CN110185442A - 置换法压井实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种置换法压井实验装置及方法，该装置包括：高压透明井筒，用于模拟现场井眼，所述高压透明井筒设有压力传感器，用于实时记录井口与井底压力；储液罐，所述储液罐设有储液罐加液口、储液罐放气口、储液罐排液口和液位计；液体管路，用于形成所述储液罐与所述高压透明井筒之间的压井液循环回路；空气压缩机，产生高压气体输送到所述高压透明井筒，用于模拟较高的关井压力；数据采集装置，用于采集模拟实验现场数据；计算机，用于根据模拟实验现场数据对实验现场操作进行控制。

Description

置换法压井实验装置及方法

技术领域

本发明是关于一种置换法压井实验装置，涉及石油工程领域。

背景技术

由于在钻井过程中存在很多不确定性因素，有时会导致地层流体侵入井筒，尤其是当遇到高压气层时，在较大的压差作用下，气体将导致钻杆和环空中的钻井液喷出井筒，使井筒呈现出空井筒的状态，存在着极大安全隐患。此时，由于不能建立正常的循环，常规的压井方式已经不能使用，如果不采取合理的压井措施，将会导致灾难性的后果—井喷。虽然人们对井喷事故的危害性有着深刻的认识，也在努力避免井喷事故的发生，但是近年来由于井喷引起的重大安全事故仍然有逐年上升的趋势。

现在已经存在很多井控技术，但是对于一些特殊工况来说，常规压井方式已经不能满足井控需求，所以有必要研究非常规压井技术—置换法压井。如果可以推导一种置换法压井技术的模型或者建立一种置换法压井方法，则可以极大地提高置换法压井的作业效率以及安全系数，使得现场施工时有更多的反应时间，将大大降低钻井工程的风险和损失，而模型的准确与否常常需要大量准确的实验数据进行验证，这就有必要研究一套置换法压井的实验装置。通过套置换法压井的实验装置，可以测量出很多置换法压井过程中的关键实验参数，以此为依据对置换法压井的理论模型及方法进行修正，得到一套精度准确的理论模型。这样可以极大地提高置换压井作业的安全性。

随着石油工业的发展，现有技术在钻井工程的井控领域已经多次用到了置换法压井技术，例如：邹阿七等人研究了置换法完成钻杆刺漏问题井的压井过程，并成功压井；任美鹏等人基于静态置换法压井时间较长的缺点提出了动态置换法，缩短了压井所需要的时间；边杰等人给出了置换法压井技术的详细作业过程以及发生井漏时的作业程序；吕选鹏等人给出了发生井漏和不发生井漏两种情况下的置换法压井技术操作步骤。虽然目前置换法压井方法已经在现场得到了实际的应用，但是很多关键参数却仍然是根据经验确定，没有合理的计算方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种置换法压井实验装置，既可以通过压力传感器实时记录井口和井底的压力变化规律，也可以通过透明井筒进行压井液流动型态的可视化研究。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，一种置换法压井实验装置，该装置包括：

高压透明井筒，用于模拟现场井眼，所述高压透明井筒设有压力传感器，用于实时记录井口与井底压力；

储液罐，所述储液罐设有储液罐加液口、储液罐放气口、储液罐排液口和液位计；

液体管路，用于形成所述储液罐与所述高压透明井筒之间的压井液循环回路；

空气压缩机，产生高压气体输送到所述高压透明井筒，用于模拟较高的关井压力；

数据采集装置，用于采集模拟实验现场数据；

计算机，用于根据模拟实验现场数据对实验现场操作进行控制。

所述的置换法压井实验装置，进一步地，所述液体管路包括低压进气管、高压进液管和回水管，所述低压进液管一端连接所述储液罐底部，所述低压进液管另一端通过高压泵连接所述高压进液管一端，所述高压进液管另一端连接所述高压透明井筒顶部，所述储液罐顶部通过所述回水管连接所述高压透明井筒底部，形成所述储液罐、低压进液管、高压泵、高压进液管、高压透明井筒、回水管，再到所述储液罐的循环回路。

所述的置换法压井实验装置，进一步地，所述高压进液管上设置有流量传感器和背压阀，所述流量传感器用于实时观测压井液的注入排量，所述背压阀用于防止井筒压力过高。

所述的置换法压井实验装置，进一步地，所述回水管进口端还经过一背压阀连接所述高压透明井筒。

所述的置换法压井实验装置，进一步地，该装置还包括高速摄像机和DV摄像机，所述高速摄像机和DV摄像机均设置在所述高压透明井筒外部，所述高速摄像机用于测量液相的沉降速度，所述DV摄像机用于记录液相的沉降型态。

