CN110687032A - 泥浆动态污染实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了泥浆动态污染实验系统，包括岩心夹持器、泥浆容器、与所述泥浆容器相连的泥浆循环装置，所述泥浆循环装置用于向岩心夹持器的一端输入动态泥浆，所述岩心夹持器远离泥浆循环装置的一端连通至液体计量杯。本发明的目的在于提供泥浆动态污染实验系统，以解决现有技术中泥浆动态污染实验的模拟存在误差较大、准确性有限的问题，实现更加准确的模拟井壁受钻井液侵害污染状态的目的。

Description

泥浆动态污染实验系统

技术领域

本发明涉及油气田地层评价领域，具体涉及泥浆动态污染实验系统。

背景技术

随着对地层了解的不断加深、对油气田开发规划的不断精细，钻井液(泥浆)对井筒周围地层的污染与损伤已经成为油气田增产的一个主要研究课题。其中，传统的表皮系数是通过公式计算而得；而现有的泥浆污染实验向全直径岩心施加刚性围压与静态井筒压力进行模拟。且现有技术中的泥浆污染实验装置都过于静态，其施加的钻井液模拟井内静液柱压力，而忽略了泥浆在在井内的抽吸压力与激动压力。综合看来，现有技术中全直径岩心泥浆污染伤害机理研究存在岩心夹持器尺寸大、密封及泥浆动循环模拟难度大，进而导致模拟的准确性有限。为此，有必要设计一种新的、能够更加接近地层状态的泥浆动态污染实现设备。

发明内容

本发明的目的在于提供泥浆动态污染实验系统，以解决现有技术中泥浆动态污染实验的模拟存在误差较大、准确性有限的问题，实现更加准确的模拟井壁受钻井液侵害污染状态的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

泥浆动态污染实验系统，包括岩心夹持器、泥浆容器、与所述泥浆容器相连的泥浆循环装置，所述泥浆循环装置用于向岩心夹持器的一端输入动态泥浆，所述岩心夹持器远离泥浆循环装置的一端连通至液体计量杯。

针对现有技术中泥浆动态污染实验的模拟存在误差较大、准确性有限的问题，本发明提出泥浆动态污染实验系统，泥浆容器与泥浆循环装置相连，岩心夹持器的两端分别与泥浆循环装置、液体计量杯相连。在使用时，泥浆循环装置从泥浆容器中抽吸泥浆，再输入至岩心夹持器内模拟泥浆在井内的动态循环，液体计量杯作为备用，当泥浆污染岩心将岩心浸透时，才会有泥浆进入液体计量杯中。本系统可以用于模拟实验被测岩心在多少的泥浆循环压力下会被彻底污染，也可用于判定在井内循环压力下泥浆对岩心的污染程度。本申请在使用时，可以通过任意现有技术对岩心夹持器与泥浆循环装置相连的一端的压力进行监测，使得该压力等于井内静液柱压力与抽吸压力或激动压力之和，从而解决了现有技术中泥浆动态污染实验中，都是通过模拟静液柱压力的方式来进行实验、忽略了抽吸压力与激动压力的缺陷，使得本申请的实验结果更加接近储层内的实际污染情况、显著提高本申请的实验准确性。

进一步的，所述泥浆循环装置包括单缸双作用活塞泵，所述单缸双作用活塞泵包括活塞缸、与所述活塞缸相匹配的活塞杆、活塞，所述单缸双作用活塞泵的两个输出端均与岩心夹持器的一端连通。本申请通过单缸双作用泵来进行泥浆循环。单缸双作用泵，其活塞两侧均为输出端，活塞无论朝哪个方向运动均能够进行输出，从而能够保证泥浆动态污染实验中，对被测岩心持续输入泥浆。

进一步的，所述泥浆容器内设置第一压力表，所述岩心夹持器与液体计量杯之间的连接管路上设置第二压力表。第一压力表用于监测泥浆容器内的压力，第二压力表用于监测岩心夹持器的输出端压力。

