CN112012729B - 一种多功能油气井井壁仿真实验装置及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气井固井和完井工程领域，具体涉及一种多功能油气井井壁仿真实验装置及应用。多功能油气井井壁仿真实验装置包括工作台、釜体、顶升装置、温控加热装置、增压装置和注浆循环装置。所述工作台包括顶板和底板，顶板和底板之间通过支柱连接；顶板和底板之间设有套设于支柱上且沿支柱滑动的活动板；所述活动板以支柱为滑轨，可在顶升装置的推动下沿支柱上下活动。所述顶升装置安置于活动板下方正中心处。所述注浆循环装置包括注浆筒和循环泵。利用本发明的多功能油气井井壁仿真实验装置可以进行井壁静泥饼与动泥饼制作、泥饼生成规律研究、泥饼冲洗、井壁冲刷、固井液温压条件下养护、泥饼固化和固井二界面相关方向的研究。
Description
技术领域
本发明属于油气井固井和完井工程领域，具体涉及一种多功能油气井井壁仿真实验装置及应用。
背景技术
在油气井固完井工程中，固井二界面指的是环空水泥环和地层之间的交界面。固井二界面胶结质量的好坏对油气井环空密封完整性有较大影响，环空窜流、环空带压等困扰油气井安全有效生产的问题都与固井二界面胶结质量有直接关联。泥饼是在油气井钻井过程中，由于钻井液滤失而在井壁处形成的一层固相渗滤物，泥饼可以降低钻井液滤失量并保护井壁，但在固井时却会影响固井液与井壁的胶结，造成固井二界面胶结质量低下。
当前，业界研究钻井液泥饼主要使用水泥浆失水仪和滤纸渗滤的方式制取，这种方式获得的泥饼为静泥饼，其表面有较厚的虚泥饼层，强度较低。而油气井中的泥饼是在钻井液流动过程中产生的，由于钻井液的冲刷，其表面并无虚泥饼层，这种模式下形成的动泥饼厚度一般比静泥饼薄。同时，使用失水仪制作的泥饼为平面泥饼，而实际的油气井中泥饼为环形，因此在研究泥饼对固井二界面的影响时存在失真和不便之处。
固井候凝时，为了保证井下压力平衡，防止地层流体侵入影响固井质量，一般会将固井液密度调高，因此固井液对地层存在正向压差和渗滤，研究二界面胶结质量时，不可避免地需要考虑固井液渗滤作用对泥饼和地层的影响。因此，对固井液加压养护，以此模拟环空和地层之间的压差环境，对于研究二界面泥饼和胶结质量相关课题来说是十分必要的。
某些特殊地层中，钻井液流动会对地层产生一定冲刷，造成扩径现象。与钻井液冲刷井壁类似，固井前用于清洗井壁泥饼的洗井液也会对泥饼和地层产生影响。研究和评价洗井液对泥饼清洗效果或钻井液对地层的冲刷现象，如果只是使用流动的洗井液和钻井液冲刷，而不考虑流体对地层的压差左右，也会是研究结果产生一定的失真。
而当前的业界尚无一种集模拟井壁结构、制作动泥饼、静泥饼、模拟水泥浆在加压条件下养护、模拟井下工作液对泥饼和井壁冲刷的多功能油气井井壁仿真实验装置及方法。
发明内容
本发明提供了一种利用环形模拟岩心研究固井液、水泥环和固井二界面胶结质量的简易装置，利用本发明的多功能油气井井壁仿真实验装置可以进行井壁静泥饼与动泥饼制作、泥饼生成规律研究、泥饼冲洗、井壁冲刷、固井液温压条件下护凝、泥饼固化和固井二界面相关方向的研究。
本发明所述的一种多功能油气井井壁仿真实验装置，包括工作台、釜体、顶升装置、温控加热装置和注浆循环装置。
所述工作台包括顶板和底板，顶板和底板之间通过支柱连接；顶板和底板之间设有套设于支柱上且沿支柱滑动的活动板；所述活动板以支柱为滑轨，可在顶升装置的推动下沿支柱上下活动。所述顶升装置安置于活动板下方正中心处。
所述温控加热装置包括温控装置以及与温控装置控制连接的加热棒、加热器和传感器；
所述釜体通过底座固定于活动板上方；所述釜体壁内设有安装孔，加热棒置于安装孔内；所述釜体内设有环形岩心，所述釜体和顶板之间设有顶盖，所述顶盖上开设有与环形岩心的模拟井筒相配合的通道；所述顶板上设有与通道相配合的通孔；所述通道顶端设有进液口，进液口上设有贯穿通孔的进液口管汇；所述底座上开设有与环形岩心的模拟井筒相配合的出液口，可以在固井液加压候凝实验时储存一部分备用固井液，防止或缓解固井液渗滤造成的液面低于环形岩心；出液口上设有出液口管汇或堵头；
所述顶升装置设置于活动板下方；
