CN109900855A - 用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置及方法，包括：U型管路，包括竖直设置的第一管路、第二管路以及第三管路；样品池，设置在第一管路的端部，且与第一管路相连通；筛网，设置在样品池的底部。该评价钻井液的方法包括：在与U型管路的第一端相连的样品池中定量放入易水化氧粘土；在U型管路中定量加入钻井液，并淹没位于样品池内的易水化氧粘土；记录待测钻井液在U型管路的第二端的液面高度，记为第一高度；经历预设时长后，再次记录待测钻井液在U型管路的第二端的液面高度，记为第二高度；计算第一高度与第二高度的差值。本发明结构简单，操作方便，可表征待测钻井液的抑制性能或易水化粘土水化能力的强弱。

Description

用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于油田钻井的参数测定的实验装置，尤其涉及一种用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置及方法。

背景技术

在钻井或完井过程中出现的井壁坍塌、缩径和地层压裂等复杂情况统称为井壁失稳，其大多发生在泥页岩地层中。井壁失稳的原因是复杂的、多变的，也是综合的。国内外学者多从两个方面研究井壁失稳的原因，即力学因素和物理化学因素。力学因素主要是指钻井液密度过低，钻井液静液柱压力难以支撑井壁，从而造成井壁失稳；物理化学因素主要是指粘土的水化作用，由于水敏性泥页岩吸水而引起体积膨胀，颗粒分散和强度下降，从而改变了井眼周围的应力分布，最终造成井壁岩石剥落、缩径、扩径等井壁失稳现象。因此，井壁失稳在很多情况下与粘土的水化作用有关。提高井壁稳定性的方法多是集中的研究易水化泥页岩的水化作用及其抑制方法上。

目前，通用的钻井液抑制性能评价方法主要有线性膨胀法和滚动回收率法。线性膨胀法能有效评价钻井液对岩屑的抑制膨胀的作用，但不能表征钻井液抑制分散的作用；滚动回收率法能够有效评价钻井液抑制岩屑分散性能，但不能表征钻井液体系抑制膨胀作用。而在实际的钻井施工中，钻井液抑制易水化泥页岩的膨胀和分散性能均是影响井下井壁稳定的重要因素。同时，在钻井施工现场，由于评价仪器体积的限制，一般并不配备。施工现场的钻井液抑制性能的评价，往往是现场取样后带至具备实验条件的实验室进行测定，然后回馈给现场钻井液工程师。然而，采取这种方式方法得到的钻井液抑制性能评价数据并不能第一时间被钻井液工程师所获取，从而并不能及时对现场钻井液性能的调整提供技术支持。所以，有必要形成一种满足现场技术需要，且快速评价钻井液抑制性能的实验装置。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，包括：

U型管路，包括竖直设置的第一管路、第二管路以及与所述第一管路、第二管路相连通的第三管路；

样品池，设置在所述第一管路的端部，且与所述第一管路相连通；

筛网，设置在所述样品池的底部。

可选地，所述第二管路上设有刻度。

可选地，所述第二管路的第一端部的直径小于所述第二管路的第二端部的直径，所述第二端部与所述第三管路相连。

可选地，所述第二管路由三级量液柱、二级量液柱以及一级量液柱组成；其中，所述三级量液柱与所述第三管路相连，所述二级量液柱与所述三级量液柱相连，所述一级量液柱与所述二级量液柱相连。

