CN111561281A - 钻井液防漏堵漏效果评价实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻井液防漏堵漏技术领域，公开了一种钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，包括：加压装置，其适于向外输出压缩气体，以形成预定的实验压力；液杯，其包括具有内腔的杯体，杯体上端与加压装置相连接，杯体下端设有放液口；漏失模型，其包括选择性安装至杯体内的渗透型漏失模型和裂缝型漏失模型，以适于在安装位置将杯体分割为与加压装置相连通的加压腔和与放液口相连通的漏液腔，其中，渗透型漏失模型为柱状砂盘；裂缝型漏失模型包括柱状模型本体，柱状模型本体具有适于将加压腔和漏液腔相连通的裂缝，裂缝的内壁上形成有多道缝纹。本发明能够较真实的模拟地层裂缝型漏失和渗透型漏失。

Description

钻井液防漏堵漏效果评价实验系统

技术领域

本发明涉及钻井液防漏堵漏技术领域，具体地，涉及一种钻井液防漏堵漏效果评价实验系统。

背景技术

我国南海深水油气资源丰富，是我国石油产量的主要接替区。深水及超深水钻井作业中，随着水深的增加，地层破裂压力越来越低，钻井液安全密度窗口变窄，导致钻井作业中井漏频繁。深水井漏给钻井作业带来严重的危害，主要有以下几方面：损失大量钻井液，造成昂贵生产成本；隔水管钻井液丢失，造成隔水管挤毁；消耗大量堵漏材料，增加钻井成本；延误工况，增加海上作业成本；影响地质工作的正常进行，干扰油气层资料的分析；损害储层，影响后期油气资源生产；造成井塌、井喷、卡钻等井下复杂情况，等等。同时，深水井漏的处理十分复杂，深水钻井作业费用十分昂贵。因此，深水作业过程中井漏的成功预防及控制显得尤其重要。

深水钻井堵漏效果的成功率普遍较低，主要原因在于：其一，漏失地层的不确定性，导致堵漏材料与漏失地层匹配性差；其二，堵漏前缺乏合适的堵漏效果评价方法，现场仍然以经验封堵为主。通过室内评价深水钻井堵漏材料的堵漏效果是解决深水漏失的关键技术，也是现场施工的指导基础。

当前，用于室内模拟堵漏效果的设备主要有两种：一是沿用20世纪研发的QD型堵漏仪，其主要原理是通过单一缝宽缝隙板和不同粒径的钢珠来模拟裂缝型漏失地层和洞穴型漏失地层；另一种是利用高温高压失水仪，通过具有不同缝宽的天然岩心或人造岩心和不同粒径的沙粒制成的砂床来模拟漏层。

但是，上述两种实验装置在漏失真实性方面存在一定的局限，不能定量的给出漏失地层的参数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，能够较真实的模拟地层裂缝型漏失和渗透型漏失。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，包括：加压装置，所述加压装置适于向外输出压缩气体，以形成预定的实验压力；液杯，所述液杯包括具有内腔的杯体，所述杯体上端与所述加压装置相连接，所述杯体下端设有放液口；漏失模型，所述漏失模型包括选择性安装至所述杯体内的渗透型漏失模型和裂缝型漏失模型，以适于在安装位置将所述杯体分割为与所述加压装置相连通的加压腔和与所述放液口相连通的漏液腔，其中，所述渗透型漏失模型为柱状砂盘；所述裂缝型漏失模型包括柱状模型本体，所述柱状模型本体具有适于将所述加压腔和所述漏液腔相连通的裂缝，所述裂缝的内壁上形成有多道缝纹。

具体地，所述柱状模型本体包括两个半圆柱型模块以及用于将两个所述半圆柱型模块连接在一起的可拆卸连接件，所述裂缝形成于两个所述半圆柱型模块之间。

进一步具体地，所述可拆卸连接件为环绕于两个所述半圆柱型模块外周面的环形连接件；沿所述柱状模型本体的轴线方向，两个所述半圆柱型模块外周面上间隔布置有两个所述可拆卸连接件。