进一步的，所述岩心夹持器包括套筒、可拆卸连接在套筒两端的第一堵头、第二堵头，所述套筒内设置膜片，所述膜片围绕成与套筒同轴的筒状结构，膜片围绕形成的中空区域为岩心夹持区，膜片外壁与套筒内壁之间为围压区，套筒表面设置与所述围压区连通的加压口。现有技术中，岩心夹持器通过其刚性的套筒，或称为外壳，为岩心提供模拟围压，这种模拟方式实质上是将储层围岩看做为趋近于纯刚体的完全致密岩性，然而，在泥浆动态污染实验中，需要以动态泥浆作用在岩心表面来测试其污染速率与程度，在此过程中，围压的实际大小是对泥浆在岩心中的渗透速率有影响的，而现有技术中均忽略了这一点。为此，本方案在套筒内设置膜片，膜片围绕成与套筒同轴的筒状结构，膜片外壁与套筒内壁之间为围压区。本方案在使用时，将岩心装入套筒内并使岩心位于膜片内部，通过加压口向围压区内加压，使得围压区内的压力达到实际储层围压，围压将膜片压在被测岩心表面，从而实现更加准确的模拟储层实际情况的目的，使得泥浆动态污染实验的准确性极大提高。本方案中的膜片具有延展性，因此能够确保在人工施加的围压作用下，将膜片紧密的贴靠在岩心表面，实现通过膜片将围压传递至被测岩心上的效果。优选的，所述膜片采用无孔隙、不透水的橡胶片或硅胶片。优选的，本方案中膜片围绕形成的筒状结构的内径，与所使用的取芯筒的取芯内径相一致。

进一步的，所述套筒两端均设置朝向套筒内部方向凸出的环形凸台，所述膜片与环形凸台径向向外的一侧表面固定连接。本方案通过套筒两端向内伸出的环形凸台，为膜片提供安装工位，确保膜片与套筒之间的相对固定。同时通过两端的环形凸台，为第一堵头、第二堵头也提供更加稳定的安装工位，避免堵头与膜片之间的相互干扰。膜片连接在环形凸台径向朝外的一侧表面，从而使得围压区加压后，围压能够将膜片紧密的压在两端的环形凸台上，通过围压与膜片的配合实现自动密封效果，进而解决了现有技术中，全直径岩心泥浆动态污染实验过程中，岩心夹持器密封困难的问题。本方案中，所施加的围压越大，密封效果越好。

进一步的，所述膜片包括筒状的主体部，主体部的两端为密封部；主体部与密封部的外径相等，主体部的内径小于密封部的内径；所述主体部的两端分别抵拢两端的环形凸台，所述密封部的内壁贴合在环形凸台径向向外的一侧表面。即是对于膜片而言，主体部更厚，密封部更薄，主体部的两端分别抵拢两端的环形凸台确保密封，而密封部贴在环形凸台径向向外的一侧表面，从而使得膜片与环形凸台的端部之间充分包裹，无论是环形凸台的端面、还是其外侧面，均能够与膜片充分接触，从而消除缝隙，进一步提高本申请的密封性能。

进一步的，所述密封部与环形凸台之间粘接或/和通过螺栓连接；所述第一堵头朝向套筒内部的一端设置一圈环形缺口，所述主体部的一端抵拢在所述环形缺口内。最优方式为首先整体进行两个曲面之间的粘接，之后通过螺栓进行进一步的紧固。粘接方式能够进一步消除缝隙提高密封能力，螺栓连接方式能够确保相对固定。为了避免第一堵头与套筒之间密封失效，本方案在第一堵头朝向套筒内部的一端设置一圈环形缺口，膜片的主体部的一端抵拢在环形缺口内，即膜片主体部的一端完全充填在所述环形缺口内，通过主体部的端面来封堵第一堵头与套筒在内端面上的缝隙，并且在围压作用下，还能够将主体部压在所述环形缺口上，从各方向上均实现密封，显著提高通过膜片来实现自密封的效果。本方案中，以第一堵头所在方向的一端作为岩心夹持器的出口端。

进一步的，所述第一堵头与套筒端部连接到位后，第一堵头沿轴线方向的外端与套筒端部齐平，环形缺口沿轴线方向的外端与对应的环形凸台齐平；所述第二堵头朝向套筒内部的一端面与主体部沿轴线方向的一端接触。即是第一堵头安装完成后，满足第一堵头沿轴线方向的外端与套筒端部齐平，环形缺口与环形凸台也齐平，从而使得膜片主体部的端部能够抵拢在环形缺口与环形凸台所形成的稳定平面上，避免膜片主体部抵拢位置不平导致密封失效的问题。同样的，通过主体部的端部来封堵第二堵头端面缝隙，提高第二堵头一端的密封效果。优选的，主体部靠近第二堵头的一端，局部与第二堵头接触，局部与该侧的环形凸台接触，从而通过主体部封堵第二堵头与环形凸台之间的缝隙。

