CN112113722A - 冻胶阀静态性能评价装置 - Google Patents

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CN112113722A CN201910535365.7A CN201910535365A CN112113722A CN 112113722 A CN112113722 A CN 112113722A CN 201910535365 A CN201910535365 A CN 201910535365A CN 112113722 A CN112113722 A CN 112113722A
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Abstract

本发明提供一种冻胶阀静态性能评价装置。本发明评价装置包括冻胶阀静态性能评价组件、气源以及控制终端；冻胶阀静态性能评价组件包括实验管道以及与控制终端通信连接的第一压力传感器；实验管道内设置有冻胶阀，且冻胶阀将实验管道内部分隔成上空间和下空间；第一压力传感器设置在下空间内；气源的输出端口与下空间连通，以向下空间内输入预设压力的气体。本发明冻胶阀静态性能评价装置，在实验管道内设置冻胶阀，利用气源向实验管道的下空间通入预设压力的气体，通过判断上空间的压力变化而确定冻胶阀的密封性以及承压能力，为后续冻胶阀性能的改进提供实验数据支撑，从而提高欠平衡钻井的施工安全及成功率。

Description

冻胶阀静态性能评价装置
技术领域
本发明涉及油气田工程技术领域，尤其涉及一种冻胶阀静态性能评价装置。
背景技术
全过程欠平衡钻井技术是保护储层、高效开发三低(低丰度、低渗透、低产出)油气田的有力手段。而影响欠平衡钻井效果的主要原因是起钻前或起钻过程中需要压井以平衡地层压力。但压井作业有可能完全抵消了欠平衡钻井带来的好的效果，甚至可能对地层造成更大的损害。通常，采取不压井起下钻装置和套管阀两种方式实现欠平衡钻井，但不压井起下钻装置涉及工具多，施工复杂，而套管阀技术主要靠进口，成本昂贵，且套管阀一旦失效就无法达到欠平衡钻井的目的。
为此，现有技术中，通常采用冻胶阀以实现欠平衡钻井。冻胶阀利用冻胶的黏性实现其一定的抗压差能力，在井筒中保持静止，即“阀”固定；利用冻胶的固体力学特性隔离密封井筒油气，即“阀”密封；利用冻胶的黏弹性实现管柱的顺利穿透及自身的恢复，即“阀”开、关；利用冻胶的可破胶特性实现其在作业结束后破胶返排至地面，即解“阀”。
但是，冻胶阀在井筒中的承压能力和气密性会直接影响欠平衡钻井的成功与安全，为此需要本申请发明人提出一种冻胶阀静态性能评价装置，以评价冻胶阀气密性、承压能力，提高欠平衡钻井的施工安全及成功率。
发明内容
本发明提供一种冻胶阀静态性能评价装置，以评价冻胶阀的成胶、破胶。承压以及密封性能，
本发明提供一种冻胶阀静态性能评价装置，其包括冻胶阀静态性能评价组件、气源以及控制终端；所述冻胶阀静态性能评价组件包括实验管道以及与所述控制终端通信连接的第一压力传感器；所述实验管道内设置有冻胶阀，且所述冻胶阀将所述实验管道内部分隔成上空间和下空间；所述第一压力传感器设置在所述下空间内；所述气源的输出端口与所述下空间连通，以向所述下空间内输入预设压力的气体。
如上所述的冻胶阀静态性能评价装置，其中所述冻胶阀静态性能评价组件还包括第一压力表；所述第一压力表设置在所述实验管道的底端。
如上所述的冻胶阀静态性能评价装置，还包括与所述实验管道连通的配液装置；所述冻胶阀静态性能评价组件还包括加热设备，所述加热设备包括套设在所述实验管道外侧的加热套以及与所述加热套电连接的温度控制器。
如上所述的冻胶阀静态性能评价装置，其中，所述冻胶阀静态性能评价组件还包括与所述控制终端通信连接的温度传感器，且所述温度传感器设置在所述加热套和所述实验管道之间。
如上所述的冻胶阀静态性能评价装置，其中所述配液装置包括配液容器、进液管道以及设置在所述进液管道上的液体流量计，所述进液管道分别连通所述配液容器和所述实验管道。
如上所述的冻胶阀静态性能评价装置，其中，所述冻胶阀静态性能评价组件还包括与所述下空间连通的进气管道，且所述进气管道上设置有进气阀。
如上所述的冻胶阀静态性能评价装置，其中，所述冻胶阀静态性能评价组件还包括设置在所述实验管道底端的排液管道以及设置在所述排液管道上的排液阀门。
