一柱塞缸13-1内的混合液及待检测气体经过检测模块16进入第二柱塞缸13-2内。此时，检测模块16对待检测气体进行检测。检测模块能够对抽取的模拟井下钻井液完成气体浓度检测，最终实现井下随钻气体检测。
步骤六：第一位移传感器12-1检测到第一柱塞缸13-1的柱塞位移到达0mm处且第二位移传感器12-2检测到第二柱塞缸13-2的柱塞位移到达300mm处后，第一换向阀8-1的第二电控端KM2断电，第一电控端KM1通电，第一活塞缸11-1的有杆腔与第二液压泵4的出油口连通。第二换向阀8-2的第一电控端KM3断电，第二电控端KM4通电，第二活塞缸11-2的无杆腔与第二液压泵4的出油口连通。
步骤七：第一位移传感器12-1检测到第一柱塞缸13-1的柱塞位移到达300mm处且第二位移传感器12-2检测到第二柱塞缸13-2的柱塞位移到达0mm处后。第四换向阀15-2断电，第一柱塞缸13-1的内腔与检测模块16断开。第二换向阀8-2的第二电控端KM4断电，第二活塞缸11-2的无杆腔与第二液压泵4的出油口断开。第一换向阀8-1的第一电控端KM1断电，第二电控端KM2通电，第一活塞缸11-1的无杆腔与第二液压泵4的出油口连通。第一柱塞缸13-1内的混合液压力上升。
步骤八、压力传感器14检测到的第一柱塞缸13-1内混合液压力值与第一压力表7-1检测的压力值相等后，第三换向阀15-1通电，第一柱塞缸13-1的内腔与蓄能器17连通。第一柱塞缸13-1内的混合液注入蓄能器17。
步骤九、第一位移传感器12-1检测到第一柱塞缸13-1的柱塞位移到达0mm处后，第三换向阀15-1断电，第一柱塞缸13-1的内腔与蓄能器17断开。开启截止阀20，蓄能器17内的混合液注入钻井液容器21。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。
Claims (9)
1.井下钻井液抽排样实验装置，包括环空压力模拟装置，所述环空压力模拟装置包括第一过滤器、第一单向阀、蓄能器、快换接头、第一液压泵、截止阀、钻井液容器；所述钻井液容器通过第一过滤器与第一液压泵的入油口相连，第一液压泵的出油口接第一单向阀的输入口；第一单向阀的输出口同时连接蓄能器的接口及快换接头的输出口，第一单向阀的输出口还通过截止阀与钻井液容器相连；其特征在于，还包括抽排样模拟装置；所述抽排样模拟装置包括油箱、第二过滤器、溢流阀、第二液压泵、第二单向阀、第一换向阀、第二换向阀、单向节流阀、液压锁、第一活塞缸、第二活塞缸、第一柱塞缸、第二柱塞缸、第三换向阀、第四换向阀；所述第一换向阀、单向节流阀、液压锁、第一活塞缸、第一柱塞缸依次进行连接，所述第二换向阀、第二活塞缸、第二柱塞缸、第三换向阀依次进行连接，所述油箱通过第二过滤器与第二液压泵的入油口相连；第二液压泵的出油口接第二单向阀的输入口；第二单向阀的输出口同时连接第一换向阀、第二换向阀的压力油口，第二单向阀的输出口还通过溢流阀与油箱相连，所述第四换向阀同时连接第一柱塞缸、第三换向阀、第一单向阀输出口；还包括第一位移传感器和第二位移传感器；
所述第一换向阀及第二换向阀的回油口均与油箱相连；第一换向阀的第一工作油口接液压锁的第一输入口；第一换向阀的第二工作油口接单向节流阀的输出口，单向节流阀的输入口接液压锁的第二输入端；液压锁的第一输出端接第一活塞缸的有杆腔，第二输出端接第一活塞缸的无杆腔；第一柱塞缸的内腔接第三换向阀、第四换向阀的第一工作油口及压力传感器；第二换向阀的第一工作油口接第二活塞缸的有杆腔，第二工作油口接第二活塞缸的无杆腔；第二柱塞缸的内腔接检测模块的一端；检测模块的另一端接第四换向阀的第二工作油口；第三换向阀的第二工作油口接环空压力模拟装置的输出口。
2.根据权利要求1所述的井下钻井液抽排样实验装置，其特征在于，所述第一单向阀的输出口连接第一压力表，第二单向阀的输出口接第二压力表。