进一步的，所述第一堵头上设置一个出液通道，所述第二堵头上设置两个循环通道、一个回压解堵通道。所述泥浆循环装置为单缸双作用活塞泵，所述第二堵头朝向套筒内部的一端设置抗压环，所述抗压环与膜片过盈配合，两个循环通道均连通至抗压环围绕形成的区域内，两个循环通道分别连通至单缸双作用活塞泵的两个输出端。本方案中，单缸双作用泵的两输出端分别与两个循环通道相连，在工作时，能够使得泥浆在岩心端部交替反向进行运动，从而模拟出井内不断的起钻、下钻过程中泥浆的抽吸压力与激动压力，得到更加准确的井壁伤害模拟结果。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明泥浆动态污染实验系统，解决了现有技术中泥浆动态污染实验中，都是通过模拟静液柱压力的方式来进行实验、忽略了抽吸压力与激动压力的缺陷，使得本申请的实验结果更加接近储层内的实际污染情况、显著提高本申请的实验准确性。

2、本发明泥浆动态污染实验系统，将岩心装入套筒内并使岩心位于膜片内部，通过加压口向围压区内加压，使得围压区内的压力达到实际储层围压，围压将膜片压在被测岩心表面，从而实现更加准确的模拟储层实际情况的目的，使得泥浆动态污染实验的准确性极大提高。

3、本发明泥浆动态污染实验系统，围压区加压后，围压能够将膜片紧密的压在两端的环形凸台上，通过围压与膜片的配合实现自动密封效果，进而解决了现有技术中，全直径岩心泥浆动态污染实验过程中岩心夹持器密封困难的问题。

4、本发明泥浆动态污染实验系统，在工作时，能够使得泥浆在岩心端部交替反向进行运动，从而模拟出井内不断的起钻、下钻过程中泥浆的抽吸压力与激动压力，得到更加准确的井壁伤害模拟结果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的连接示意图；

图2为本发明具体实施例中岩心夹持器的剖视图；

图3为本发明具体实施例中膜片的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-套筒，2-第一堵头，201-环形缺口，3-第二堵头，4-膜片，401-主体部，402-密封部，5-岩心夹持区，6-围压区，7-加压口，8-出液通道，9-循环通道，10-环形凸台，11-螺栓，12-抗压环，13-岩心夹持器，14-泥浆容器，15-液体计量杯，16-活塞缸，17-活塞杆，18-活塞，19-第一压力表，20-第二压力表，21-回压解堵通道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示的泥浆动态污染实验系统，包括岩心夹持器13、泥浆容器14、与所述泥浆容器14相连的泥浆循环装置，所述泥浆循环装置用于向岩心夹持器13的一端输入动态泥浆，所述岩心夹持器13远离泥浆循环装置的一端连通至液体计量杯15。所述泥浆循环装置包括单缸双作用活塞泵，所述单缸双作用活塞泵包括活塞缸16、与所述活塞缸16相匹配的活塞杆17、活塞18，所述单缸双作用活塞泵的两个输出端均与岩心夹持器13的一端连通。所述泥浆容器14内设置第一压力表19，所述岩心夹持器13与液体计量杯15之间的连接管路上设置第二压力表20。

实施例2：

如图1至图3所示的泥浆动态污染实验系统，在实施例1的基础上，所述岩心夹持器13包括套筒1、可拆卸连接在套筒1两端的第一堵头2、第二堵头3，所述套筒1内设置膜片4，所述膜片4围绕成与套筒1同轴的筒状结构，膜片4围绕形成的中空区域为岩心夹持区5，膜片4外壁与套筒1内壁之间为围压区6，套筒1表面设置与所述围压区6连通的加压口7。

实施例3：

如图1至图3所示的泥浆动态污染实验系统，在上述任一实施例的基础上，所述套筒1两端均设置朝向套筒1内部方向凸出的环形凸台10，所述膜片4与环形凸台10径向向外的一侧表面固定连接。所述膜片4包括筒状的主体部401，主体部401的两端为密封部402；主体部401与密封部402的外径相等，主体部401的内径小于密封部402的内径；所述主体部401的两端分别抵拢两端的环形凸台10，所述密封部402的内壁贴合在环形凸台10径向向外的一侧表面。所述密封部402与环形凸台10之间粘接或/和通过螺栓11连接；所述第一堵头2朝向套筒1内部的一端设置一圈环形缺口201，所述主体部401的一端抵拢在所述环形缺口201内。所述第一堵头2与套筒1端部连接到位后，第一堵头2沿轴线方向的外端与套筒1端部齐平，环形缺口201沿轴线方向的外端与对应的环形凸台10齐平；所述第二堵头3朝向套筒1内部的一端面与主体部401沿轴线方向的一端接触。所述第一堵头2上设置一个出液通道8，所述第二堵头3上设置两个循环通道9、一个回压解堵通道21。所述泥浆循环装置为单缸双作用活塞泵，所述第二堵头3朝向套筒1内部的一端设置抗压环12，所述抗压环12与膜片过盈配合，两个循环通道9均连通至抗压环12围绕形成的区域内，两个循环通道9分别连通至单缸双作用活塞泵的两个输出端。

