CN112378819A - 一种钻井液动态损害评价仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井液动态损害评价仪，属于钻井勘探领域，其包括控制器和支架，支架上设置有釜体，釜体的内部设置有用于放置钻井液的井，釜体的上端设置有井盖，釜体的侧面设置有与井连通的岩心夹持组件，岩心夹持组件的另一端活动设置有计量组件；井内设置有用于搅动钻井液的搅拌器，釜体外设置有用于驱动搅拌器的动力部件；井盖上设置有用于安装温度压力传感器的数据探测孔，以及用于安装加压装置的加压孔。本发明可以避免钻井液滞留在导流室内，同时可以将填充在岩心内的钻井液也进行统计，可以极大的提高钻井液滤失量的获取精度，进而提高钻井液的损害评价精度。

Description

一种钻井液动态损害评价仪

技术领域

本发明涉及钻井勘探领域，具体涉及一种钻井液动态损害评价仪。

背景技术

井漏是最麻烦的钻井难题之一。由于昂贵的钻井液损失到地层中导致经济成本的增加，还可能导致一些井控问题。全世界井漏发生率约占总井数20%~25%，因此井漏一直是国内外一直关注的问题。

滤失是指在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂缝或孔隙中渗透。在滤失过程中钻井液中的一些固体颗粒便附着在井壁上，形成泥饼，井壁上形成泥饼后又会阻止或减慢钻井液中水继续侵入地层为了维持井眼的稳定以及减少钻井液固、液相侵入地层，就必须控制钻井液的滤失性能。因此如何在室内研究中正确评价堵漏钻井液的堵漏效果，形成钻井液动态损害测量方法，对解决井漏问题及储层保护有着重要的意义。但目前室内对钻井液动态损害评价仪通过调节杆（导流杆）和容器接取从岩心端口流出的钻井液来判断钻井液的滤失量，而调节杆通常水平设置，整个评价仪重量大难以进行倾斜，因此该方式存在岩心出口流出的一部分钻井液会残留在调节杆中的空隙内，且由于调节杆的长度通常在10cm以上，因此残留的钻井液数量不少，从而无法精确测量钻井液滤失量，也就无法精确的对钻井液进行损害评价。

此外，由于评价仪井内为高压状态，且现有的直接连接驱动搅拌器的方式无法满足高压密封要求，因此基本都采用磁力连轴器的隔空驱动方式，但在井内高压状态下，磁力连轴的扭矩低，使得搅拌器的转速难以满足更高的模拟要求，高压环境也无法实现对搅拌器转速的测量，因此难以使钻井液达到预期的剪切速率。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种钻井液动态损害评价仪解决了现有评价仪无法精确的对钻井液进行损害评价的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种钻井液动态损害评价仪，其包括控制器和支架，支架上设置有釜体，釜体的内部设置有用于放置钻井液的井，釜体的上端设置有井盖，釜体的侧面设置有与井连通的岩心夹持组件，岩心夹持组件的另一端活动设置有计量组件；井内设置有用于搅动钻井液的搅拌器，釜体外设置有用于驱动搅拌器的动力部件；井盖上设置有用于安装温度压力传感器的数据探测孔，以及用于安装加压装置的加压孔；

计量组件包括导流杆，导流杆内设置有贯穿导流杆一端的导流室，导流室内设置有活塞，导流室的末端设置有连接至导流杆侧面的进液口和出液口，进液口连接液体供应器，进液口与液体供应器之间设置有第一阀门；出液口连接容器，出液口与容器之间设置有第二阀门；

岩心夹持组件包括壳体，壳体内设置有用于夹持岩心的第一腔室，以及用于连接计量组件的第二腔室，第一腔室和第二腔室相连后贯穿壳体；第一腔室的内壁上嵌置有温度传感器和围压施加口；第一腔室的直径大于第二腔室的直径；岩心的两端均设置有第三密封圈，围压施加口贯穿至第二腔室并位于两个第三密封圈之间，围压施加口与外部围压施加装置相连；