所述注浆循环装置包括注浆筒和空气压缩机，注浆筒通过进液口管汇与进液口连通，注浆筒通过出液口管汇与出液口连通；空气压缩机通过气路管路与注浆筒连通；所述进液口管汇上设有循环泵。采用上述结构，可用于循环环形岩心内的钻井液，循环时，循环泵抽汲注浆筒内钻井液泵入顶盖顶部的进液口，从而进入环形岩心通道。
本发明其模拟地层部分使用步玉环(步玉环,郑若臣,梁岩等.组合式中心轴、包括它的岩心模具和岩心制备装置及方法:CN109374387A[P],2018)等设计的环形岩心模具生产的环形岩心或将天然岩心加工至本发明的多功能油气井井壁仿真实验装置所适用的形状及尺寸。
本发明所述釜体由两个截面为半圆形的腔体对合而成，通过螺栓紧固组合成为一个圆柱形腔体。
所述岩心和釜体内壁之间设有胶套，所述胶套为圆环形，套在环形岩心外侧，用途为保护环形岩心，降低釜体组合时对环形岩心的应力集中；所述胶套外侧设有导液槽，导液槽内设有导液孔。所述导液槽的作用是将所述胶套导液孔与胶套上下端侧连通，防止釜体安装后因挤压将导液孔堵塞；所述导液孔的作用是在环形岩心内通过钻井液滤失方式制作泥饼时，导出滤失液到装置外；进一步的，环形岩心内部的液体经由导液槽导出后，可由釜体中部、底部的对接缝排出；特别的，当环形岩心强度足够高时，可以不使用胶套保护；
所述釜体外侧可安装保温材料；所述保温材料围在釜体外侧，可通过捆绑方式或扣具进行固定；
所述釜体下部通过螺栓安装在底座上，上部与顶盖松配合；
所述底座上侧和顶盖下侧与环形岩心的连接面处均设有活动的胶圈，其目的为密封和保护岩心，所述胶圈与环形岩心截面形状相同和面积相当；环形岩心放置于釜体中间后，岩心上下端面经由上述胶圈被底座和顶盖夹持。当环形岩心抗压强度足够时，环形岩心内腔的密闭环境由上述千斤顶提供压力、上述底座与顶盖加持环形岩心所营造；当环形岩心抗压强度不足时，可以使用粘合剂将装置按照“底座-密封胶圈-环形岩心-密封胶圈-顶盖”粘接，从而营造环形岩心内部的密闭环境。
所述注浆筒内设有加热器和传感器，所述加热器和传感器分别与温控装置连接，并由温控装置接收信号和控制。所述温控装置通过传感器监测岩心温度和注浆筒内流体温度，通过控制加热棒启停控制岩心温度和注浆筒内流体温度；
所述注浆筒内设有抽汲管，抽汲管上端与进液口管汇连通，下端延伸至所述注浆筒内液体液面以下。其作用是给所述注浆筒内液体提供连通进液口管汇的流动通道。
本发明所述注浆筒内存放流体包括但不限于钻井液、冲洗液、前置液、顶替液、完井液、固井液、修井液以及固完井中过程中使用的、可以向井下泵注的其他工作液。
特别的，虽然固井液在行业中一般指固井水泥浆，但本发明中所述的固井液包括但不限于水泥浆，也包括可用于固井的树脂基浆液、地聚物类固井液等。
本发明中，所述注浆筒顶部安装减压阀，所述减压阀作用是控制注浆筒内压力，所述减压阀可通过气路管路连接空气压缩机；所述减压阀具备压力表，所述压力表显示注浆筒内压力；所述注浆筒顶部安装压力保护阀，所述压力保护阀作用是保护注浆筒内压力维持在安全压力以下，当压力过高时，所述压力保护阀自动释放多余气体，维持注浆筒内压力不高于安全压力；所述空气压缩机作用是为注浆筒-管汇-环形岩心内腔所形成的密闭空间提供增压环境；
本发明所述的进液口管汇和出液口管汇可以互换，即需要的时候，钻井液可以从通道底部处进入环形岩心，从上端流出，再进入注浆筒。
采用本发明所述的装置，可以进行井壁静泥饼与动泥饼制作、泥饼生成规律研究、泥饼冲洗、井壁冲刷、固井液加压条件下养护、泥饼固化和固井二界面相关方向的研究。
采用上述的多功能油气井井壁仿真实验装置，制作环形岩心内壁动泥饼的方法，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状；
(2)组装仪器，将制作完成的环形岩心放置于釜体内，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(3)将预热好的钻井液倒入环形岩心和注浆筒中，预先启动循环泵将进液管汇内的空气排出，然后连接进液管汇和空气压缩机；
(4)调节压力，启动循环泵并调节流量，同时打开出液口阀门，等待合适时间后取出岩心，环形岩心内壁即有渗滤形成的泥饼。
采用上述的多功能油气井井壁仿真实验装置，制作环形岩心内壁静泥饼的方法，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状；
