CN111380779A - 钻井液沉降稳定性测试的装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种钻井液沉降稳定性测试装置,属于油气钻井技术领域。所述装置包括:釜体1、加热套2、调温器件3、高压管线4、调压器件5、密度测量组件6、密封塞7和测温器件8,其中:加热套2和调温器件3电性连接;高压管线4一端穿过密封塞7,设置在釜体1内,另一端与调压器件5连接;密度测量组件6包括多个超声波传感器601和密度分析部件602,多个超声波传感器601和密度分析部件602电性连接;加热套2设置在釜体1的外部,加热套2设置有多个在竖直方向上均匀分布的通孔,每个通孔外设有一个超声波传感器601;密封塞7设置在釜体1顶部的开口中;测温器件8设置在釜体1开口处的侧壁上。采用本申请,可以准确测试钻井液沉降稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及油气钻井技术领域,特别涉及一种钻井液沉降稳定性测试的装置。
背景技术
随着人们对油气需求量的不断加大,油气钻井工程需要向更深地层进行,然而随着地层的加深,钻井过程中遇到的高温高压地层也会不断增多。为了平衡地层压力,保证井壁稳定,就要增加钻井液的密度。增加钻井液密度的普遍方法是向钻井液中加入加重剂。但是在高温高压环境下,随着加重剂加入量的增多,钻井液中的加重剂会发生明显的沉降现象,不再均匀分布在钻井液中,这样钻井液的性能就会大大降低。因此在使用加重剂增加钻井液密度时,要对钻井液中的加重剂是否容易沉降进行测试,即对钻井液的沉降稳定性进行测试。
相关技术中主要采用上下密度差法进行钻井液沉降稳定性测试。即,将待测钻井液样品装入金属老化罐中,在一定的温度下静止放置一段时间后,倒出不同层位的钻井液,并对钻井液密度进行测量,然后求取上下层的钻井液密度差,差值越小则钻井液沉降稳定性越高。
在实现本申请的过程中,发明人发现相关技术至少存在以下问题:
上下密度差法在实现的过程中,需要倾斜金属老化罐,将不同层位的钻井液倒出,在倾斜过程中所造成的扰动会影响不同层位中的加重剂分布,从而导致最后钻井液沉降稳定性测试不准确。
发明内容
为了解决相关技术的问题,本申请实施例提供了一种钻井液沉降稳定性测试的装置。所述技术方案如下:
第一方面,提供了钻井液沉降稳定性测试的装置,所述装置包括:
釜体1、加热套2、调温器件3、高压管线4、调压器件5、密度测量组件6、密封塞7和测温器件8,其中:
加热套2和调温器件3电性连接;
高压管线4一端穿过密封塞7,设置在釜体1内,另一端与调压器件5连接;
密度测量组件6包括多个超声波传感器601和密度分析部件602,多个超声波传感器601和密度分析部件602电性连接;
加热套2设置在釜体1的外部,加热套2设置有多个在竖直方向上均匀分布的通孔,每个通孔外设置有一个超声波传感器601;
密封塞7设置在釜体1顶部的开口中;
测温器件8设置在釜体1的开口处的侧壁上。
可选的,密度测量组件6包括五个超声波传感器601;
加热套2设置有五个在竖直方向上均匀分布的通孔。
可选的,所述装置还包括:隔热套9;
隔热套9设置在加热套2的外部;
隔热套9上与加热套2的通孔对应的位置设置有同样大小的通孔;
超声波传感器601设置在隔热套9的通孔内。
可选的,釜体1的开口处的侧壁上有凹槽;
测温器件8设置在釜体1的开口处的侧壁上的凹槽中。
可选的,加热套2包括相互铰接的两部分。
6、根据权利要求3所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,隔热套9包括相互铰接的两部分。
可选的,调温器件3的最大调节温度为250摄氏度。
可选的,调压器件5的最大调节压力为50MPa。
可选的,所述装置还包括:显示器件10;
显示器件10和密度分析部件602电性连接;
显示器件10,用于获取密度分析部件602发送的每个超声波传感器601持续检测的密度值,根据每个超声波传感器601检测的密度值,显示密度值随时间变化的曲线。
可选的,调压器件5为液压泵。
可选的,釜体1具有圆柱形内腔,所述装置还包括:活塞11;
活塞11的直径与釜体1内腔的直径相配合,活塞11设置在釜体1内;
