CN109738297B - 水平井井眼变形红外监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水平井井眼变形红外监测装置及方法，该水平井井眼变形红外监测装置包括：外筒体，具有密封内腔；加载机构，设置在所述密封内腔中，所述加载机构具有轴压加载件和围压加载件；其中，所述围压加载件具有能开合设置的两个围压半模，两个所述围压半模围设在待测岩心的外周，所述轴压加载件具有能相对移动的两个轴压模块，两个所述轴压模块分设在所述待测岩心的两端；监测机构，具有温度传感器和红外监测器，所述温度传感器设置在所述待测岩心的孔眼一端，所述红外监测器设置在所述待测岩心的孔眼内。本发明能够模拟水平井的水平井段的岩心的孔眼发生变形的情况，并对其进行实时监测。

Description

水平井井眼变形红外监测装置及方法

技术领域

本发明涉及石油钻井岩石力学技术领域，尤其涉及水平井井眼变形红外监测装置及方法。

背景技术

随着国家作出加强对石油与天然气资源开发力度的指示，各大石油公司必将加大油气勘探开发的力度，通过增加探井及开发井的数量以确保油气资源的发现量及产量满足国家战略需求与人民需要。而不可避免的是，由于勘探、钻井、生产技术及装备能力的限制，以前难以动用的油藏将逐渐被纳入开发目标内。例如我国渤海及南海的部分区块，由于浅层成岩作用差或部分层位裂缝发育且粘土矿物含量高，导致在钻遇这些层位时会出现大段的井眼坍塌失稳事故，引起井下钻具阻卡、固井质量差等，现场通常要花费大量的时间、人力及物力去解决井下复杂情况，致使钻完井作业时效极低，作业成本拉高。为了明确敏感区域的井眼变形原因及区域变形的分布规律，极有必要研制一套可以实时监测井眼内部实际情况的室内实验装置及方法，该装置可以模拟实际的井眼尺寸进行全尺寸室内力学实验，以贴近现场实际作业情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种水平井井眼变形红外监测装置及方法，能够模拟水平井的水平井段的岩心的孔眼发生变形的情况，并对其进行实时监测，本发明简单高效。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种水平井井眼变形红外监测装置，包括：

外筒体，具有密封内腔；

加载机构，设置在所述密封内腔中，所述加载机构具有轴压加载件和围压加载件；其中，所述围压加载件具有能开合设置的两个围压半模，两个所述围压半模围设在待测岩心的外周，所述轴压加载件具有能相对移动的两个轴压模块，两个所述轴压模块分设在所述待测岩心的两端；

监测机构，具有温度传感器和红外监测器，所述温度传感器设置在所述待测岩心的孔眼一端，所述红外监测器设置在所述待测岩心的孔眼内。

在本发明的实施方式中，所述轴压模块包括加载杆及与所述加载杆相连的加载块，所述加载块的内端连接有轴向隔垫，所述轴向隔垫与所述加载块之间夹设有轴压加热线圈。

在本发明的实施方式中，所述轴向隔垫内嵌设有第一压力传感器。

在本发明的实施方式中，所述轴压加载件还包括第一传动部件和第一动力部件；其中，

所述第一传动部件包括两个第一传动杆，所述第一传动杆的一端连接在所述轴压模块上，所述第一传动杆的另一端通过第一传动轴承可转动地连接有第一丝杠；

所述第一动力部件包括第一蜗杆和传动连接在所述第一蜗杆上的第一正旋蜗轮和第一反旋蜗轮，两个所述第一传动杆上的两个所述第一丝杠分别穿设连接在所述第一正旋蜗轮和所述第一反旋蜗轮内。

在本发明的实施方式中，两个所述围压半模的内侧均连接有围压隔垫，所述围压隔垫与所述围压半模之间夹设有围压加热线圈。

在本发明的实施方式中，所述围压隔垫内嵌设有第二压力传感器。

在本发明的实施方式中，所述围压加载件还包括第二传动部件和第二动力部件；其中，

所述第二传动部件包括两个第二传动杆，所述第二传动杆的一端连接在所述围压半模的外壁上，所述第二传动杆的另一端通过第二传动轴承可转动地连接有第二丝杠；

所述第二动力部件包括第二蜗杆和传动连接在所述第二蜗杆上的第二正旋蜗轮和第二反旋蜗轮，两个所述第二传动杆上的两个所述第二丝杠分别穿设连接在所述第二正旋蜗轮和所述第二反旋蜗轮内。