(2)组装仪器，将制作完成的环形岩心放置于釜体内，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(3)关闭出液管汇阀门，倒入预热好的钻井液至环形岩心和注浆筒中，连接进液管汇和空气压缩机；
(4)调节压力，打开进液管汇阀门，等待合适时间后取出岩心，环形岩心内壁即有渗滤形成的泥饼。
采用上述的多功能油气井井壁仿真实验装置，模拟地层中的固井液加压养护的方法，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状；
(2)组装仪器，将环形岩心放置于釜体内，根据需要选择是否制作井壁泥饼；
(3)釜体出液口处安装堵头，堵头涂抹大量脱模剂，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(4)向环形岩心内腔中倒入固井液，向进液管汇和注浆筒中加入顶替液，连接进液管汇和空气压缩机；
(5)调整温度，调节压力，打开进液管汇阀门，等待固井液固化后，取出环形岩心进行其他的所需操作。
采用上述的多功能油气井井壁仿真实验装置，模拟井下工作液对岩心内壁的冲刷的实验方法，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状；
(2)组装仪器，将环形岩心放置于釜体内，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(3)根据需要选择是否制作井壁泥饼；
(4)将预热好的井下工作液倒入环形岩心和注浆筒中，预先启动循环泵将进液管汇内的空气排出，然后连接进液管汇和空气压缩机；
(5)调节压力，启动循环泵并调节流量，等待合适时间后取出岩心，环形岩心内壁即为特定条件下冲刷后的状态。
采用上述的多功能油气井井壁仿真实验装置，模拟洗井液冲刷泥饼的实验方法，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状，根据需要选择采用上述制作环形岩心内壁泥饼方法制作岩心内部泥饼；所述泥饼为静泥饼或动泥饼；
(2)组装仪器，将制作完成的环形岩心放置于釜体内，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(3)关闭出液管汇阀门，倒入预热好的循环液体至环形岩心和注浆筒中，连接进液管汇和空气压缩机；所述循环液体为洗井液或其他井下工作液；
(4)调节压力，启动循环泵并调节流量，同时打开出液口阀门，等待合适时间后取出岩心，进行后续操作。
本发明具有如下的功能或有益效果：
(1)利用本发明所述的装置及方法可以在加工后的环形岩心内壁制作泥饼，泥饼的生成方式高度仿真，且支持动泥饼和静泥饼两种油井常见泥饼类型的制作，可以更为真实地还原油井中泥饼的原貌；
(2)利用本装置及方法可以在加工后的环形岩心内进行固井液的加压候凝和养护，可以更为真实地还原油井内固井液和地层的压力关系；
(3)利用本发明所述的装置及方法进行泥饼存在条件下的固井液的加压候凝和养护，可以更为真实地还原油井内固井液和泥饼间的相互作用和关系；
(4)利用本发明所述的装置及方法可以进行井下工作液对地层、泥饼冲刷的室内仿真操作，可以更为真实地还原井下工作液对地层和泥饼的作用关系；
(5)利用本发明所述的装置及方法可以进行涉及固井二界面相关的多种室内模拟实验，包括但不限于模拟不同固井液液柱压力下对二界面强度的影响实验，模拟不同固井液液柱压力下泥饼对二界面强度影响实验，模拟不同泥饼清洗效果下固井二界面胶结效果等；
(6)利用本发明所述的装置及方法可以胜任多种涉及油气井泥饼、井下工作液相关研究课题的室内仿真实验，包括但不限于井壁泥饼生成规律、清洗液对泥饼清洗规律、钻井液生成泥饼性能评价等。
附图说明
图1为本发明所述多功能油气井井壁仿真实验装置主视结构示意图(省略注浆筒加热装置和温控装置间的连线)；
图2为本发明所述釜体俯视结构示意图(省略顶盖)；
图3为本发明所述釜体装配结构示意图(省略环形岩心和胶套)；
图4为本发明所述胶套结构示意图；