优选地，两个所述可拆卸连接件均通过螺纹连接至两个所述半圆柱型模块外周面。

具体地，所述缝纹为沿所述柱状模型本体的轴向等间距布置的径向缝纹，或者为沿所述柱状模型本体的径向等间距布置的轴向缝纹。

具体地，所述杯体为筒体结构，所述杯体两端分别设有上杯盖和下杯盖，所述上杯盖上设置有与所述加压腔相连通的进气口，所述进气口通过进气管路连接至所述加压装置，所述下杯盖上设置有所述放液口；所述杯体内设置有用于限定所述漏失模型的轴向位置的定位台阶，所述下杯盖至少部分嵌入所述杯体内，以将所述漏失模型抵压于所述定位台阶上。

优选地，所述定位台阶上设置有第一密封环，所述下杯盖的外侧壁与所述杯体的内侧壁之间设置有第二密封环。

优选地，所述杯体外包覆有加热套。

优选地，所述放液口上设置有放液控制阀，所述放液口下方设置有用于盛接并计量漏液体积的量筒。

具体地，所述加压装置包括通过进气管路连接至所述加压腔的高压气瓶，以及分别设置于所述进气管路上的加压阀、泄压阀和进气阀。

现有漏失模型通常采用天然岩心或人造岩心作为裂缝性漏失模型，以及砂床作为渗透型漏失模型，但是天然岩心或人造岩心在实验过程中容易变形，导致缝隙宽度发生变化；而砂床构建的渗漏模型虽然可以通过沙粒的粒径选择接近真实地层情况，但是，砂床的厚度难以达到均一，影响堵漏效果的评价真实性。而本发明利用柱状石英砂盘作为渗透型漏失模型，避免了砂床应用导致的厚度不一致问题；利用柱状模型本体作为裂缝型漏失模型，可以通可靠的固定形式和合适的选材，避免天然岩心或人造岩心的变形问题，尤其是，在裂缝的内壁形成缝纹，可以更加真实的模拟地层裂缝，使实验结果更加贴近真实情况，提高实验结果的真实性。同时，本发明可操作性好，堵漏浆注入加压腔并通过加压装置进行加压，通过计量放液口流出的堵漏浆的流出情况，以及流出的堵漏浆与加压装置的压力之间的关系，可以完整测得全部的实验数据；并且，漏失模型可以自液杯中取出进行观察和清理，实验的可重复性好。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图；

图2是本发明一个实施例中液杯与裂缝性漏失模型的装配结构剖视图；

图3是本发明一个实施例中裂缝性漏失模型的爆炸结构示意图；

图4是本发明一个实施例中裂缝性漏失模型的装配结构示意图。

附图标记说明

1高压气瓶 2加压阀

3泄压阀 4进气阀

500上杯盖 501下杯盖

502杯体 503加热套

504漏失模型 5040缝纹

5041可拆卸连接件 5042半圆柱型模块

5043裂缝 505第三密封环

506第一密封环 507第二密封环

508加压腔 509进气口

510放液口 511定位台阶

6放液控制阀 7量筒

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1至图4所示，本发明的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统的一个实施例，包括：加压装置、液杯和漏失模型504，其中，依据实验系统模拟的地层类型，漏失模型504包括可选择安装的渗透型漏失模型和裂缝型漏失模型。

具体地，如图1所示，加压装置包括通过进气管路与液杯连接的高压气瓶1，以及分别设置于进气管路上的加压阀2、泄压阀3和进气阀4。高压气瓶1向外输出气体的压力受控于加压阀2的阀口开度，以调整加压装置输出气压，泄压阀3和进气阀4，分别用于在实验结束后释放液杯内的压力和控制进入液杯内的气体压力。应当理解的是，本发明专利中的加压装置是为了向外输出压缩气体以形成预定的实验压力，因此，压缩气体可以是任意能够满足实验条件的压缩气体。

具体地，如图1和图2所示，液杯包括具有内腔的杯体502，杯体502优选为筒体结构，杯体502两端分别设有上杯盖500和下杯盖501，漏失模型504安装于杯体502内，并将杯体502分割为加压腔508和漏液腔，上杯盖500上设置有与加压腔508相连通的进气口509，进气口509通过进气管路连接至加压装置，以使得高压气瓶1内输出的预定压力的气体可以通过进气口509进入加压腔508内，下杯盖501上设置有与漏液腔相连通的放液口510，放液口510下方设置有用于盛接并计量漏液体积的量筒7，放液口510上还优选设置有放液控制阀6，用于在需要排放计量漏出堵漏浆的体积时打开放液口510。为了避免放液口510流出的堵漏浆堵塞放液口510及其上的放液控制阀6，放液口510和放液控制阀6所在的管路管径应当大于进气管路的管径。