如上所述的冻胶阀静态性能评价装置，其中，所述气源包括空气压缩机、与所述空气压缩机输出端口连接的总输出管道以及设置在所述总输出管道上的供气阀和减压阀，且所述供气阀设置在靠近所述空气压缩机一端。
如上所述的冻胶阀静态性能评价装置，其中，所述冻胶阀静态性能评价组件为多个，且多个所述冻胶阀静态性能评价组件的实验管道的内径尺寸不相同。
如上所述的冻胶阀静态性能评价装置，其中，所述实验管道包括油管或套管。
本发明冻胶阀静态性能评价装置，在实验管道内设置冻胶阀，利用气源向实验管道的下空间通入预设压力的气体，通过判断上空间的压力变化而确定冻胶阀的密封性以及承压能力，为后续冻胶阀性能的改进提供实验数据支撑，从而提高欠平衡钻井的施工安全及成功率。
附图说明
通过参照附图的以下详细描述，本发明实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本发明的多个实施例进行说明，其中：
图1为本发明实施例一提供的冻胶阀静态性能评价装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的冻胶阀静态性能评价组件的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的冻胶阀静态性能评价组件的结构示意图；
图4为本发明实施例三提供的冻胶阀静态性能评价组件的结构示意图；
图5为本发明实施例四提供的冻胶阀静态性能评价装置的结构示意图；
图6为本发明实施例五提供的冻胶阀静态性能评价装置的结构示意图。
附图标记说明：
1：基座；
2：气源；
21：空气压缩机；
22：总输出管道；
23：供气阀；
24：减压阀；
3：实验管道；
31：上空间；
32：下空间；
4：第二压力传感器；
5：第一压力传感器；
6：冻胶阀；
7：第二压力表；
8：第一压力表；
9：配液容器；
10：进液管道；
11：液体流量计；
12：加热套；
13：进气管道；
15：进气阀。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
图1为本发明实施例一提供的冻胶阀静态性能评价装置的结构示意图；图2为本发明实施例一提供的冻胶阀静态性能评价组件的结构示意图。
参照图1和图2，本发明实施例提供一种冻胶阀静态性能评价装置，其包括冻胶阀静态性能评价组件、气源2以及控制终端；冻胶阀静态性能评价组件包括实验管道3以及与控制终端通信连接的第一压力传感器5；实验管道内设置有冻胶阀6，且冻胶阀6将实验管道3分隔成上空间31和下空间32；第一压力传感器5设置在下空间32内；气源2的输出端口与下空间32连通，以向下空间32输入预设压力的气体。
具体地，实验管道3可以包括套管或者油管。其中，油管为圆形钢管，其尺寸可以根据具体实验内容进行设计，例如，为了对不同管径的油管对冻胶阀的成胶、破胶、承压、密封等性能进行评价，油管可以是内径为2”、21/2”、3”、31/2”、41/2”等尺寸的油管。
套管可以是现有的钢套管，为了对不同管径的套管对冻胶阀的成胶、破胶、承压、密封等性能进行评价，套管可以是内径为51/2”、7”、95/8”等尺寸的套管。可以理解的是，套管的上端设置有上端盖；套管3的下端设置有下端盖，且下端盖上设置有与进气管道13固定连接的接头。
气源2用于向下空间32内通入预设压力的气体，其可以是气泵、空气压缩机等，在此不做限定。可选地，进气管道13上还可以设置有阀门，以控制气源2向下空间32输入预设压力的气体。可以理解的是，气源2向下空间32输入的预设压力的气体，其预设压力值根据实验进行设计。
此外，冻胶阀6的上部可以设置有重物进行密封性测试，重物可以是加重块，设置在上空间31内。
为了检测上空间31内的压力变化，上空间31内可以设置有第二压力传感器4，第二压力传感器4安装在上空间31内，用于测量上空间31内的压力值，其可以是现有的压电传感器、压阻传感器等，本发明实施例对此不做限定。当然，实验管道3的顶端还可以设置第二压力表7，以测量上空间7的压力。
第一压力传感器5安装在下空间32内，用于测量下空间32内的压力值，其可以是现有的压电传感器、压阻传感器等，本发明实施例对此不做限定。优选地，第一压力传感器5与第二压力传感器4相同。