在本发明的实施方式中，所述红外监测器具有竖直杆及连接在所述竖直杆一端的径向杆，所述径向杆上可移动地连接有红外测距探头，所述竖直杆穿设在所述待测岩心的孔眼内，所述红外测距探头位于所述孔眼的一端。

在本发明的实施方式中，所述竖直杆的另一端可转动地连接在位于所述待测岩心另一端的所述轴压模块上。

在本发明的实施方式中，两个所述围压半模的外侧径向相对设置有两个第一支撑杆，所述第一支撑杆的一端可转动地连接在所述围压半模上，所述第一支撑杆的另一端连接有第一滑轮。

在本发明的实施方式中，两个所述轴压模块的外侧径向相对设置有两个第二支撑杆，所述第二支撑杆的一端可转动地连接在所述轴压模块上，所述第二支撑杆的另一端连接有第二滑轮。

在本发明的实施方式中，所述温度传感器连接在位于所述待测岩心一端的所述轴压模块上。

本发明还提供一种采用如上所述的水平井井眼变形红外监测装置的监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

步骤S1：将待测岩心放置在外筒体内，记录所述待测岩心的孔眼的初始长度H0及初始直径R0，调整监测机构的红外监测器的初始位置至H＝H0，并设定所述红外监测器的周向旋转速度；

步骤S2：通过加载机构的轴压加载件和围压加载件对所述待测岩心施加轴压及围压；

步骤S3：通过所述红外监测器记录测点至所述待测岩心的孔眼发生变形的位置点之间的距离H1；

步骤S4：当距离H1＝H0时，所述红外监测器继续沿周向旋转，同时得到H2、H3、…Hn，直至Hn小于H0时，判断所述待测岩心的孔眼已发生缩径；

步骤S5：所述红外监测器沿径向向所述待测岩心的轴线方向滑动直至测得H1＝H0，监测并记录所述红外监测器在径向方向移动的位移W，重复所述步骤S2至所述步骤S5。

本发明的水平井井眼变形红外监测装置及方法的特点及优点是：本发明的水平井井眼变形红外监测装置及方法简单高效，可以通过本发明进行大尺寸岩心的单三轴实验、凯塞尔效应实验、水化实验等的真实井况模拟，并对大尺寸岩心内部的井眼的变形情况进行实时监测和分析，以进一步明确实验中所用待测岩心所在区块的井眼的变形原因以及井眼变形的分布规律。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的水平井井眼变形红外监测装置的主视结构示意图。

图2为本发明的水平井井眼变形红外监测装置的侧视结构示意图。

图3为本发明的轴压加载件的结构示意图。

图4为本发明的围压加载件的结构示意图。

图5为本发明的围压加载件的围压半模的俯视结构示意图。

图6为本发明的监测机构的红外监测器的结构示意图。

图7为本发明的第一平衡机构的结构示意图。

图8为本发明的第二平衡机构的结构示意图。

附图标号说明：1、外筒体；11、密封内腔；12、外筒本体；121、上连接法兰；13、下法兰盘；131、外缘；14、顶盖；15、底座；16、螺栓；17、螺栓；18、垫块；21、轴压加载件；23、轴压模块；231、加载杆；232、加载块；233、轴向隔垫；234、轴压加热线圈；235、第一压力传感器；236、凹槽空间；24、第一传动部件；241、第一传动杆；2411、升降杆；242、第一传动轴承；243、第一丝杠；25、第一动力部件；251、第一蜗杆；252、第一正旋蜗轮；253、第一反旋蜗轮；254、外壳体；255、蜗轮座；256、电机；22、围压加载件；221、围压半模；222、第二传动部件；2221、第二传动杆；2222、第二传动轴承；2223、第二丝杠；223、第二动力部件；2231、第二蜗杆；2232、第二正旋蜗轮；2233、第二反旋蜗轮；2234、外壳体；2235、蜗轮座；2236、电机；224、围压隔垫；225、围压加热线圈；226、第二压力传感器；31、温度传感器；32、红外监测器；321、竖直杆；322、径向杆；323、红外测距探头；4、待测岩心；41、孔眼；5、综合控制系统；51、数据采集器；52、处理器；6、第一平衡机构；61、第一支撑杆；62、第一滑轮；7、第二平衡机构；71、第二支撑杆；72、第二滑轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式一