3.根据权利要求2所述的井下钻井液抽排样实验装置，其特征在于，所述第一柱塞缸的内腔同时连接第三换向阀、第四换向阀及压力传感器。
4.根据权利要求3所述的井下钻井液抽排样实验装置，其特征在于，所述第一活塞缸利用自身的活塞杆与第一柱塞缸的柱塞固定；所述第二活塞缸利用自身的活塞杆与第二柱塞缸的柱塞固定。
5.根据权利要求1所述的井下钻井液抽排样实验装置，其特征在于，第一位移传感器的测量杆与第一柱塞缸的柱塞固定；第二位移传感器的测量杆与第二柱塞缸的柱塞固定。
6.根据权利要求1或2所述的井下钻井液抽排样实验装置，其特征在于，所述第二液压泵由电机驱动。
7.根据权利要求6所述的井下钻井液抽排样实验装置，其特征在于，所述第一换向阀及第二换向阀均为三位四通电磁换向阀；第三换向阀及第四换向阀均为两位两通电磁换向阀。
8.根据权利要求1或2所述的井下钻井液抽排样实验装置，其特征在于，所述快换接头的输入口接待检测气体储存容器；所述蓄能器的接口即环空压力模拟装置的输出口。
9.一种采用权利要求1所述井下钻井液抽排样实验装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、关闭截止阀，待检测气体储存容器通过快换接头向蓄能器输入待检测气体；第一液压泵启动，钻井液容器内的钻井液经第一过滤器、第一液压泵及第一单向阀被注入到蓄能器；钻井液和待检测气体在蓄能器中混合，形成混合液；第一压力表读取蓄能器内的压力值；蓄能器内的压力达到8～20MP后，关闭第一液压泵；
步骤二、第三换向阀通电，第一柱塞缸的内腔与蓄能器连通；第一换向阀的第一电控端通电，第一活塞缸的有杆腔与第二液压泵的出油口连通；蓄能器内的混合液被吸入第一柱塞缸的内腔；
步骤三、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达80～120mm处后，第三换向阀断电，第一柱塞缸的内腔与蓄能器断开；第一柱塞缸内混合液的压力持续降低，混合液中的待检测气体析出；
步骤四、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达250～350mm处后，第一换向阀的第一电控端断电，第二电控端通电，第一活塞缸的无杆腔与第二液压泵的出油口连通；第四换向阀通电，第一柱塞缸的内腔与检测模块连通；第二换向阀的第一电控端通电，第二活塞缸的有杆腔与第二液压泵的出油口连通；第一柱塞缸内的混合液及待检测气体经过检测模块进入第二柱塞缸内；此时，检测模块对待检测气体进行检测；
步骤六、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达0mm处且第二位移传感器检测到第二柱塞缸的柱塞位移到达250～350mm处后，第一换向阀的第二电控端断电，第一电控端通电，第一活塞缸的有杆腔与第二液压泵的出油口连通；第二换向阀的第一电控端断电，第二电控端通电，第二活塞缸的无杆腔与第二液压泵的出油口连通；
步骤七、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达250～350mm处且第二位移传感器检测到第二柱塞缸的柱塞位移到达0mm处后；第四换向阀断电，第一柱塞缸的内腔与检测模块断开；第二换向阀的第二电控端断电，第二活塞缸的无杆腔与第二液压泵的出油口断开；第一换向阀的第一电控端断电，第二电控端通电，第一活塞缸的无杆腔与第二液压泵的出油口连通；第一柱塞缸内的混合液压力上升；
步骤八、压力传感器检测到的第一柱塞缸内混合液压力值与第一压力表检测的压力值相等后，第三换向阀通电，第一柱塞缸的内腔与蓄能器连通；第一柱塞缸内的混合液注入蓄能器；
步骤九、第一位移传感器检测到第一柱塞缸的柱塞位移到达0mm处后，第三换向阀断电，第一柱塞缸的内腔与蓄能器断开；开启截止阀，蓄能器内的混合液注入钻井液容器。
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