冻胶阀6是一种用于欠平衡完井的智能化学胶体，在套管中形成高黏性半固体状胶体段塞，具备一定的抗压差性能，密封井筒油气。完井管柱能顺利穿透冻胶阀，管柱穿透过程中冻胶阀靠自身黏附性实现空间动密封，避免油气溢出。完井结束后冻胶阀能实现破胶液化，采用氮气或清水即可实现残液的全部返排。可以理解的是，在本发明实施例中，冻胶阀6的加工工艺及材料配比不做限定。在形成冻胶阀6时，在实验管道3的底部先放入一定高度的具有和成胶体系密度、粘度接近的流体，待胶体成胶后打开下边球阀将预先放置的流体排空，胶体具有一定强度和粘附管壁的能力可以克服自身重力而形成悬空的冻胶阀。
控制终端可以是电脑、手机、平板电脑等，本发明实施例对此不做限定。控制终端分别与第二压力传感器4和第一压力传感器5通信连接，第二压力传感器4和第一压力传感器5将检测的压力值发送给控制终端，控制终端进行存储并显示在屏幕上。控制终端还可以具有数据处理功能，例如，控制终端将接收到的压力数值绘成压力-时间图，以清晰看出随时间变化，冻胶阀6密封性的变化情况。
下面详细描述本发明实施例提供的冻胶阀静态性能评价装置的使用过程：
向实验管道3内加入预设体积的冻胶阀液体。可以理解的是，在实验管道3不变的前提下，向实验管道3内加入不同量的冻胶阀液体，可以在实验管道3内形成不同高度的冻胶阀。为此，在冻胶阀静态性能评价试验中，试验人员可以向实验管道3内注入不同量的冻胶阀液体，形成不同高度的冻胶阀，以评价不同高度冻胶阀的静态性能。
打开气源2，向下空间32通入预设压力的气体，气体直接穿过冻胶阀液体，说明未成胶的冻胶阀液体没有密封气体的能力。然后，关闭气源2。
加热预设时间以形成冻胶阀6。
打开气源2，向下空间32通入预设压力的气体并稳定预设时间，例如，通入压力为0.01MPa的气体，稳压10分钟。在控制终端上观察上空间31内第二压力传感器4的压力值变化，或者，通过第二压力表7观察上空间31的压力值变化。如果在预设时间范围内，上空间31内的压力值没有变化，说明在该预设压力下，冻胶阀6的密封性良好，并且冻胶阀6能够承受该预设压力。
然后，继续向下空间32通入气体增压，例如增加到0.02MPa，稳压10分钟，在控制终端上观察上空间31内压力值变化，如果在预设时间范围内，上空间31内的压力值没有变化，说明在该预设压力下，冻胶阀6的密封性良好，并且冻胶阀6能够承受该预设压力。
按照此法不断增加下空间32的压力，直到上空间31内的压力值发生变化，说明在此时的压力下冻胶阀6密封性差，由此可确定冻胶阀6的极限承压能力。
最后，对冻胶阀进行破胶、排液。
在本发明实施例中，冻胶阀的静态性能包括其成胶、破胶、承压以及密封。为了观察冻胶阀在成胶和破胶时的状态，实验管道3上可以设置有观察窗。
本发明实施例提供的冻胶阀静态性能评价装置，在实验管道内设置冻胶阀，利用气源向实验管道的下空间通入预设压力的气体，通过判断上空间的压力变化而确定冻胶阀的密封性以及承压能力，为后续冻胶阀性能的改进提供实验数据支撑，从而提高欠平衡钻井的施工安全及成功率。
图3为本发明实施例二提供的冻胶阀静态性能评价组件的结构示意图。参照图3，本发明实施例提供的冻胶阀静态性能评价组件还包括第一压力表8；第一压力表8设置在套管3底端，以测量下空间32的压力。
为了防止压力传感器损坏，在实验管道3的底端设置有第一压力表8，以测量下空间32的压力，工作人员可以通过第一压力表8直接读出下空间32的压力数值。可选地，实验管道3的下端盖上设置有第一压力表8固定连接的第二安装口，第一压力表8与第二安装口螺纹连接或者法兰连接等。
可选地，在实验管道3的顶端可以设置有第二压力表7，以测量上空间31的压力，工作人员可以通过第二压力表7直接读出上空间31的压力数值。可选地，实验管道3的上端盖上设置有与第二压力表7固定连接的第一安装口，第二压力表7与第一安装口螺纹连接或者法兰连接等。
第二压力表7和第一压力表8均可以是现有的压力表结构，本发明实施例对第一压力表和第二压力表的具体结构不做限定。
图4为本发明实施例三提供的冻胶阀静态性能评价组件的结构示意图。
参照图4，本发明实施例提供的冻胶阀静态性能评价装置还包括与实验管道3连通的配液装置；冻胶阀静态性能评价组件还包括加热设备，加热设备包括套设在实验管道3外侧的加热套12以及与加热套12电连接的温度控制器。