可选地，所述第一管路的端部为漏斗状，用于与所述样品池相连。

可选地，所述样品池的顶端与所述第二管路的顶端处于同一水平线。

可选地，还包括至少一个渗透膜卡槽，设置在所述第三管路上。

可选地，还包括至少一个选择性半透膜，放置在所述至少一个渗透膜卡槽内。

可选地，所述第三管路上设有通孔，用于注入试剂。

可选地，还包括：

注样泵，与所述通孔相连；

试剂筒，与所述注样泵相连。

本发明还提供一种评价钻井液的方法，包括：

在与U型管路的第一端相连的样品池中定量放入易水化氧粘土；

在所述U型管路中定量加入待测钻井液，并淹没位于所述样品池内的所述易水化氧粘土；

记录所述待测钻井液在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第一高度；

经历预设时长后，再次记录所述待测钻井液在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第二高度；

计算所述第一高度与第二高度的差值，用于表征所述待测钻井液的抑制性能的强弱。

本发明还提供一种评价易水化粘土的方法，包括：

在与U型管路的第一端相连的样品池中定量放入待测易水化粘土；

在所述U型管路中定量加入特定液体，并淹没位于所述样品池内的所述待测易水化氧粘土；

记录所述特定液体在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第一高度；

经历预设时长后，再次记录所述特定液体在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第二高度；

计算所述第一高度与第二高度的差值，用于表征所述待测易水化粘土在所述特定液体的水化能力的强弱。

可选地，所述特定液体为水或钻井液。

本发明提供了一种用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，根据易水化泥页岩水化过程中吸水的特征，采用U型管路，一端填置易水化岩样，另一端填充待测液，可计量一定时间内岩样吸水量的多少，进而表征钻井液的抑制性能的强弱，即时为现场钻井施工过程中钻井液抑制性能的调控提供技术支持。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明实施例的用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的评价钻井液的方法的流程示意图。

图3为本发明实施例的评价易水化粘土的方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，包括U型管路、样品池30、筛网31。

其中，U型管路包括竖直设置的第一管路11、第二管路12以及与第一管路11、第二管路12相连通的第三管路13；一般地，第三管路13的两端分别与第一管路11、第二管路12的末端相连，第一管路11、第二管路12以及第三管路13可以是一体成型的。

在本实施例中，还可以在第二管路12上设置刻度，用于定量一定时间内粘土的吸水量。第二管路可以采用透明材质制成，例如是玻璃、塑料等。

此外，第二管路的第一端部的直径小于第二管路的第二端部的直径，其中，第二端部与第三管路相连。也就是说，靠近第三管路13的直径较大，在具体实施时，可以将第二管路分成直径不同的至少两段，每一段的直径等大，且越靠近第三管路的段直径越大。此外，第二管路的直径也可以是连续变化的，越靠近第三管路的直径越大。如此，可以提高目测刻度的准确性，防止粘土吸水过多而超出量程的情况发生。

在本发明的一个实施例中，第二管路12由三级量液柱23、二级量液柱22以及一级量液柱21组成；其中，三级量液柱23与第三管路13相连，二级量液柱22与三级量液柱23相连，一级量液柱21与二级量液柱22相连。也就是说，三级量液柱23的一端与第三管路13相连，另一端与二级量液柱22相连；二级量液柱22的一端与三级量液柱23相连，另一端与一级量液柱21相连。多级结构，可以提高目测刻度的准确性，防止粘土吸水过多而超出量程的情况发生。

样品池30设置在第一管路11的端部，且与第一管路相连通；用于盛放易水化粘土。在本发明的一个实施例中，样品池30为中空圆柱形，上述第一管路11的端部为漏斗状，用于更好地与样品池30相连。本实施例中，样品池30的顶端与第二管路12的顶端处于同一水平线。

筛网31设置在样品池30的底部，用于防止易水化粘土落入U型管路中。

在本发明的一个实施例中，还包括至少一个渗透膜卡槽40，例如是3个，设置在第三管路13上。还包括至少一个选择性半透膜，放置在上述至少一个渗透膜卡槽内。选择性半透膜可以是只允许水分子通过的半透膜，也可以是只允许某种离子，主要是对水化作用影响较大的金属离子，如Na⁺、K⁺和Ca²⁺等通过的半透膜，其目的是对比水中某种离子对粘土水化作用的影响。

在本发明的又一实施例中，第三管路13上设有通孔24，用于注入试剂。还包括与通孔24相连的注样泵51以及与注样泵相连的试剂筒52。试剂筒52可以放置特定试剂，主要是对水化作用影响较大的试剂，如KCl、NaCl、HCOOK等，用于对比外加试剂对粘土在水中或钻井液中水化作用的影响。

如图2所示，本发明还提供一种评价钻井液的方法，主要是评价钻井液的抑制性能，包括步骤：

101、在与U型管路的第一端相连的样品池中定量放入易水化氧粘土；

102、在所述U型管路中定量加入待测钻井液，并淹没位于所述样品池内的所述易水化氧粘土；

103、记录所述待测钻井液在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第一高度；

104、经历预设时长后，再次记录所述待测钻井液在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第二高度；