如图1和图2所示，本发明提供了一种水平井井眼变形红外监测装置，包括外筒体1、加载机构和监测机构，其中：外筒体1具有密封内腔11；加载机构设置在所述密封内腔11中，所述加载机构具有轴压加载件21和围压加载件22；其中，所述围压加载件22具有能开合设置的两个围压半模221，两个所述围压半模221围设在待测岩心4的外周，所述轴压加载件21具有能相对移动的两个轴压模块23，两个所述轴压模块23分设在所述待测岩心4的两端；监测机构具有温度传感器31和红外监测器32，所述温度传感器31设置在所述待测岩心4的孔眼41一端，所述红外监测器32设置在所述待测岩心4的孔眼41内。

本发明的水平井井眼变形红外监测装置，简单高效，其可对大尺寸岩心进行实验测试，该大尺寸岩心例如可为直径为6英寸、8英寸或12.25英寸等，长度约为直径的1.5～2倍的圆柱体形的待测岩心4，在本实施例中，该待测岩心4大体呈圆柱体形，其尺寸为φ2.54×5cm，该待测岩心4水平放置，以模拟水平井的水平井段中的大尺寸岩心的孔眼变形情况，并对其进行实时监测与分析，以进一步明确实验中的待测岩心4所在区块的井眼变形原因以及井眼变形的分布规律。

具体的，外筒体1大体呈圆柱筒形，其具有外筒本体12，外筒本体12的下端密封连接有下法兰盘13，外筒本体12的上端密封连接有顶盖14，由顶盖14、外筒本体12和下法兰盘13组成的外筒体1形成有密封内腔11。在本实施例中，在外筒本体12的上端外缘形成有上连接法兰121，顶盖14通过多个螺栓16与上连接法兰121相连；下法兰盘13的外径大于外筒本体12的外径，其超出外筒本体12的外缘131能够通过多个螺栓17实现将外筒体1连接在位于外筒体1下方的底座15上的目的。在本实施例中，该些螺栓16和该些螺栓17的数量可分别为4个、8个或更多数量，多个螺栓16和多个螺栓17分别沿顶盖14和下法兰盘13的圆周方向均匀且间隔设置。

该加载机构设置在外筒体1的密封内腔11中，该加载机构用于对待测岩心4施加加载力，以满足实验要求。该加载机构具有轴压加载件21和围压加载件22。

该轴压加载件21的两个轴压模块23能水平相对移动地设置在待测岩心4的两端，其用于向待测岩心4施加轴向的加载力。

具体的，如图3所示，该轴压模块23包括加载杆231及与加载杆231相连的加载块232，该加载块232的内端面(也即，与待测岩心4的端面相接触的端面)连接有轴向隔垫233，该轴向隔垫233与加载块232之间夹设有轴压加热线圈234。在本实施例中，该加载块232大体呈圆盘形形状，当然也可采用其他形状，在此不做限制；加载杆231大体呈圆柱体形，其螺纹或焊接连接在加载块232的外端；轴向隔垫233具有一定的厚度，其采用易变形的金属材料制成，例如铅皮等，或者该轴向隔垫233也可为耐温塑胶管，或者该轴向隔垫233也可为内部填充细砂颗粒或耐高温油的软袋，在此不做限制，该轴向隔垫233可以确保待测岩心4的端面均匀受力，避免因待测岩心4表面不平整或加载块232的内端面不平整导致待测岩心4的端面受力不均匀；轴压加热线圈234均匀铺设固定于加载块232的内端面上，也即位于加载块232与轴向隔垫233之间，该轴压加热线圈234在通电之后能够发热，以对轴向隔垫233及内部包裹的待测岩心4进行加热。

进一步的，该轴向隔垫233内嵌设有第一压力传感器235。该第一压力传感器235嵌设于轴向隔垫233与待测岩心4相贴设的端面上，该第一压力传感器235的端面与轴向隔垫233的端面平齐，其可以监测待测岩心4的端面所受的轴压大小。