动力部件、温度压力传感器、加压装置和温度传感器分别连接控制器。

进一步地，出液口与容器之间设置有流量计，流量计连接控制器。

进一步地，釜体的上端面设置有第一螺栓孔，井盖上设置有与第一螺栓孔对应的第二螺栓孔，釜体和井盖通过螺栓连接。

进一步地，釜体的侧壁上设置有视窗，视窗为耐压玻璃。

进一步地，动力部件包括电动机和与电动机转轴相连接的磁力连轴器，磁力连轴器设置在釜体的底部；搅拌器的底部设置有与磁力连轴器相匹配的永磁体；电动机与控制器相连接。

进一步地，动力部件包括设置在釜体侧壁上的绕阻，绕阻外设置有保护罩；搅拌器的侧面设置有与绕阻通电所产生磁场相匹配的永磁体；绕阻与控制器相连接。

进一步地，壳体上设置有电加热丝，电加热丝与控制器相连接。

进一步地，导流杆包括螺纹段和限位段；螺纹段的外表面和第一腔室的内表面设置有相互匹配的螺纹；限位段的直径与第二腔室的直径相同；螺纹段的直径大于限位段的直径。

进一步地，限位段的前端设置有第一密封圈；螺纹段的前端设置有第二密封圈。

进一步地，导流室内靠近进液口或出液口的那一端设置有挡块。

本发明的有益效果为：

1、本发明先通过进液口将导流室填充满，使活塞与岩心紧贴，并保持导流室内充满液体，然后将连接到容器的那一端放置在高于第一阀门，打开第二阀门，使液体充满第一阀门至容器之间的管路，关闭第一阀门，将钻井液放入井内指定位置处，盖上井盖，并将温度压力传感器和加压装置接在井盖对应的孔上；启动加压装置对井内加压，并启动动力部件驱动搅拌器，同时通过容器开始记录所接取的液体，直至没有液体流入容器，得到钻井液的滤失量并完成钻井液的损害评价。本评价仪可以避免钻井液滞留在导流室内，同时可以将填充在岩心内的钻井液也进行统计，可以极大的提高钻井液滤失量的获取精度，进而提高钻井液的损害评价精度。

2、第二腔室大于第一腔室的设置方式可以灵活调节导流杆进入岩心夹持组件的深度，进而灵活调节对岩心的支撑，使不同长度的岩心的端面也能与井的内壁齐平，增大试验对象的选取灵活度。

3、温度传感器可以实时获取岩心的温度，便于使用者了解岩心的状态，进而更准确的模拟地下环境。

4、第三密封圈可以对岩心形成施加围压的空间，为岩心提供围压模拟。

5、视窗可以便于使用者观测井内状态，也可以观测井内钻井液的流动状态，间接获取搅拌器的转速，便于使用者调节动力部件来调整合适的转速，使钻井液达到预期的剪切速率。

6、本发明通过绕阻的形式产生强力磁场来驱动搅拌器，可通过调节磁场大小和磁场方向来进行驱动和转速调节，相比磁力连轴器可提供更大的搅拌扭矩，使得本评价仪能适应更高的模拟要求。

7、电加热丝可对岩心和岩心内的钻井液加热，模拟真实井内的温度环境，提高评价精度。

8、导流杆设置为两段式可以灵活选取限位段的长度，以此适应不同长度的岩心，提高实用性。

9、第一密封圈和第二密封圈既可以防止钻井液进入导流杆与壳体之间的缝隙，提高评价精度，同时还可以避免螺纹段头端与第一腔室、限位段头端与岩心的硬接触，提高评价仪的耐用性。