本实施例在回压解堵通道21上设置压力表，通过该压力表能够监测抗压环12内部的泥浆动态循环压力；且通过回压解堵通道21可进行回压或解堵。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.泥浆动态污染实验系统，其特征在于，包括岩心夹持器(13)、泥浆容器(14)、与所述泥浆容器(14)相连的泥浆循环装置，所述泥浆循环装置用于向岩心夹持器(13)的一端输入动态泥浆，所述岩心夹持器(13)远离泥浆循环装置的一端连通至液体计量杯(15)。

2.根据权利要求1所述的泥浆动态污染实验系统，其特征在于，所述泥浆循环装置包括单缸双作用活塞泵，所述单缸双作用活塞泵包括活塞缸(16)、与所述活塞缸(16)相匹配的活塞杆(17)、活塞(18)，所述单缸双作用活塞泵的两个输出端均与岩心夹持器(13)的一端连通。

3.根据权利要求1所述的泥浆动态污染实验系统，其特征在于，所述泥浆容器(14)内设置第一压力表(19)，所述岩心夹持器(13)与液体计量杯(15)之间的连接管路上设置第二压力表(20)。

4.根据权利要求1所述的泥浆动态污染实验系统，其特征在于，所述岩心夹持器(13)包括套筒(1)、可拆卸连接在套筒(1)两端的第一堵头(2)、第二堵头(3)，所述套筒(1)内设置膜片(4)，所述膜片(4)围绕成与套筒(1)同轴的筒状结构，膜片(4)围绕形成的中空区域为岩心夹持区(5)，膜片(4)外壁与套筒(1)内壁之间为围压区(6)，套筒(1)表面设置与所述围压区(6)连通的加压口(7)。

5.根据权利要求4所述的泥浆动态污染实验系统，其特征在于，所述套筒(1)两端均设置朝向套筒(1)内部方向凸出的环形凸台(10)，所述膜片(4)与环形凸台(10)径向向外的一侧表面固定连接。

6.根据权利要求5所述的泥浆动态污染实验系统，其特征在于，所述膜片(4)包括筒状的主体部(401)，主体部(401)的两端为密封部(402)；主体部(401)与密封部(402)的外径相等，主体部(401)的内径小于密封部(402)的内径；所述主体部(401)的两端分别抵拢两端的环形凸台(10)，所述密封部(402)的内壁贴合在环形凸台(10)径向向外的一侧表面。

7.根据权利要求6所述的泥浆动态污染实验系统，其特征在于，所述密封部(402)与环形凸台(10)之间粘接或/和通过螺栓(11)连接；所述第一堵头(2)朝向套筒(1)内部的一端设置一圈环形缺口(201)，所述主体部(401)的一端抵拢在所述环形缺口(201)内。

8.根据权利要求7所述的泥浆动态污染实验系统，其特征在于，所述第一堵头(2)与套筒(1)端部连接到位后，第一堵头(2)沿轴线方向的外端与套筒(1)端部齐平，环形缺口(201)沿轴线方向的外端与对应的环形凸台(10)齐平；所述第二堵头(3)朝向套筒(1)内部的一端面与主体部(401)沿轴线方向的一端接触。

9.根据权利要求4所述的泥浆动态污染实验系统，其特征在于，所述第一堵头(2)上设置一个出液通道(8)，所述第二堵头(3)上设置两个循环通道(9)、一个回压解堵通道(21)。

10.根据权利要求9所述的泥浆动态污染实验系统，其特征在于，所述泥浆循环装置为单缸双作用活塞泵，所述第二堵头(3)朝向套筒(1)内部的一端设置抗压环(12)，所述抗压环(12)与膜片过盈配合，两个循环通道(9)均连通至抗压环(12)围绕形成的区域内，两个循环通道(9)分别连通至单缸双作用活塞泵的两个输出端。

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