1、釜体，2、顶板，3、底板，4、支柱，5、活动板、6、温控装置，7、底座，8、安装孔，9、环形岩心，10、顶盖，11、模拟井筒，12、通道，13、通孔，14、进液口，15、进液口管汇，16、出液口，17、出液口管汇，18、堵头，19、注浆筒，20、空气压缩机，21、气路管路，22、循环泵，23、胶套，24、导液槽，25、导液孔，26、胶圈，27、抽汲管，28、顶升装置，29、固定螺栓(固定底座和釜体)，30、紧固螺栓(固定釜体)，31、安全阀，32、压力阀，33、紧固螺母(固定注浆筒顶盖和注浆筒)，34、供气阀门，35、提手。
具体实施方式
实施例1
一种多功能油气井井壁仿真实验装置，该装置包括工作台、釜体1、顶升装置28、温控加热装置和注浆循环装置；
所述工作台包括顶板2和底板3，顶板2和底板3之间通过支柱4连接；顶板2和底板3之间设有套设于支柱4上且沿支柱4滑动的活动板5；
所述温控加热装置包括温控装置6以及与温控装置6控制连接的加热棒、加热器和传感器；
所述釜体1通过底座7固定于活动板5上方；所述釜体1壁内设有安装孔8，加热棒置于安装孔8内；所述釜体1内设有环形岩心9，所述釜体1和顶板2之间设有顶盖10，所述顶盖10上开设有与环形岩心9的模拟井筒11相配合的通道12；所述顶板2上设有与通道12相配合的通孔13；所述通道12顶端设有进液口14，进液口14上设有贯穿通孔13的进液口管汇15；所述底座7上开设有与环形岩心9的模拟井筒11相配合的出液口16，出液口16上设有出液口管汇17或堵头18；
所述顶升装置28设置于活动板5下方；所述顶升装置为液压千斤顶。
所述注浆循环装置包括注浆筒19和空气压缩机20，注浆筒19通过进液口管汇15与进液口14连通，注浆筒19通过出液口管汇17与出液口16连通；空气压缩机20通过气路管路21与注浆筒19连通；所述进液口管汇15上设有循环泵22。
所述釜体1由两个截面为半圆形的腔体对合而成。
所述环形岩心9和釜体1内壁之间设有胶套23；所述胶套23外侧设有导液槽24，导液槽24内设有导液孔25。
所述底座7上侧和顶盖10下侧与环形岩心9的连接面处均设有活动的胶圈26。
所述注浆筒19内设有加热器和传感器，所述加热器和传感器分别与温控装置6控制连接。
所述注浆筒19内设有抽汲管27，抽汲管27上端与进液口管汇15连通，下端延伸至所述注浆筒19内液体液面以下。
实施例2
一种制作环形岩心内壁动泥饼的方法，其具体步骤为：
步骤A1：制作环形岩心或把天然岩心加工至至符合本发明的多功能油气井井壁仿真实验装置所适用的形状或尺寸；
步骤A2：将环形岩心安装在釜体内部的胶套中，再将对开的釜体组合，并上紧紧固螺栓；
步骤A3：将环形岩心连同釜体安装在底座上，注意釜体底部要安装橡胶圈；
步骤A4：将温控装置控制的加热棒、传感器安装至釜体内的安装孔和传感器安装口处，安装时应涂抹导热膏，然后在釜体内的环形岩心顶部放置橡胶圈，并放上顶盖，安装进液口管汇，将组装好的结构放置于活动板正中心，其中顶盖进液口要正对顶板的通孔，启动千斤顶，将顶盖压紧，压紧过程中，观测千斤顶液压表示数，所施加压力不得超过环形岩心的最大抗压强度；
步骤A5：连接底座的出液口管汇，连接完毕后，打开出液口阀门；
步骤A6：将传感器、加热棒的电路连接至温控装置，调整好温度，等待釜体和环形岩心加热至需要的温度；
步骤A7：预热钻井液至实验温度，然后利用漏斗从顶盖的进液口倒入钻井液，当钻井液从底座的出液口管汇流出时，关闭出液口管汇阀门，继续加入钻井液至液面与进液口持平，这一步是为了保证环形岩心内无气体，避免泥饼不均匀；
步骤A8：在注浆筒内添加足量钻井液，将进液口管汇、循环泵连同注浆筒连接好，进液口管汇暂不连接至进液口，将循环泵的泵速调至最低并启动循环泵，使钻井液充满循环泵排出泵内和进液口管汇内的空气，将进液口管汇连接进液口；
步骤A9：拧紧紧固螺母，密封好注浆筒顶盖；
步骤A10：将空气压缩机的气路管汇连接至注浆筒减压阀，调节减压阀至需要的压力；
步骤A11：打开进液管汇、出液管汇的阀门，打开循环泵并调整到合适的流速；
步骤A12：等待一定时间，关闭循环泵和空气压缩机的供气阀门，给加热设备断电，打开注浆筒安全阀泄压；
步骤A13：打开注浆筒顶盖，将抽汲管从钻井液中取出，启动循环泵排出管汇、环形岩心内的钻井液，拆除进液口管汇；
步骤A14：给千斤顶泄压，并拆除设备取出环形岩心；