如图3所示，更进一步的，该轴压加载件21还包括第一传动部件24和第一动力部件25；其中，该第一传动部件24包括两个第一传动杆241，该第一传动杆241的一端连接在轴压模块23的加载杆231上，该第一传动杆241的另一端通过第一传动轴承242可转动地连接有第一丝杠243；该第一动力部件25包括第一蜗杆251和传动连接在第一蜗杆251上的第一正旋蜗轮252和第一反旋蜗轮253，两个第一传动杆241上的两个第一丝杠243分别穿设连接在第一正旋蜗轮252和第一反旋蜗轮253内。

具体的，该第一传动部件24的每个第一传动杆241均大体呈L形形状，该第一传动杆241的一端通过升降杆2411可上下移动地连接在轴压模块23的加载杆231上，其另一端与第一传动轴承242的内圈紧密配合，该第一丝杠243的一端与第一传动轴承242的外圈焊接，其另一端与第一正旋蜗轮252或第一反旋蜗轮253传动连接。

该第一动力部件25具有外壳体254，外壳体254可安装在外筒体1的底部，该外壳体254内的上端连接有两个蜗轮座255，其中，第一蜗杆251穿设在外壳体254内，其穿出外壳体254的一端与电机256相连，第一蜗杆251的两端与外壳体254之间分别通过轴承(图中未示出)固定连接，以减小其转动阻力；第一正旋蜗轮252和第一反旋蜗轮253分别位于两个蜗轮座255内，二者处于水平平行的位置并位于第一蜗杆251的上方且与第一蜗杆251相互啮合，第一蜗杆251在电机256的带动下旋转，并带动第一正旋蜗轮252与第一反旋蜗轮253旋转。在本发明中，第一正旋蜗轮252的内圈与第一反旋蜗轮253的内圈分别通过螺纹连接对应的第一丝杠243，从而使得两个第一丝杠243在第一正旋蜗轮252和第一反旋蜗轮253的旋转带动下，能相对外壳体254水平移动的设置。在本实施例中，两个第一丝杠243的一端位于外壳体254内，其另一端位于外壳体254的外侧。

该围压加载件22用于对待测岩心4施加周向加载力。该围压加载件22具有能开合设置的两个围压半模221，两个围压半模221围设在待测岩心4的外周。

具体的，如图4和图5所示，该围压半模221大体呈半环形形状，两个围压半模221对扣在一起形成完整的圆形，以便与圆柱体形的待测岩心4配合，当然在其他的实施例中，根据待测岩心4的外形形状，该围压半模221也可设计为其他形状，只要能实现将待测岩心4围设起来并向待测岩心4提供周向加载力即可，在此不对围压半模221的形状进行限制。

在本发明中，两个围压半模221的内侧均连接有围压隔垫224，该围压隔垫224与围压半模221之间夹设有围压加热线圈225。在本实施例中，该围压隔垫224具有一定的厚度，其采用易变形的金属材料制成，例如铅皮等，或者该围压隔垫224也可为耐温塑胶管，或者该围压隔垫224也可为内部填充细砂颗粒或耐高温油的软袋，在此不做限制，该围压隔垫224可以确保待测岩心4的外周壁面均匀受力，避免因待测岩心4表面不平整或围压半模221的内侧面不平整导致待测岩心4的周壁面受力不均匀。

在本发明中，在围压隔垫224内嵌设有第二压力传感器226，该第二压力传感器226镶嵌于围压隔垫224的内端面，该第二压力传感器226的端面与围压隔垫224的内端面齐平，以便监测待测岩心4的周壁面所受的围压大小。该围压加热线圈225均匀铺设固定于围压半模221的内侧壁上，也即位于围压半模221与围压隔垫224之间，该围压加热线圈225在通电之后能够发热，以对围压隔垫224及内部包裹的待测岩心4进行加热。

进一步的，在本发明中，该围压加载件22还包括第二传动部件222和第二动力部件223；其中，该第二传动部件222包括两个第二传动杆2221，该第二传动杆2221的一端连接在围压半模221的外壁上，该第二传动杆2221的另一端通过第二传动轴承2222可转动地连接有第二丝杠2223；该第二动力部件223包括第二蜗杆2231和传动连接在第二蜗杆2231上的第二正旋蜗轮2232和第二反旋蜗轮2233，两个第二传动杆2221上的两个第二丝杠2223分别穿设连接在第二正旋蜗轮2232和第二反旋蜗轮2233内。