所述的置换法压井实验装置，进一步地，该装置还包括计时器，所述计时器用于记录液相的沉降时间。

第二方面，本发明还提供一种置换法压井实验装置的实验方法，具体过程为：

S1、通过储液罐加液口将清水加入到储液罐中，观测储液罐的液位计，保持液面高于设定值；

S2、打开数据采集装置，检查压力传感器与流量传感器是否有数据正常传输；

S3、在高压透明井筒的设定位置安装高速摄像机以及DV摄像机，并进行仪器的检查，保证仪器处于正常状态；

S4、打开高压泵，进行储液罐—低压进液管—高压泵—高压进液管—流量传感器—高压进液管—高压透明井筒—回水管线—储液罐的循环回路，循环设定时间，清理回路中存在的杂质；

S5、打开储液罐排液口，排出循环后的清水，准备开始正式实验；

S6、将配置好的压井液通过储液罐加液口加入到储液罐中，观测储液罐液位计，保持液面高于设定值；

S7、调整背压阀值至设备设计的安全值，打开高压泵向高压透明井筒中注入压井液；

S8、需要向高压透明井筒内注入气体时，首先打开空气压缩机，然后将产生的高压气体通过进气管泵入高压透明井筒中，对高压透明井筒进行增压，用于模拟关井压力。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、为了弥补置换法压井技术实验数据较少的缺点，本发明提出置换法压井的实验装置，该装置可独立进行置换法压井技术的相关实验，无需额外的设备支持，通过该实验装置，可以进行不同性质压井液的置换法压井实验，得到充足的实验数据；

2、本发明可以模拟整个置换法压井的作业过程，并且可以模拟不同的压井液注入排量、不同的关井压力、不同的地层破裂压力、不同的关井工况；

3、本发明的高压透明井筒可以进行可视化研究，方便观察井筒中流体的流动形态；

4、本发明通过数据采集装置，将实验所需要的各种参数直接记录在计算机中，既提高了实验数据的精确度，也极大地简化了实验的操作程序。

附图说明

图1为本发明的置换法压井实验装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

如图1所示，本发明提供的置换法压井实验装置，包括储液罐1、低压进气管2、高压泵3、高压进液管4、高压透明井筒5、回水管6、空气压缩机7、数据采集装置和计算机8；

储液罐1顶部设置有储液罐加液口11，用于将配置好的压井液注入储液罐1中。

储液罐1顶部设置有储液罐放气口12，储液罐放气口12连接大气，始终保持储液罐1内气压与大气压力一致。

储液罐1底部设置有储液罐排液口13，用于排放出用完的压井液。

储液罐1上还设置有液位计14，用于观测储液罐1液面的位置。

储液罐1底部连接低压进液管2的一端，低压进液管2的另一端通过高压泵3连接高压进液管4的一端，高压进液管4的另一端连接高压透明井筒5顶部。储液罐1顶部通过回水管6连接高压透明井筒5底部，形成储液罐1、低压进液管2、高压泵3、高压进液管4、高压透明井筒5、回水管6，再到储液罐1的循环回路，其中，低压进液管2作用是将压井液输送至循环回路，回水管6作用是使循环回来的压井液进入储液罐1，其中，在低压进液管2与高压进液管4之间设置高压泵3的作用是提高压井液的注入压力，使压井液以较高的压力注入高压透明井筒5；其中，高压进液管4上设置有流量传感器41和背压阀42，流量传感器41的作用是实时观测压井液的注入排量，背压阀42的作用是作为安全阀使用，防止井筒压力过高。

高压透明井筒5底部通过进气管连接空气压缩机7，空气压缩机7主要是产生高压气体，用于模拟较高的关井压力。

高压透明井筒5顶部与底部均设置有灵敏度较高的压力传感器51，用于实时记录井口与井底的压力变化规律，高压透明井筒5本身需要能够承受置换法压井实验所需的压力，承受的压力范围为5MPa。

数据采集装置用于采集流量传感器41和压力传感器51数据，并将采集的数据发送到计算机8进行记录监控；

计算机8根据采集的数据控制相应器件进行工作，例如输出符合要求的气体排量等。

上述的置换法压井实验装置，优选地，回水管6进口端还可以分成两路，另一路经过背压阀61后再进入到储液罐1中，其中，背压阀61的作用是模拟地层破裂压力。

上述的置换法压井实验装置，优选地，该置换法压井实验装置还包括高速摄像机52和DV摄像机53，高速摄像机52和DV摄像机53设置在高压透明井筒5外部，高速摄像机52用于测量液相的沉降速度，DV摄像机53用于记录液相的沉降型态。