高压管线4一端穿过密封塞7,位于密封塞7和活塞11之间。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
本申请实施例中,加热套2设置在釜体1的外部,调温器件3控制加热套2 给釜体1加热,调压器件5与高压管线4一端相连,高压管线4另一端在釜体1 内部,调压器件5可以给釜体1进行加压。超声波传感器601与密度分析部件 602电性连接,测量釜体1内钻井液样品的不同深度处的密度值。这样可以模拟高温高压环境,并且可以在不倒出钻井液的情况下,就可以测出釜体1内钻井液的不同深度的密度值,从而可以更准确的测试出钻井液沉降稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例,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是本申请实施例提供的一种钻井液沉降稳定性测试的装置示意图;
图2是本申请实施例提供的一种钻井液沉降稳定性测试的装置示意图。
图例说明:
1、釜体,2、加热套,3、调温器件,4、高压管线,5、调压器件,6、密度测量组件,7、密封塞,8、测温器件,9、隔热套,10、显示器件,11、活塞, 601、超声波传感器,602、密度分析部件。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本申请实施例提供了一种钻井液沉降稳定性测试装置,如图1所示,钻井液沉降稳定性测试装置包括:釜体1、加热套2、调温器件3、高压管线4、调压器件5、密度测量组件6、密封塞7和测温器件8,其中:加热套2和调温器件3电性连接;高压管线4一端穿过密封塞7,设置在釜体1内,另一端与调压器件5连接;密度测量组件6包括多个超声波传感器601和密度分析部件602,多个超声波传感器601和密度分析部件602电性连接;加热套2设置在釜体1的外部,加热套2设置有多个在竖直方向上均匀分布的通孔,每个通孔外设置有一个超声波传感器601;密封塞7设置在釜体1顶部的开口中;测温器件8设置在釜体1的开口处的侧壁上。
其中,加热套2的高度可以与釜体1的高度相同,密封塞7与釜体1可以通过螺纹旋合连接。
在实施中,技术人员首先将加热套2与调温器件3电性连接,再将加热套2 套在釜体1外。从而可以通过调温器件3控制加热套2的温度升高或者降低,达到给釜体1升温或者降温的目的。再将高压管线4与调压器件5连接,以组成完整的调压组件。将超声波传感器601和密度分析部件602电性连接,组成完整的密度测量组件6。
然后,根据实际钻井需要配置好一定体积、一定密度的钻井液,搅拌均匀且不含气泡。然后取出部分钻井液作为实验样品,倒入到釜体1中。取出的钻井液的实验样品体积要根据釜体1的容积而定,例如,本实施例中选择取出的钻井液的实验样品体积为4.2升,即釜体1的容积可以大于等于4.2升。
接下来,将密封塞7与釜体1旋合。再将高压管线4未与调压器件5连接的一端通过密封塞7上的预留管穿孔插入到釜体1中。从而可以通过调压器件5 与高压管线4组成的调压组件,来控制釜体1内的压力值升高或者降低。然后将测温器件8放置到釜体1的开口处的侧壁上,以测量釜体1温度。
再将超声波传感器601放置在加热套2上的在竖直方向上均匀分布的通孔处,来测量釜体1内的钻井液实验样品的相应深度的密度,并通过密度分析部件602对密度值进行采集、计算和显示。
可选的,为了获取釜体1内的钻井液实验样品的不同深度的密度,本钻井液沉降稳定性测试装置中的密度测量组件6可以包括有五个超声波传感器601,加热套2可以设置有五个在竖直方向上均匀分布的通孔。
其中,五个超声波传感器601可以和一个密度分析部件602电性连接。
在实施中,釜体1内的钻井液的实验样品的深度可以有1.5米,如图2所示,加热套上五个在竖直方向上均匀分布的通孔,可以分别对应实验样品的0米位置、0.3米位置、0.6米位置、0.9米位置、1.2米位置和1.5米位置,其中的0米位置为实验样品的最顶部的位置,1.5米为实验样品的最底部的位置,所以五个超声波传感器601就可以分别测量实验样品的上述深度处的密度值。