该第二传动部件222的每个第二传动杆2221均大体呈U形形状，该第二传动杆2221的一端焊接连接在围压半模221的外壁上，其另一端与第二传动轴承2222的内圈紧密配合，第二丝杠2223的一端与第二传动轴承2222的外圈焊接，其另一端与第二正旋蜗轮2232或第二反旋蜗轮2233传动连接。

该第二动力部件223具有外壳体2234，外壳体2234可安装在外筒体1的底部，该外壳体2234内的上端连接有两个蜗轮座2235，其中，第二蜗杆2231穿设在外壳体2234内，其穿出外壳体2234的一端与电机2236相连，第二蜗杆2231的两端与外壳体2234之间分别通过轴承(图中未示出)固定连接，以减小其转动阻力；第二正旋蜗轮2232和第二反旋蜗轮2233分别位于两个蜗轮座2235内，二者处于水平平行的位置并位于第二蜗杆2231的上方且与第二蜗杆2231相互啮合，第二蜗杆2231在电机2236的带动下旋转，并带动第二正旋蜗轮2232与第二反旋蜗轮2233旋转。在本发明中，第二正旋蜗轮2232的内圈与第二反旋蜗轮2233的内圈分别通过螺纹连接对应的第二丝杠2223，从而使得两个第二丝杠2223在第二正旋蜗轮2232和第二反旋蜗轮2233的旋转带动下，能相对外壳体2234水平移动的设置。在本实施例中，两个第二丝杠2223的一端位于外壳体2234内，其另一端位于外壳体2234的外侧。

监测机构具有温度传感器31和红外监测器32，该温度传感器31设置在待测岩心4的孔眼41一端，该红外监测器32设置在待测岩心4的孔眼41内。

在本发明中，如图3所示设有两个温度传感器31，两个温度传感器31连接在位于待测岩心一端的轴压模块23的内端，也即连接在该轴压模块23的加载块232的内端，该轴压模块23的轴向隔垫233的中部形成有凹槽空间236，以便容纳两个温度传感器31，当轴压模块23压设在待测岩心4的端面上时，两个温度传感器31恰好位于待测岩心4的孔眼41一端。该温度传感器31用于监测待测岩心4的孔眼41内的温度。

在本发明中，如图6所示，该监测机构的红外监测器32具有竖直杆321及连接在竖直杆321上端的径向杆322，该径向杆322上可移动地连接有红外测距探头323，该竖直杆321穿设在待测岩心4的孔眼41内，该红外测距探头323位于孔眼41的一端。该竖直杆321的一端与径向杆322之间通过螺纹连接以便于安装，该竖直杆321的另一端可转动地连接在位于待测岩心4另一端的轴压模块23中。

在本发明中，位于待测岩心4另一端的轴压模块23内设有驱动装置，可用于驱动红外监测器32的竖直杆321自转，红外监测器32的红外测距探头323在竖直杆321的驱动下可沿待测岩心4的孔眼41周向旋转，同时该红外测距探头323可沿待测岩心的径向方向在径向杆322上水平移动，在本实施例中，该红外测距探头323的初始测点位置紧贴孔眼41的一端内侧壁，由初始测点处沿孔眼41的轴向方向发射红外线用于测距，当测距值小于孔眼41的长度时，该红外测距探头323沿孔眼41的径向方向移动直至测距值等于孔眼41的长度；当测距值等于孔眼41长度时，此时红外测距探头323在竖直杆321的驱动下沿孔眼41的周向方向旋转。

根据本发明的一个实施方式，如图1和图2所示，该水平井井眼变形红外监测装置还包括综合控制系统5，其包括数据采集器51及处理器52，该处理器52用于对数据采集器51收集到的信息数据进行分析，并对电机等进行操作，同时记录和显示监测到的数据。

具体的，该温度传感器31的电信号可传输至综合控制系统5，以便实时监测待测岩心4的温度。该红外监测器32的电信号可传输至综合控制系统5，以便对待测岩心4的孔眼41变形情况进行实时监测。该综合控制系统5还可对电机2236和电机256进行控制，以便实验的顺利进行。

如图7所示，该水平井井眼变形红外监测装置还具有两个第一平衡机构6，该第一平衡机构6具有第一支撑杆61和第一滑轮62，其中，两个围压半模221的外侧径向相对设置有两个第一支撑杆61，该第一支撑杆61的一端可转动地连接在围压半模221上，该第一支撑杆61的另一端连接有第一滑轮62，该第一滑轮62可抵接在外筒体1的下法兰盘13上。该第一平衡机构6可保证围压加载件22的两个围压半模221的平衡状态，使其不会左右倾斜。