步骤A15：清洁管汇和循环泵内的钻井液。
在步骤A13中，环形岩心内部已有钻井液滤失形成的动泥饼，可不进行步骤A14、步骤A15的操作，直接使用本装置进行下一步实验，如泥饼存在条件下的固井液加压养护、泥饼冲刷等。
实施例3
一种制作环形岩心内壁静泥饼的方法，其具体步骤为：
步骤B1：按照步骤A1-A4：进行操作；
步骤B2：连接底部出液口管汇，连接完毕后，关闭出液口阀门；
步骤B3：同步骤A6：；
步骤B4：预热钻井液至实验温度，然后利用漏斗从进液口倒入钻井液，直至钻井液液面与进液口持平，这一步是为了保证环形岩心内无气体，避免泥饼不均匀；
步骤B5：向注浆筒中加入足量钻井液，暂不将注浆筒顶盖盖上；
步骤B6：将进液口用管汇和注浆筒顶盖连接好，将注浆筒顶盖举高，利用漏斗向进液管汇内加入钻井液直至其充满进液管汇，用手按住注浆筒抽汲管并迅速将抽汲管伸入注浆筒内顶替液液面以下，避免进液管汇内进空气，盖上注浆筒顶盖并密封好注浆筒，关闭安全阀；
步骤B7：同步骤A10；
步骤B8：打开进液口管汇阀门，开始计时，待计时完成，关闭空气压缩机阀门，打开注浆筒安全阀泄压；
步骤B9：将注浆筒放于低处，拆除进液口管汇并将管汇接口处举高，打开出液口管汇阀门，排空环形岩心腔内的多余钻井液；
步骤B10：给千斤顶泄压，并拆除设备取出环形岩心；
步骤B11：清洁管汇内的钻井液；
在步骤B9中，环形岩心内部已有钻井液滤失形成的静泥饼，可不进行步骤B10、步骤B11的操作，直接使用本装置进行下一步实验，如泥饼存在条件下的固井液加压养护、泥饼冲刷等。
实施例4
一种固井液加压候凝的方法，其具体步骤为：
步骤C1：同步骤A1-步骤A2；
步骤C2：将环形岩心连同釜体安装在底座上，注意釜体底部要安装密封胶圈，此处使用的密封胶圈为中心无孔的全密闭类型，目的是彻底封闭底部空间，为避免内部压力损坏橡胶圈，出液口处应安装堵头；
步骤C3：将温控装置连接的加热棒、传感器安装至釜体内的安装孔和传感器安装口内，安装时应涂抹导热膏，然后在釜体内的环形岩心顶部放置密封胶圈；
步骤C4：在顶盖内壁处涂抹适量脱模剂，目的是，即使固井液液面高于环形岩心导致固结了顶盖内壁，也可以顺利地将固化产物取出，避免损毁装置；
步骤C5：将组装好的结构放置于活动板正中心，其中进液口要正对顶板的通孔，启动千斤顶，将顶盖压紧，压紧过程中，观测千斤顶的液压表示数，所施加压力不得超过环形岩心的最大抗压强度；
步骤C6：同步骤A6；
步骤C7：利用漏斗将配制好的固井液从进液口倒入，直至固井液液面接近进液口顶部螺纹，这里固井液不可达到进液口螺纹，目的是为了防止固井液固结螺纹导致拆除困难，固井液不慎触碰到螺纹时，应当迅速擦干净，必要时也可以涂抹一些脱模剂，同时，加入的固井液液面高于环形岩心一方面是为了保证环形岩心内无气体，另一方面可以防止固井液可能的渗滤导致的液面下降；
步骤C8：使用进液口管汇将进液口和注浆筒顶盖连接，打开进液口阀门，举高注浆筒顶盖，向抽汲管和与其连接的进液口管汇内加入顶替液步骤顶替液可用钻井液或清水等)，排空空气，关闭进液口阀门，在注浆筒内添加足量顶替液，用手按住注浆筒抽汲管的管口并迅速将抽汲管伸入注浆筒内顶替液液面以下，避免进液口管汇内进空气，盖上注浆筒顶盖并密封好注浆筒，关闭安全阀；
步骤C9：将空气压缩机的气路管汇连接至注浆筒减压阀，调节减压阀至需要的压力；
步骤C10：打开进液管汇阀门，即开始固井液加压候凝、养护操作；
步骤C11：达到所需时间后，关闭空气压缩机及供气阀门，打开注浆筒安全阀，拆除进液口管汇，给千斤顶泄压，将釜体连同底座和顶盖移下活动板；
步骤C12：拆除釜体和底座，取出环形岩心；
步骤C13：清洁注浆筒和管汇内的顶替液。
特别的，在步骤C10中，当固井液候凝完成后，固井液即固化，继续加压已无意义，已经可以拆出环形岩心置于养护箱中养护，若有特殊需求，也可与装置内继续加压养护。
实施例5泥饼存在条件下的固井液加压候凝
一种泥饼存在条件下的固井液加压候凝的方法，其具体步骤为：
步骤D1：根据需要选择使用动泥饼操作步骤A1～A13或静泥饼操作步骤B1～B9制造合适的泥饼，泥饼制作完成并排空环形岩心腔内钻井液后，暂时不要拆除其他装置；
步骤D2：若使用的是静泥饼，可安装并使用循环泵低速循环清洗液，将表层虚泥饼洗去，若为动泥饼根据需要选择是否循环冲洗液；