10、挡块可以避免活塞运动至进液口或出液口处，进而防止活塞影响导流室内填充液体，提高本评价仪的使用便利性。

11、流量计可以使控制器直接读取钻井液的滤失量，也可以对通过容器获得的滤失量进行校正，进而提高评价精度。

附图说明

图1为本评价仪采用电动机驱动的结构示意图；

图2为本评价仪采用绕阻驱动的结构示意图；

图3为岩心夹持组件的结构示意图；

图4为岩心夹持组件与导流杆的剖视图。

其中：1、支架；2、釜体；3、保护罩；4、井；5、第一螺栓孔；6、井盖；7、第二螺栓孔；8、数据探测孔；9、加压孔；10、控制器；11、岩心夹持组件；12、导流杆；13、进液口；14、第一阀门；15、把手；16、出液口；17、第二阀门；18、导流室；19、活塞；20、流量计；21、容器；22、绕阻；23、岩心；24、第三密封圈；25、电动机；26、视窗；27、温度传感器；28、电加热丝；29、壳体；30、围压施加口；31、第一腔室；32、第二腔室；33、挡块；34、螺纹段；35、限位段；36、第一密封圈；37、第二密封圈。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1、图2、图3和图4所示，该钻井液动态损害评价仪包括控制器10和支架1，支架1上设置有釜体2，釜体2的内部设置有用于放置钻井液的井4，釜体2的上端设置有井盖6，釜体2的侧面设置有与井4连通的岩心夹持组件11，岩心夹持组件11的另一端活动设置有计量组件；井4内设置有用于搅动钻井液的搅拌器，釜体2外设置有用于驱动搅拌器的动力部件；井盖6上设置有用于安装温度压力传感器的数据探测孔8，以及用于安装加压装置的加压孔9；

计量组件包括导流杆12，导流杆12内设置有贯穿导流杆12一端的导流室18，导流室18内设置有活塞19，导流室18的末端设置有连接至导流杆12侧面的进液口13和出液口16，进液口13连接液体供应器，进液口13与液体供应器之间设置有第一阀门14；出液口16连接容器21，出液口16与容器21之间设置有第二阀门17；

岩心夹持组件11包括壳体29，壳体29内设置有用于夹持岩心23的第一腔室31，以及用于连接计量组件的第二腔室32，第一腔室31和第二腔室32相连后贯穿壳体29；第一腔室31的内壁上嵌置有温度传感器27和围压施加口30；第一腔室31的直径大于第二腔室32的直径；岩心23的两端均设置有第三密封圈24，围压施加口30贯穿至第二腔室32并位于两个第三密封圈24之间，围压施加口30与外部围压施加装置相连。

动力部件、温度压力传感器、加压装置和温度传感器27分别连接控制器10。

为了使控制器10可以直接读取钻井液的滤失量，对通过容器21获得的滤失量进行校正，提高评价精度，出液口16与容器21之间设置有流量计20，流量计20连接控制器10。

为了便于井盖6的拆卸，釜体2的上端面设置有第一螺栓孔5，井盖6上设置有与第一螺栓孔5对应的第二螺栓孔7，釜体2和井盖6通过螺栓连接。

为了便于使用者观测井4内状态、观测井4内钻井液的流动状态，间接获取搅拌器的转速，便于使用者调节动力部件来调整合适的转速，使钻井液达到预期的剪切速率。釜体2的侧壁上设置有视窗26，视窗26为耐压玻璃。

如图2所示，动力部件包括电动机25和与电动机转轴相连接的磁力连轴器，磁力连轴器设置在釜体2的底部；搅拌器的底部设置有与磁力连轴器相匹配的永磁体；电动机25与控制器10相连接。

为了产生强力磁场来驱动搅拌器，实现通过调节磁场大小和磁场方向来进行驱动和转速调节，相比磁力连轴器提供更大的搅拌扭矩，使得本评价仪能适应更高的模拟要求。动力部件包括设置在釜体2侧壁上的绕阻22，绕阻22外设置有保护罩3；搅拌器的侧面设置有与绕阻22通电所产生磁场相匹配的永磁体；绕阻22与控制器10相连接。

如图3所示，为了对岩心23和岩心23内的钻井液加热，模拟真实井4内的温度环境，提高评价精度。壳体29上设置有电加热丝28，电加热丝28与控制器10相连接。

如图4所示，为了可以灵活选取限位段35的长度，以此适应不同长度的岩心23，提高实用性。导流杆12包括螺纹段34和限位段35；螺纹段34的外表面和第一腔室31的内表面设置有相互匹配的螺纹；限位段35的直径与第二腔室32的直径相同；螺纹段34的直径大于限位段35的直径。

为了防止钻井液进入导流杆12与壳体29之间的缝隙，提高评价精度，同时还为了避免螺纹段34头端与第一腔室31、限位段35头端与岩心23的硬接触，提高评价仪的耐用性。限位段35的前端设置有第一密封圈36；螺纹段34的前端设置有第二密封圈37。

为了避免活塞19运动至进液口13或出液口16处，进而防止活塞19影响导流室18内填充液体，提高本评价仪的使用便利性。导流室18内靠近进液口13或出液口16的那一端设置有挡块33。