如图8所示，该水平井井眼变形红外监测装置还具有两个第二平衡机构7，该第二平衡机构7具有第二支撑杆71和第二滑轮72，其中，两个轴压模块23的加载块232的外侧径向相对设置有两个第二支撑杆71，该第二支撑杆71的一端可转动地连接在轴压模块23的加载块232的外侧，该第二支撑杆71的另一端连接有第二滑轮72，该第二滑轮72可抵接在外筒体1的下法兰盘13上。该第二平衡机构7可保证轴压加载件21的两个轴压模块23的平衡状态，使其不会左右倾斜。

根据本发明的一个实施方式，在外筒体1内设有垫块18，该垫块18例如可放置在外壳体254的上方，其主要目的是让待测岩心4的初始位置距离外筒体1的底面有一定高度，使得升降杆2411在下降之后，该轴压加载件21的两个轴压模块23能对准待测岩心4的两端并相向移动夹住待测岩心4，待夹持稳固后再上升升降杆2411，以便后续对待测岩心4施加围压与轴压。

该水平井井眼变形红外监测装置的监测方法如下：

步骤S1：卸掉用于固定顶盖14的多个螺栓16并移除顶盖14，吊放内部已加工有孔眼41的待测岩心4至外筒体1内的正中心，记录孔眼41的长度为H0，孔眼41的直径为R0；

步骤S2：连接红外监测器32并调整红外监测器32的红外测距探头323的初始位置至H＝H0；

步骤S3：将顶盖14坐放在外筒体1的上端，并使用多个螺栓16进行固定密封连接；

步骤S4：连接综合控制系统5，设定轴压值、围压值与温度条件，设定红外测距探头323的水平周向旋转速率，使其以一定速率旋转并实时监测记录测点至挡点(该挡点也即孔眼41的内壁发生变形的位置点)的距离H1；

步骤S5：启动轴压加载件21的电机256与围压加载件22的电机2236，开启轴压加热线圈234和围压加热线圈225的电源，使轴压加载件21与围压加载件22对外筒体1内的待测岩心4同步进行加压，直至压力值达到设定值，并维持轴压与围压至设定时长，且轴压加热线圈234和围压加热线圈225开始工作对待测岩心4进行加热；

步骤S6：当监测的距离H1＝H0时，红外测距探头323在竖直杆321的带动下沿周向旋转，同时得到H2、H3、…Hn，直至Hn小于H0时，该红外监测器32的红外测距探头323沿径向杆322向待测岩心4的轴线方向滑动直至测得H＝H0，监测并记录红外测距探头323在径向杆322上的移动位移W，按照步骤S4与步骤S5重新设定更高的轴压与围压，继续进行加压实验并维持压力至设定时长；

步骤S7：当红外测距探头323测得H值小于H0时，说明孔眼41已发生缩径，此刻红外测距探头323通过在径向杆322上向待测岩心4的轴线方向移动并实时监测H值，直至H＝H0，该红外测距探头323在径向杆322上的移动位移反映了待测岩心4的孔眼41内部的缩径情况。

本发明的水平井井眼变形红外监测装置，能解决油气钻井尤其是海洋浅层油气钻井井眼的变形原因不明确的问题。本发明可以进行大尺寸岩心的力学实验，可模拟高温地层(例如温度大于150摄氏度的地层)；可以真实的模拟实际钻进时的地层与井眼条件，实验结果更贴近现场实际；本发明采用蜗轮蜗杆结构进行压力加载，可实现加载压力的精确调控；本发明的装置的实验条件安全可控，避免了液压油加载方式中高压流体泄漏的风险，其结构较简单，成本低廉，方便使用。

实施方式二

如图1至图8所示，本发明还提供一种采用实施方式一中所述的水平井井眼变形红外监测装置的监测方法，该水平井井眼变形红外监测装置的具体结构、工作原理及有益效果已在实施方式一中具体说明，在此不再赘述，所述监测方法包括如下步骤：

步骤S1：将待测岩心4放置在外筒体1内，记录所述待测岩心4的孔眼41的初始长度H0及初始直径R0，调整监测机构的红外监测器32的初始位置至H＝H0，并设定所述红外监测器32的周向旋转速度；