步骤D3：拆除出液口管汇，在出液口处安装堵头，安装时，堵头和底座安装孔处应涂抹大量脱模剂，防止固井液将出液口和堵头固结；
步骤D4：同C7～C13。
实施例6盐膏岩井壁冲刷室内模拟实验
盐膏岩抗压强度低，且遇水易膨胀和蠕变，因此单靠千斤顶压紧密封胶圈是难以有效密封环形岩心空腔的，此时可以使用胶黏剂将相关接触面粘接，提高密封性能。
一种盐膏岩井壁冲刷室内模拟实验，其具体步骤为：
步骤E1：将取得的天然岩心加工至本装置适用的形状和尺寸，高度不足时可以使用厚的密封胶圈作为垫块；
步骤E2：使用低温固化胶黏剂依次将“底座-密封胶圈-环形岩心-密封胶圈-顶盖”粘接，然后合上釜体，上紧紧固螺栓和紧固螺栓，等待低温固化胶黏剂完全封固各组件的缝隙；
步骤E3：将步骤E2中胶黏剂固化后的组合体移至活动板正中心位置，升高千斤顶，使顶板和活动板夹持住步骤E2中胶黏剂固化后的组合体，千斤顶的压力不能超过盐膏岩的最大抗压强度；
步骤E4：安装出液口管汇至底座的出液口，出液口管汇的另一端安装在注浆筒顶盖上；
步骤E5：利用漏斗向进液口中倒入钻井液，当钻井液从底座出液口管汇流出时，关闭出液口管汇靠近注浆筒一测的阀门，继续加入钻井液至液面与进液口齐平；
步骤E6：向注浆筒中加入足量钻井液，将进液口管汇、循环泵和注浆筒顶盖组装好，以最低流量启动循环泵，使钻井液充满循环泵和进液口管汇，然后连接进液口管汇至进液口，用手按住抽汲管的管口，将抽汲管伸入注浆筒的液面以下，保证管汇内无空气；
步骤E7：将注浆筒顶盖和注浆筒连接，拧紧紧固螺母密封好注浆筒，将空气压缩机的气路管汇连接至减压阀，打开供气阀门，调整减压阀至合适的压力，打开进液口管汇和出液口管汇的所有阀门；
步骤E8：启动循环泵，调整流量，计时并开始实验；
步骤E9：计时或实验结束后，参考步骤A12～步骤A15拆除装置取出环形岩心8，并清洗循环泵、管汇和注浆筒。
实施例7固井冲洗液冲洗井壁泥饼实验
一种固井冲洗液冲洗井壁泥饼实验，其具体步骤为：
步骤F1：根据需要选择使用动泥饼操作步骤(步骤A1～A13)或静泥饼操作步骤(步骤B1～B9)制造合适的泥饼，泥饼制作完成并排空环形岩心腔内钻井液后，暂时不要拆除其他装置；
步骤F2：若使用的是静泥饼，则拆下进液口管汇，清洗后安装循环泵，若使用动泥饼则跳过此步骤；
步骤F3：拆下注浆筒、进液口管汇和出液口管汇，清洗干净；
步骤F4：参照步骤A7～A10，将冲洗液充满环形岩心的内腔、进液口管汇和出液口管汇，并在注浆筒中加入足量冲洗液；
步骤F5：根据实际需要选择是否加压冲洗，若需加压则参照步骤A10安装空气压缩机，给内部加压，若不需要加压则挑过此步骤；
步骤F6：打开进液口管汇阀门和出液口管汇阀门，打开循环泵调至合适的流量进行循环；
步骤F7：循环至所需时间后，参照步骤A12～A15拆除和清洗装置，取出环形岩心进行进一步分析或操作。
Claims (8)
1.一种多功能油气井井壁仿真实验装置，其特征在于，该装置包括工作台、釜体(1)、顶升装置(28)、温控加热装置、增压装置(20)和注浆循环装置；
所述工作台包括顶板(2)和底板(3)，顶板(2)和底板(3)之间通过支柱(4)连接；顶板(2)和底板(3)之间设有套设于支柱(4)上且沿支柱(4)滑动的活动板(5)；
所述温控加热装置包括温控装置(6)以及与温控装置(6)控制连接的加热棒、加热器和传感器；
所述釜体(1)通过底座(7)固定于活动板(5)上方；所述釜体(1)壁内设有安装孔(8)，加热棒置于安装孔(8)内；所述釜体(1)内设有环形岩心(9)，所述釜体(1)和顶板(2)之间设有顶盖(10)，所述顶盖(10)上开设有与环形岩心(9)的模拟井筒(11)相配合的通道(12)；所述顶板(2)上设有与通道(12)相配合的通孔(13)；所述通道(12)顶端设有进液口(14)，进液口(14)上设有贯穿通孔(13)的进液口管汇(15)；所述底座(7)上开设有与环形岩心(9)的模拟井筒(11)相配合的出液口(16)，出液口(16)上设有出液口管汇(17)或堵头(18)；
所述顶升装置(28)设置于活动板(5)下方；
所述增压装置包括空气压缩机(20)；