本发明的一些实施例中，漏失模型504分为渗透型漏失模型和裂缝型漏失模型，分别用于模拟地层的渗透型漏失和裂缝型漏失。为了使防漏堵漏效果评价实验具备良好的可重复操作性，渗透型漏失模型选用特定粒径的石英砂，经过高压压缩形成渗透率精确可以计算的柱状石英砂盘，并切割成可以安装至杯体502内的形状与尺寸，如此设置，高压压缩形成的柱状石英砂盘的渗透率可以控制，并且由于经过高压压缩，在实验过程中，砂盘的沙粒不会移动，不会使渗透率不稳定，模拟不同渗透型漏失地层可以选用不同渗透率的砂盘，实验的可控性好，精度较采用砂床的形式具有更好的可重复性，且实验精度更高。裂缝型漏失模型包括柱状模型本体，柱状模型本体具有能够将加压腔508和漏液腔相连通的裂缝5043，裂缝5043的内壁上形成有多道与模拟地层岩心上相似的缝纹5040，从而更加贴近真实漏层的情况，使得实验结果更加精确。

具体地，如图3和图4所示，所述柱状模型本体包括两个半圆柱型模块5042以及用于将两个半圆柱型模块5042连接在一起的可拆卸连接件5041，裂缝5043形成于两个半圆柱型模块5042之间，即两个半圆柱型模块5042连接后在拼合的位置处形成裂缝5043。

更具体地，所述可拆卸连接件5041为环绕于两个半圆柱型模块5042外周面的环形连接件；沿柱状模型本体的轴线方向，两个半圆柱型模块5042外周面上间隔布置有两个可拆卸连接件5041。优选地，两个可拆卸连接件5041均通过螺纹连接至两个半圆柱型模块5042外周面。其中，两个可拆卸连接件5041的外径不大于柱状模型本体的外径，优选为等于柱状模型本体的外径，从而便于柱状模型本体在杯体502内的放置。需要说明的是，可拆卸连接件5041也可以为其它结构的连接件，例如为卡环或弹性卡箍，这些同样属于本发明的保护范围。

由于半圆柱型模块5042和可拆卸连接件5041为可拆卸设置，在模拟实验结束后，可以拆开柱状模型本体观察堵漏的实际情况，以指导堵漏效果的评价。并且，由于可拆卸连接件5041环绕于两个半圆柱型模块5042的外周面并与之螺纹连接，在向液杯内加压时，两个半圆柱型模块5042相对位置稳定，不容易相对移动，因而，形成于两个半圆柱型模块5042之间的裂缝5043的宽度不会发生意外变动，模拟实验的精度更高，加上裂缝5043的内壁上形成有缝纹5040，裂缝型漏失模型在具有漏失模型的结构稳定性的同时，不存在裂缝内壁过于光滑与实际情况不符的问题，因此，模拟实验所得的数据更加贴近真实情况。

其中，缝纹5040依据地层的岩心的可能分布情况设置，一般优选为沿所述柱状模型本体的轴向等间距布置的径向缝纹，即单条缝纹5040可以是径向直纹、径向曲纹，并且全部的缝纹5040沿柱状模型本体的轴向等间距布置；又或者为沿所述柱状模型本体的径向等间距布置的轴向缝纹，即，每条缝纹5040沿柱状模型本体的轴向布置，全部的缝纹5040沿柱状模型本体的径向等间距布置。两个半圆柱型模块5042优选为钢材加工形成的钢模块，缝纹5040可以直接在加工钢模块时一体加工于其上。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，漏失模型504安装于杯体502内，为了便于漏失模型504在杯体502内的轴向定位，杯体502内设置有用于限定漏失模型504的轴向位置的定位台阶511，下杯盖501至少部分嵌入杯体502内，以将漏失模型504抵压于定位台阶511上。杯体502优选为钢材加工形成，在加工完杯体502的内腔后，自下杯盖501嵌入的一端将杯体502的内腔径向扩大，以在内腔的内壁上形成该定位台阶511。

优选地，所述定位台阶511上设置有第一密封环506，所述下杯盖501的外侧壁与所述杯体502的内侧壁之间设置有第二密封环507，以使堵漏浆仅能够通过漏失模型504流动至漏液腔，而不会自漏失模型504的外侧与杯体502的内侧壁之间的间隙流过。进一步地，上杯盖500与杯体502之间也优选设置有第三密封环505，用于密封加压腔508的除了进气口509的位置。