具体地，配液装置用于配置冻胶阀液，其可以包括敞口容器，在加入各种配比成分后，搅拌形成冻胶阀液。作为一个优选地实施例，配液装置包括配液容器9、进液管道10以及设置在进液管道10上的液体流量计11，进液管道10分别连通配液容器9和实验管道3。其中，配液容器9可以是任意结构的容器，优选地，配液容器9为漏斗结构的容器，其上部为圆柱结构，下部为倒圆锥结构，且进液管道10位于倒圆锥结构的最底端。进液管道10用于将配液容器9内的冻胶阀液通入到实验管道3内，其可以是现有的钢管、塑料管等。进液管道10上可以设置有截止阀，用于控制进液管道10的开通和截止。并且，进液管道10上设置有液体流量计11，用于计量通入到实验管道3内的冻胶阀液的体积，目的是在实验管道3内形成不同高度的冻胶阀体，以评价不同高度冻胶阀的成胶、破胶、承压以及密封性能等。可选地，配液装置还包括搅拌机，搅拌机的搅拌叶片位于配液容器9内。
当在实验管道3内通入预设体积的冻胶阀液体之后，利用加热设备对实验管道3进行加热，以使冻胶阀液形成冻胶阀。其中，加热设备包括加热套12和温度控制器，采用温度控制器控制加热套12加热到预设温度，并加热预设时间。本发明实施例对冻胶阀液的成分配比以及加热温度、时间不做限定。
此外，加热设备还可以是电伴热带，电伴热带缠绕在实验管道3的外侧。
为了精确确定实验管道3的温度，本实施例的冻胶阀静态性能评价组件还包括与控制终端通信连接的温度传感器(未示出)，且温度传感器设置在加热套12和实验管道3之间。其中，温度传感器可以是热电偶式温度传感器、热电阻式温度传感器等，本发明实施例对此不做限定。在加热套12和实验管道3之间设置温度传感器，实时监测实验管道3上的温度，以准确确定冻胶阀在形成过程中的温度。
图5为本发明实施例四提供的冻胶阀静态性能评价装置的结构示意图。
参照图5，本发明实施例提供的冻胶阀静态性能评价组件还包括与下空间32连通进气管道14，进气管道14上设置有进气阀15。
具体地，气源2通过进气管道14向下空间32通入气体。进气管道14的一端与气源2的输出端口固定连接，进气管道14的另一端与实验管道3的下端盖固定连接。进气管道14上设置有进气阀15，以打开或者关闭进气管道14，其中进气阀15可以是现有的球阀、截止阀等，本发明实施例对此不做限定。
在评价试验结束后，需要对冻胶阀进行破胶形成液体，从实验管道3的底端排出。为此，本实施例的冻胶阀静态性能评价组件还包括设置在实验管道3底端的排液管道(未示出)以及设置在排液管道上的排液阀门(未示出)。在冻胶阀破胶后，采用氮气或清水即可实现残液的全部返排。优选地，排液阀为球阀。
继续参照图5，气源2包括空气压缩机21、与空气压缩机21输出端口连接的总输出管道22以及设置在总输出管道22上的供气阀23和减压阀24，且供气阀23设置在靠近空气压缩机21一端。
具体地，空气压缩机21可以是现有的压缩机结构，本发明对此不做限定。总输出管道22的一端与空气压缩机21的输出端口连接，总输出管道22的另一端进气管道14固定连接。
总输出管道22上设置有供气阀23，且供气阀23设置在靠近空气压缩机21的一端，供气阀23用于防止气体回流，保证空气压缩机21的出口有恒定的压力。
减压阀24将进入第一进气管道13和第二进气管道14的气体压力减至某一需要的压力，并依靠空气本身的能量使出口压力自动保持稳定。本发明实施例对供气阀和减压阀的具体结构不做限定。
图6为本发明实施例五提供的冻胶阀静态性能评价装置的结构示意图
参照图6，在具体操作过程中，在一些实施例中，冻胶阀静态性能评价组件为多个，且多个冻胶阀静态性能评价组件的实验管道3的内径尺寸不相同。例如，实验管道3可以是内径为51/2”、7”、95/8”等尺寸的套管，以对不同管径的套管对冻胶阀的成胶、破胶、承压、密封等性能进行评价。或者，实验管道3也可以是内径为2”、21/2”、3”、31/2”、41/2”等尺寸的油管，以对不同管径的油管对冻胶阀的成胶、破胶、承压、密封等性能进行评价。
继续参照图6，冻胶阀静态性能评价装置还包括基座1，多个实验管道3固定在基座1上。
参照图5和图6，进一步对本发明实施例提供的冻胶阀静态性能评价装置的工作过程进行详细说明。
评价7”实验套管的成胶性能：
对控制终端、传感器进行调试、归零。
配置冻胶阀液体10L倒入7”实验套管内。