所述注浆循环装置包括注浆筒(19)和循环泵(22)，注浆筒(19)通过进液口管汇(15)与进液口(14)连通，注浆筒(19)通过出液口管汇(17)与出液口(16)连通；空气压缩机(20)通过气路管路(21)与注浆筒(19)连通；所述进液口管汇(15)上设有循环泵(22)；
所述环形岩心(9)和釜体(1)内壁之间设有胶套(23)；所述胶套(23)外侧设有导液槽(24)，导液槽(24)内设有导液孔(25)；所述环形岩心通过活动的密封胶圈(26)分别与底座(7)上侧和顶盖(10)下侧连接；
所述釜体(1)由两个截面为半圆形的腔体对合而成；
所述仿真实验包括井壁静泥饼与动泥饼制作、固井液加压候凝、井壁冲刷实验。
2.根据权利要求1所述的一种多功能油气井井壁仿真实验装置，其特征在于，所述注浆筒(19)内设有加热器和传感器，所述加热器和传感器分别与温控装置(6)控制连接。
3.根据权利要求1所述的一种多功能油气井井壁仿真实验装置，其特征在于，所述注浆筒(19)内设有抽汲管(27)，抽汲管(27)上端与进液口管汇(15)连通，下端延伸至所述注浆筒(19)内液体液面以下。
4.一种制作环形岩心内壁动泥饼的方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的多功能油气井井壁仿真实验装置，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状；
(2)组装仪器，将制作完成的环形岩心放置于釜体内，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(3)将预热好的钻井液倒入环形岩心和注浆筒中，预先启动循环泵将进液管汇内的空气排出，然后连接进液管汇和空气压缩机；
(4)调节压力，启动循环泵并调节流量，同时打开出液口阀门，等待合适时间后取出岩心，环形岩心内壁即有渗滤形成的泥饼。
5.一种制作环形岩心内壁静泥饼的方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的多功能油气井井壁仿真实验装置，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状；
(2)组装仪器，将制作完成的环形岩心放置于釜体内，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(3)关闭出液管汇阀门，倒入预热好的钻井液至环形岩心和注浆筒中，连接进液管汇和空气压缩机；
(4)调节压力，打开进液管汇阀门，等待合适时间后取出岩心，环形岩心内壁即有渗滤形成的泥饼。
6.一种模拟地层中的固井液加压护凝的方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的多功能油气井井壁仿真实验装置，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状；
(2)组装仪器，将环形岩心放置于釜体内，根据需要选择是否制作井壁泥饼；
(3)釜体出液口处安装堵头，堵头涂抹大量脱模剂，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(4)向环形岩心内腔中倒入固井液，向进液管汇和注浆筒中加入顶替液，连接进液管汇和空气压缩机；
(5)调整温度，调节压力，打开进液管汇阀门，等待固井液固化后，取出环形岩心进行其他的所需操作。
7.一种模拟井下工作液对岩心内壁的冲刷的实验方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的多功能油气井井壁仿真实验装置，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状；
(2)组装仪器，将环形岩心放置于釜体内，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(3)根据需要选择是否制作井壁泥饼；
(4)将预热好的井下工作液倒入环形岩心和注浆筒中，预先启动循环泵将进液管汇内的空气排出，然后连接进液管汇和空气压缩机；
(5)调节压力，启动循环泵并调节流量，等待合适时间后取出岩心，环形岩心内壁即为特定条件下冲刷后的状态。