上述的置换法压井实验装置，优选地，该置换法压井实验装置还包括计时器，计时器可以放置在实验人员手中，用于记录液相的沉降时间。

采用本发明提供的置换法压井实验装置进行置换法压井技术的相关实验时，具体过程为：

1、通过储液罐加液口11将清水加入到储液罐1中，观测储液罐1的液位计14，保持液面高于1米；

2、打开数据采集装置，检查压力传感器51与流量传感器41是否有数据正常传输；

3、在高压透明井筒5的设定位置安装高速摄像机52以及DV摄像机53，并进行仪器的检查，保证仪器处于正常状态；

4、打开高压泵3，进行储液罐1—低压进液管2—高压泵3—高压进液管4—流量传感器41—高压进液管4—高压透明井筒5—回水管线6(不经过背压阀61的回路)—储液罐1的循环回路，循环半小时，目的是清理回路中可能存在的杂质；

5、打开储液罐排液口13，排出循环后的清水，准备开始正式实验；

6、将配置好的压井液(根据实际需要选定粘度、密度)通过储液罐加液口11加入到储液罐1中，观测储液罐液位计14，保持液面高于1米；

7、调整背压阀42值至设备设计的安全值，保证整套仪器设备的安全，然后即可打开高压泵3向高压透明井筒5中注入压井液；

8、需要向高压透明井筒5内注入气体时，首先应该打开空气压缩机7，然后将产生的高压气体通过进气管泵入高压透明井筒5中，即可对高压透明井筒5进行增压，用于模拟初始的关井压力。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种置换法压井实验装置，其特征在于，该装置包括：

高压透明井筒，用于模拟现场井眼，所述高压透明井筒设有压力传感器，用于实时记录井口与井底压力；

储液罐，所述储液罐设有储液罐加液口、储液罐放气口、储液罐排液口和液位计；

液体管路，用于形成所述储液罐与所述高压透明井筒之间的压井液循环回路；

空气压缩机，产生高压气体输送到所述高压透明井筒，用于模拟较高的关井压力；

数据采集装置，用于采集模拟实验现场数据；

计算机，用于根据模拟实验现场数据对实验现场操作进行控制。

2.根据权利要求1所述的置换法压井实验装置，其特征在于，所述液体管路包括低压进气管、高压进液管和回水管，所述低压进液管一端连接所述储液罐底部，所述低压进液管另一端通过高压泵连接所述高压进液管一端，所述高压进液管另一端连接所述高压透明井筒顶部，所述储液罐顶部通过所述回水管连接所述高压透明井筒底部，形成所述储液罐、低压进液管、高压泵、高压进液管、高压透明井筒、回水管，再到所述储液罐的循环回路。

3.根据权利要求2所述的置换法压井实验装置，其特征在于，所述高压进液管上设置有流量传感器和背压阀，所述流量传感器用于实时观测压井液的注入排量，所述背压阀用于防止井筒压力过高。

4.根据权利要求2所述的置换法压井实验装置，其特征在于，所述回水管进口端还经过一背压阀连接所述高压透明井筒。

5.根据权利要求1～4任一项所述的置换法压井实验装置，其特征在于，该装置还包括高速摄像机和DV摄像机，所述高速摄像机和DV摄像机均设置在所述高压透明井筒外部，所述高速摄像机用于测量液相的沉降速度，所述DV摄像机用于记录液相的沉降型态。

6.根据权利要求1～4任一项所述的置换法压井实验装置，其特征在于，该装置还包括计时器，所述计时器用于记录液相的沉降时间。

7.一种置换法压井实验装置的实验方法，其特征在于具体过程为：

S1、通过储液罐加液口将清水加入到储液罐中，观测储液罐的液位计，保持液面高于设定值；

S2、打开数据采集装置，检查压力传感器与流量传感器是否有数据正常传输；

S3、在高压透明井筒的设定位置安装高速摄像机以及DV摄像机，并进行仪器的检查，保证仪器处于正常状态；

S4、打开高压泵，进行储液罐—低压进液管—高压泵—高压进液管—流量传感器—高压进液管—高压透明井筒—回水管线—储液罐的循环回路，循环设定时间，清理回路中存在的杂质；

S5、打开储液罐排液口，排出循环后的清水，准备开始正式实验；

S6、将配置好的压井液通过储液罐加液口加入到储液罐中，观测储液罐液位计，保持液面高于设定值；

S7、调整背压阀值至设备设计的安全值，打开高压泵向高压透明井筒中注入压井液；

S8、需要向高压透明井筒内注入气体时，首先打开空气压缩机，然后将产生的高压气体通过进气管泵入高压透明井筒中，对高压透明井筒进行增压，用于模拟关井压力。