优选地，所述杯体502外包覆有加热套503。在实验过程中，通过该加热套503对液杯加热至模拟地层的温度，能够更加贴近真实的地层状况，使得模拟的实验数据更准确。

本发明钻井液防漏堵漏效果评价实验系统的具体操作过程为：

步骤1：将漏失模型504安装至杯体502内，然后安装下杯盖501，通过放液控制阀6关闭放液口510；

步骤2：自上杯盖500嵌入的一端将堵漏浆倒入加压腔508内，将上杯盖500和第三密封环506安装于杯体502上；

步骤3：关闭泄压阀3，打开加压阀2和高压气瓶1的出口，并调整进气阀4的压力，以通过高压气瓶1对加压腔508进行加压；

步骤4：在实验过程中保持加热套503开启，使杯体502内部温度接近地层温度。

堵漏浆在压力作用下进入漏失模型504内并滞留，形成封堵。依据加压阀2的控制压力、加压时间等参数的调控，可以获得诸如瞬时漏失量、总漏失量、漏层突破的突破压力等堵漏效果评价指标，通过将漏失模型504取出观察，可以获得封堵率承诺书，从而评价堵漏层的可压缩性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，包括：

加压装置，所述加压装置适于向外输出压缩气体，以形成预定的实验压力；

液杯，所述液杯包括具有内腔的杯体(502)，所述杯体(502)上端与所述加压装置相连接，所述杯体(502)下端设有放液口(510)；

漏失模型(504)，所述漏失模型(504)包括选择性安装至所述杯体(502)内的渗透型漏失模型和裂缝型漏失模型，以适于在安装位置将所述杯体(502)分割为与所述加压装置相连通的加压腔(508)和与所述放液口(510)相连通的漏液腔，其中，

所述渗透型漏失模型为柱状砂盘；

所述裂缝型漏失模型包括柱状模型本体，所述柱状模型本体具有适于将所述加压腔(508)和所述漏液腔相连通的裂缝(5043)，所述裂缝(5043)的内壁上形成有多道缝纹(5040)。

2.根据权利要求1所述的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，所述柱状模型本体包括两个半圆柱型模块(5042)以及用于将两个所述半圆柱型模块(5042)连接在一起的可拆卸连接件(5041)，所述裂缝(5043)形成于两个所述半圆柱型模块(5042)之间。

3.根据权利要求2所述的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，所述可拆卸连接件(5041)为环绕于两个所述半圆柱型模块(5042)外周面的环形连接件；沿所述柱状模型本体的轴线方向，两个所述半圆柱型模块(5042)外周面上间隔布置有两个所述可拆卸连接件(5041)。

4.根据权利要求3所述的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，两个所述可拆卸连接件(5041)均通过螺纹连接至两个所述半圆柱型模块(5042)外周面。

5.根据权利要求1所述的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，所述缝纹(5040)为沿所述柱状模型本体的轴向等间距布置的径向缝纹，或者为沿所述柱状模型本体的径向等间距布置的轴向缝纹。

6.根据权利要求1所述的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，所述杯体(502)为筒体结构，所述杯体(502)两端分别设有上杯盖(500)和下杯盖(501)，所述上杯盖(500)上设置有与所述加压腔(508)相连通的进气口(509)，所述进气口(509)通过进气管路连接至所述加压装置，所述下杯盖(501)上设置有所述放液口(510)；所述杯体(502)内设置有用于限定所述漏失模型(504)的轴向位置的定位台阶(511)，所述下杯盖(501)至少部分嵌入所述杯体(502)内，以将所述漏失模型(504)抵压于所述定位台阶(511)上。

7.根据权利要求6所述的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，所述定位台阶(511)上设置有第一密封环(506)，所述下杯盖(501)的外侧壁与所述杯体(502)的内侧壁之间设置有第二密封环(507)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，所述杯体(502)外包覆有加热套(503)。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，所述放液口(510)上设置有放液控制阀(6)，所述放液口(510)下方设置有用于盛接并计量漏液体积的量筒(7)。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的钻井液防漏堵漏效果评价实验系统，其特征在于，所述加压装置包括通过进气管路连接至所述加压腔(508)的高压气瓶(1)，以及分别设置于所述进气管路上的加压阀(2)、泄压阀(3)和进气阀(4)。

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