8.一种模拟洗井液冲刷泥饼的实验方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的多功能油气井井壁仿真实验装置，其具体步骤为：
(1)制作环形岩心或把天然岩心加工至适合的几何形状，根据需要选择采用上述制作环形岩心内壁泥饼方法制作岩心内部泥饼；所述泥饼为静泥饼或动泥饼；
(2)组装仪器，将制作完成的环形岩心放置于釜体内，压紧顶升装置使岩心内腔密闭；
(3)关闭出液管汇阀门，倒入预热好的循环液体至环形岩心和注浆筒中，连接进液管汇和空气压缩机；所述循环液体为洗井液或其他井下工作液；
(4)调节压力，启动循环泵并调节流量，同时打开出液口阀门，等待合适时间后取出岩心，进行后续操作。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN207406332U (zh) * | 2017-11-20 | 2018-05-25 | 中国石油大学(华东) | 地层水扰动下固井二界面养护及胶结质量评价装置 |
| CN109374387A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-02-22 | 中国石油大学(华东) | 组合式中心轴、包括它的岩心模具和岩心制备装置及方法 |
| CN109541175A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-29 | 中国地质大学（北京） | 一种模拟井下钻井液循环形成泥饼的装置和方法 |
| CN110284874A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-27 | 中国石油大学(华东) | 深水弱胶结地层梯度强化固井液作用效果评价装置及方法 |
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| RU2525093C1 (ru) * | 2013-07-30 | 2014-08-10 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Способ прогнозирования изменения свойств призабойной зоны пласта под воздействием бурового раствора |
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| CN104500031B (zh) * | 2014-11-20 | 2017-03-29 | 中国科学院广州能源研究所 | 天然气水合物地层钻井模拟装置 |
| CN104632204A (zh) * | 2015-01-06 | 2015-05-20 | 中国石油天然气集团公司 | 硬脆性泥页岩微裂缝制作方法及封堵能力测试系统 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN207406332U (zh) * | 2017-11-20 | 2018-05-25 | 中国石油大学(华东) | 地层水扰动下固井二界面养护及胶结质量评价装置 |
| CN109374387A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-02-22 | 中国石油大学(华东) | 组合式中心轴、包括它的岩心模具和岩心制备装置及方法 |
| CN109541175A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-29 | 中国地质大学（北京） | 一种模拟井下钻井液循环形成泥饼的装置和方法 |
| CN110284874A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-27 | 中国石油大学(华东) | 深水弱胶结地层梯度强化固井液作用效果评价装置及方法 |
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