可选的,为了使釜体1内保温,并且隔绝加热套2的热量,在本钻井液沉降稳定性测试装置中,可以设置有隔热套9;隔热套9设置在加热套2的外部;隔热套9上与加热套2的通孔对应的位置设置有同样大小的通孔;超声波传感器601设置在隔热套9的通孔内。
在实施中,釜体1内需要保持高温环境,那么加热套2需要发出很高的热量,这样对外界会有一定的危险。如图2所示,可以在加热套2外再套上一个隔热套9,这样既能起到对釜体1内的保温作用,又能把加热套2发出的热量与外界隔绝。隔热套9上与加热套2的通孔对应的位置可以设置有同样大小的通孔,这样超声波传感器601可以放置在隔热套9上的通孔内。
可选的,为了将测温器件8放置在釜体1上,在本钻井液沉降稳定性测试装置中,可以在釜体1的开口处的侧壁上设置有凹槽;测温器件8设置在釜体1 的开口处的侧壁上的凹槽中。
在实施中,在釜体1的开口处的侧壁上可以设置一个凹槽,并将测温器件8 放置在该凹槽中,这样测温器件8可以测量釜体1的侧壁的温度,近似认为侧壁的温度与釜体1内的温度相同,即测温器件8所测得的温度就可以认为是釜体1内的温度。
可选的,为了方便加热套2和隔热套9的安装和拆卸,在本钻井液沉降稳定性测试装置中,加热套2可以包括相互铰接的两部分;隔热套9也可以包括相互铰接的两部分。
在实施中,加热套2可以由两部分铰接而成,铰接侧的对侧可以打开90度或者更大的角度,同样的,隔热套9也可以由两部分铰接而成,铰接侧的对侧可以打开90度或者更大的角度。从而技术人员在安装时,可以将隔热套9打开,并将加热套2放入其中,再将加热套2打开,然后将釜体1放入其中。然后,再依次将加热套2和隔热套9关闭。
可选的,为了满足模拟高温高压环境的测试需要,在本钻井液沉降稳定性测试装置中,调温器件3的最大工作温度可以为250摄氏度;调压器件5的最大工作压力为50MPa。
在实施中,由于钻井液常常被使用在高温高压的地层环境中,因此在实验时要模拟出地层的高温高压环境。技术人员通过调整调温器件3可以使其控制加热套2给釜体1提供最高250摄氏度的温度,通过调整调压器件5可以使其给釜体1提供最高50MPa的压力。
可选的,为了能显示出所测釜体1内的钻井液实验样品的不同深度处的密度值随时间变化的曲线,在本钻井液沉降稳定性测试装置中,还可以有显示器件10;显示器件10与密度分析部件602电性连接。
其中,显示器件10于获取密度分析部件602发送的每个超声波传感器601 持续检测的密度值,根据每个超声波传感器601检测的密度值,显示密度值随时间变化的曲线。
在实施中,超声波传感器601向釜体1中的实验样品的相应深度处发出超声波,并将返回的超声波的信号发送给密度分析部件602,密度分析部件602将该信号转换为数字信号,即密度值。如图2所示,显示器件10与密度分析部件 602电性连接。密度分析部件602再将分析出的密度值发送给显示器件10,显示器件10对接受到的密度值进行分析,并绘制出每个超声波传感器601对应的实验样品深度处的密度值随时间变化的曲线。
可选的,为了能给釜体1提供更稳定的压力,在本钻井液沉降稳定性测试装置中,调压器件5为液压泵。
可选的,为了配合上述的液压泵的使用,在本钻井液沉降稳定性测试装置中,还可以包括:活塞11;活塞11的直径与釜体1内腔的直径相配合,活塞11 设置在釜体1内;高压管线4一端穿过密封塞7,位于密封塞7和活塞11之间。
其中,活塞11的直径与釜体1内腔的直径相配合,即活塞11放置在釜体1 中时,在重力和与釜体1的摩擦力作用下不会下滑,在上侧受到压力时会向下滑动。
在实施中,如图2所示,将活塞11设置在釜体1内,并且使高压管线4一端穿过密封塞7,位于密封塞7和活塞11之间。这样,技术人员可以控制调压器件5即液压泵,通过高压管线4向活塞11和密封塞7之间加压,以使活塞11 向实验样品滑动以增加釜体1中活塞11以下密闭空间的压力,来实现模拟高压环境的目的。同时,活塞11还能隔离钻井液样品不会进入到活塞11与密封塞7 形成的腔室内。
本实施例所描述的钻井液沉降稳定性测试装置,具体操作过程如下:
首先将加热套2与调温器件3电性连接,再将加热套2套在釜体1外,将隔热套9套在加热套2外。再将高压管线4与调压器件5连接,将超声波传感器601和密度分析部件602电性连接,将密度分析部件602与显示器件10电性连接。然后,根据实际钻井需要配置好一定体积、一定密度的钻井液,搅拌均匀且不含气泡。再取出部分钻井液作为实验样品,倒入到釜体1中。接下来,将活塞11从釜体1的开口中放入釜体1的内腔,再将密封塞7与釜体1旋合。然后将高压管线4未与调压器件5连接的一端通过密封塞7上的预留管穿孔插入到釜体1中。然后将测温器件8放置到釜体1的开口处的侧壁上的凹槽中。最后将超声波传感器601放置在隔热套9上的在竖直方向上均匀分布的通孔中。
然后,控制调温器件3通过加热套2给釜体1加热,观察测温器件8显示的温度值,当达到需要的温度后,停止加热并保持恒温条件。加温的同时控制调压器件5通过高压管线4给釜体1加压,并观察调压器件的压力显示,当达到需要的压力后,停止加压并保持恒压条件。当釜体1内的温度和压力都满足实验要求后,打开超声波传感器601、密度分析部件602和显示器件10,显示器件10将对每个超声波传感器601检测的密度值进行分析,然后显示出每个超声波传感器601所检测的实验样品相应深度处的密度值随时间变化的曲线。最后可以根据曲线的变化趋势来评价钻井液的沉降稳定性。
以上所述仅为本申请的较佳实施例,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,所述装置包括:釜体1、加热套2、调温器件3、高压管线4、调压器件5、密度测量组件6、密封塞7和测温器件8,其中:
加热套2和调温器件3电性连接;
高压管线4一端穿过密封塞7,设置在釜体1内,另一端与调压器件5连接;
密度测量组件6包括多个超声波传感器601和密度分析部件602,多个超声波传感器601和密度分析部件602电性连接;
加热套2设置在釜体1的外部,加热套2设置有多个在竖直方向上均匀分布的通孔,每个通孔外设置有一个超声波传感器601;
密封塞7设置在釜体1顶部的开口中;
测温器件8设置在釜体1的开口处的侧壁上。
2.根据权利要求1所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,密度测量组件6包括五个超声波传感器601;
加热套2设置有五个在竖直方向上均匀分布的通孔。
3.根据权利要求1所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,所述装置还包括:隔热套9;
隔热套9设置在加热套2的外部;
隔热套9上与加热套2的通孔对应的位置设置有同样大小的通孔;
超声波传感器601设置在隔热套9的通孔内。
4.根据权利要求1所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,釜体1的开口处的侧壁上有凹槽;
测温器件8设置在釜体1的开口处的侧壁上的凹槽中。
5.根据权利要求1所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,加热套2包括相互铰接的两部分。
6.根据权利要求3所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,隔热套9包括相互铰接的两部分。
7.根据权利要求1所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,调压器件5的最大调节压力为50MPa。
8.根据权利要求1所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,所述装置还包括:显示器件10;
显示器件10和密度分析部件602电性连接;
显示器件10,用于获取密度分析部件602发送的每个超声波传感器601持续检测的密度值,根据每个超声波传感器601检测的密度值,显示密度值随时间变化的曲线。
9.根据权利要求1所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,调压器件5为液压泵。
10.根据权利要求9所述钻井液沉降稳定性测试的装置,其特征在于,釜体1具有圆柱形内腔,所述装置还包括:活塞11;
活塞11的直径与釜体1内腔的直径相配合,活塞11设置在釜体1内;
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