步骤S2：通过加载机构的轴压加载件21和围压加载件22对所述待测岩心4施加轴压及围压；

步骤S3：通过所述红外监测器32记录测点至所述待测岩心4的孔眼41发生变形的位置点之间的距离H1；

步骤S4：当距离H1＝H0时，所述红外监测器32继续沿周向旋转，同时得到H2、H3、…Hn，直至Hn小于H0时，判断所述待测岩心4的孔眼41已发生缩径；

步骤S5：所述红外监测器32沿径向向所述待测岩心4的轴线方向滑动直至测得H1＝H0，监测并记录所述红外监测器32在径向方向移动的位移W，重复所述步骤S2至所述步骤S5。

本发明的水平井井眼变形红外监测方法，能解决油气钻井尤其是海洋浅层油气钻井井眼的变形原因不明确的问题。本发明可以进行大尺寸岩心的力学实验，可模拟高温地层(例如温度大于150摄氏度的地层)；可以真实的模拟实际钻进时的地层与井眼条件，实验结果更贴近现场实际。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，包括：

外筒体，具有密封内腔；

加载机构，设置在所述密封内腔中，所述加载机构具有轴压加载件和围压加载件；其中，所述围压加载件具有能开合设置的两个围压半模，两个所述围压半模围设在待测岩心的外周，所述轴压加载件具有能相对移动的两个轴压模块，两个所述轴压模块分设在所述待测岩心的两端，两个所述轴压模块的外侧径向相对设置有两个第二支撑杆，所述第二支撑杆的一端可转动地连接在所述轴压模块上，所述第二支撑杆的另一端连接有第二滑轮；

监测机构，具有温度传感器和红外监测器，所述温度传感器设置在所述待测岩心的孔眼一端，所述红外监测器设置在所述待测岩心的孔眼内，所述红外监测器具有竖直杆及连接在所述竖直杆一端的径向杆，所述径向杆上可移动地连接有红外测距探头，所述竖直杆穿设在所述待测岩心的孔眼内，所述红外测距探头位于所述孔眼的一端。

2.如权利要求1所述的水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，所述轴压模块包括加载杆及与所述加载杆相连的加载块，所述加载块的内端连接有轴向隔垫，所述轴向隔垫与所述加载块之间夹设有轴压加热线圈。

3.如权利要求2所述的水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，所述轴向隔垫内嵌设有第一压力传感器。

4.如权利要求1或2或3所述的水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，所述轴压加载件还包括第一传动部件和第一动力部件；其中，

所述第一传动部件包括两个第一传动杆，所述第一传动杆的一端连接在所述轴压模块上，所述第一传动杆的另一端通过第一传动轴承可转动地连接有第一丝杠；

所述第一动力部件包括第一蜗杆和传动连接在所述第一蜗杆上的第一正旋蜗轮和第一反旋蜗轮，两个所述第一传动杆上的两个所述第一丝杠分别穿设连接在所述第一正旋蜗轮和所述第一反旋蜗轮内。

5.如权利要求1所述的水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，两个所述围压半模的内侧均连接有围压隔垫，所述围压隔垫与所述围压半模之间夹设有围压加热线圈。

6.如权利要求5所述的水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，所述围压隔垫内嵌设有第二压力传感器。

7.如权利要求1或5或6所述的水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，所述围压加载件还包括第二传动部件和第二动力部件；其中，

所述第二传动部件包括两个第二传动杆，所述第二传动杆的一端连接在所述围压半模的外壁上，所述第二传动杆的另一端通过第二传动轴承可转动地连接有第二丝杠；

所述第二动力部件包括第二蜗杆和传动连接在所述第二蜗杆上的第二正旋蜗轮和第二反旋蜗轮，两个所述第二传动杆上的两个所述第二丝杠分别穿设连接在所述第二正旋蜗轮和所述第二反旋蜗轮内。

8.如权利要求1所述的水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，所述竖直杆的另一端可转动地连接在位于所述待测岩心另一端的所述轴压模块上。

9.如权利要求1所述的水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，两个所述围压半模的外侧径向相对设置有两个第一支撑杆，所述第一支撑杆的一端可转动地连接在所述围压半模上，所述第一支撑杆的另一端连接有第一滑轮。

10.如权利要求1所述的水平井井眼变形红外监测装置，其特征在于，所述温度传感器连接在位于所述待测岩心一端的所述轴压模块上。