打开空气压缩机21，准备背压0.01MPa，打开供气阀23，给压0.01MPa；缓慢打开减压阀24，在7”实验套管的底部通气，气体直接穿过冻胶阀液体。确定未成胶的冻胶阀液体没有密封气体的能力。
关闭空气压缩机21停止通气，关闭减压阀24、供气阀23。
对温度控制器设定温度70℃，等待加温20小时，关闭温度控制器。观察此过程中冻胶阀的成胶状态。
评价7”和9”实验套管内冻胶阀成胶后的承压和密封性能：
对控制终端、传感器进行调试、归零。
配置冻胶阀液体40L，向7”和9”实验套管中分别倒入20L。
对温度控制器设定温度70℃，等待加温20小时，关闭温度控制器。
打开空气压缩机21，准备背压0.01MPa，打开供气阀23，给压0.01MPa；缓慢打开减压阀24，在7”实验套管的底部通气，稳压10分钟，缓慢关闭减压阀24和供气阀23。
打开供气阀23，给压0.02MPa；缓慢打开减压阀24，在7”实验套管的底部通气，稳压10分钟，缓慢关闭减压阀24和供气阀23。
按照此法不断增加压力，测试7”实验套管内冻胶阀的承压极限为0.048MPa。
采用同样方法，对9”实验套管进行测试，9”实验套管内冻胶阀的承压极限为0.026MPa。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，包括冻胶阀静态性能评价组件、气源以及控制终端；
所述冻胶阀静态性能评价组件包括实验管道以及与所述控制终端通信连接的第一压力传感器；
所述实验管道内设置有冻胶阀，且所述冻胶阀将所述实验管道内部分隔成上空间和下空间；
所述第一压力传感器设置在所述下空间内；
所述气源的输出端口与所述下空间连通，以向所述下空间内输入预设压力的气体。
2.根据权利要求1所述的冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，所述冻胶阀静态性能评价组件还包括第一压力表；所述第一压力表设置在所述实验管道的底端。
3.根据权利要求1所述的冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，所述冻胶阀静态性能评价装置还包括与所述实验管道连通的配液装置；
所述冻胶阀静态性能评价组件还包括加热设备，所述加热设备包括套设在所述实验管道外侧的加热套以及与所述加热套电连接的温度控制器。
4.根据权利要求3所述的冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，所述冻胶阀静态性能评价组件还包括与所述控制终端通信连接的温度传感器，且所述温度传感器设置在所述加热套和所述实验管道之间。
5.根据权利要求4所述的冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，所述配液装置包括配液容器、进液管道以及设置在所述进液管道上的液体流量计，所述进液管道分别连通所述配液容器和所述实验管道。
6.根据权利要求1-5任一项所述的冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，所述冻胶阀静态性能评价组件还包括与所述下空间连通的进气管道，且所述进气管道上设置有进气阀。
7.根据权利要求1-5任一项所述的冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，所述冻胶阀静态性能评价组件还包括设置在所述实验管道底端的排液管道以及设置在所述排液管道上的排液阀门。
8.根据权利要求1-5任一项所述的冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，所述气源包括空气压缩机、与所述空气压缩机输出端口连接的总输出管道以及设置在所述总输出管道上的供气阀和减压阀，且所述供气阀设置在靠近所述空气压缩机一端。
9.根据权利要求1-5任一项所述的冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，所述冻胶阀静态性能评价组件为多个，且多个所述冻胶阀静态性能评价组件的实验管道的内径尺寸不相同。
10.根据权利要求1-5任一项所述的冻胶阀静态性能评价装置，其特征在于，所述实验管道包括油管或套管。
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