105、计算所述第一高度与第二高度的差值，用于表征所述待测钻井液的抑制性能的强弱。

钻井液的抑制性越强，则易水化粘土的吸水量越大，差值越大。

在具体实施时，可以采用本发明提供的用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置完成上述步骤。

此外，还可以通过设置在U型管路内的只允许特定分子或离子通过的半透膜对比水中某种离子对粘土水化作用的影响。

如图3所示，本发明还提供一种评价易水化粘土的方法，主要是评价易水化粘土的水化能力，包括：

201、在与U型管路的第一端相连的样品池中定量放入待测易水化粘土；

202、在所述U型管路中定量加入特定液体，并淹没位于所述样品池内的所述待测易水化氧粘土；

上述特定液体可以是水溶液也可以是钻井液。

203、记录所述特定液体在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第一高度；

204、经历预设时长后，再次记录所述特定液体在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第二高度；

205、计算所述第一高度与第二高度的差值，用于表征所述待测易水化粘土在所述特定液体的水化能力的强弱。

粘土的水化能力越强，则粘土的吸水量越大，差值越大。

在具体实施时，可以采用本发明提供的用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置完成上述步骤。

当采用钻井液作为特定液体时，可以将易水化粘土和钻井液同时作为评价对象。该差值可表征易水化粘土在钻井液中的水化能力。易水化粘土在钻井液中的水化能力越强，则易水化粘土的吸水量越大，差值越大。

本发明提供的用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置及方法，通过U型管型测定一定时间内易水化粘土吸水量的大小来表征该钻井液抑制性能或易水化粘土的水化能力的强弱。该装置设计简单，适用于钻井施工现场实验室配备，可有效反映钻井施工现场所使用钻井液抑制性能的强弱，为现场工程师对钻井液性能调控提供技术支持，也可以用于固定实验室，用于评价目标粘土的水化作用的强弱。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，其特征在于，包括：

U型管路，包括竖直设置的第一管路、第二管路以及与所述第一管路、第二管路相连通的第三管路；

样品池，设置在所述第一管路的端部，且与所述第一管路相连通；

筛网，设置在所述样品池的底部。

2.根据权利要求1所述用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，其特征在于，所述第二管路上设有刻度。

3.根据权利要求1或2所述用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，其特征在于，所述第二管路的第一端部的直径小于所述第二管路的第二端部的直径，所述第二端部与所述第三管路相连。

4.根据权利要求1所述用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，其特征在于，所述第二管路由三级量液柱、二级量液柱以及一级量液柱组成；其中，所述三级量液柱与所述第三管路相连，所述二级量液柱与所述三级量液柱相连，所述一级量液柱与所述二级量液柱相连。

5.根据权利要求1所述用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，其特征在于，所述第一管路的端部为漏斗状，用于与所述样品池相连。

6.根据权利要求1所述用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，其特征在于，还包括：

至少一个渗透膜卡槽，设置在所述第三管路上；

至少一个选择性半透膜，放置在所述至少一个渗透膜卡槽内。

7.根据权利要求1所述用于评价易水化粘土或钻井液的实验装置，其特征在于，还包括：

通孔，设置在所述第三管路上；

注样泵，与所述通孔相连；

试剂筒，与所述注样泵相连。

8.一种评价钻井液的方法，其特征在于，包括：

在与U型管路的第一端相连的样品池中定量放入易水化氧粘土；

在所述U型管路中定量加入待测钻井液，并淹没位于所述样品池内的所述易水化氧粘土；

记录所述待测钻井液在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第一高度；

经历预设时长后，再次记录所述待测钻井液在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第二高度；

计算所述第一高度与第二高度的差值，用于表征所述待测钻井液的抑制性能的强弱。

9.一种评价易水化粘土的方法，其特征在于，包括：

在与U型管路的第一端相连的样品池中定量放入待测易水化粘土；

在所述U型管路中定量加入特定液体，并淹没位于所述样品池内的所述待测易水化氧粘土；

记录所述特定液体在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第一高度；

经历预设时长后，再次记录所述特定液体在所述U型管路的第二端的液面高度，记为第二高度；

计算所述第一高度与第二高度的差值，用于表征所述待测易水化粘土在所述特定液体的水化能力的强弱。

10.根据权利要求9所述的评价易水化粘土的方法，其特征在于，所述特定液体为水或钻井液。