在本发明的一个实施例中，本评价仪的使用流程可包括以下步骤：

S1、将岩心23套上第三密封圈24后放入第二腔室32，并使岩心23的端面与井4的内壁齐平；

S2、将导流杆12旋入壳体29内，关闭第二阀门17并打开第一阀门14，使液体供应器内的液体流向导流室18；活塞19与岩心23之间的气体通过岩心23缝隙排出；

S3、将导流室18填充满，使活塞19与岩心23紧贴，将连接到容器21的那一端放置在高于第一阀门14的位置，避免管路中的液体自然流出；

S4、打开第二阀门17，使液体充满第一阀门14至容器21之间的管路；

S5、关闭第一阀门14，将钻井液放入井4内指定位置（高度）处，盖上井盖6，并将温度压力传感器和加压装置接在井盖6对应的孔上；

S6、启动外部围压施加装置向岩心23施加围压；

S7、启动加压装置对井4内加压，并启动动力部件驱动搅拌器，同时通过容器21和流量计20开始记录所接取的液体，直至没有液体流入容器21；

S8、根据容器21和流量计20所记录的液体体积得到钻井液的滤失量并完成钻井液的损害评价。

在使用过程中，使用者还可以通过电加热丝28对岩心23进行加热，通过温度传感器27获取岩心23的温度，通过温度压力传感器获取井4内的温度和压力，通过调节加压装置和动力部件来调整井4内压力和搅拌器的转速。

综上所述，本发明可以避免钻井液滞留在导流室18内，同时可以将填充在岩心23内的钻井液也进行统计，可以极大的提高钻井液滤失量的获取精度，进而提高钻井液的损害评价精度。

Claims (10)

1.一种钻井液动态损害评价仪，其特征在于，包括控制器（10）和支架（1），所述支架（1）上设置有釜体（2），所述釜体（2）的内部设置有用于放置钻井液的井（4），釜体（2）的上端设置有井盖（6），釜体（2）的侧面设置有与井（4）连通的岩心夹持组件（11），所述岩心夹持组件（11）的另一端活动设置有计量组件；所述井（4）内设置有用于搅动钻井液的搅拌器，所述釜体（2）外设置有用于驱动所述搅拌器的动力部件；所述井盖（6）上设置有用于安装温度压力传感器的数据探测孔（8），以及用于安装加压装置的加压孔（9）；

所述计量组件包括导流杆（12），所述导流杆（12）内设置有贯穿导流杆（12）一端的导流室（18），导流室（18）内设置有活塞（19），导流室（18）的末端设置有连接至导流杆（12）侧面的进液口（13）和出液口（16），进液口（13）连接液体供应器，进液口（13）与液体供应器之间设置有第一阀门（14）；出液口（16）连接容器（21），出液口（16）与容器（21）之间设置有第二阀门（17）；

所述岩心夹持组件（11）包括壳体（29），所述壳体（29）内设置有用于夹持岩心（23）的第一腔室（31），以及用于连接计量组件的第二腔室（32），第一腔室（31）和第二腔室（32）相连后贯穿壳体（29）；第一腔室（31）的内壁上嵌置有温度传感器（27）和围压施加口（30）；第一腔室（31）的直径大于第二腔室（32）的直径；岩心（23）的两端均设置有第三密封圈（24），围压施加口（30）贯穿至第二腔室（32）并位于两个第三密封圈（24）之间，围压施加口（30）与外部围压施加装置相连；

所述动力部件、温度压力传感器、加压装置和温度传感器（27）分别连接控制器（10）。

2.根据权利要求1所述的钻井液动态损害评价仪，其特征在于，所述出液口（16）与容器（21）之间设置有流量计（20），流量计（20）连接控制器（10）。

3.根据权利要求1所述的钻井液动态损害评价仪，其特征在于，所述釜体（2）的上端面设置有第一螺栓孔（5），井盖（6）上设置有与第一螺栓孔（5）对应的第二螺栓孔（7），釜体（2）和井盖（6）通过螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的钻井液动态损害评价仪，其特征在于，所述釜体（2）的侧壁上设置有视窗（26），视窗（26）为耐压玻璃。

5.根据权利要求1所述的钻井液动态损害评价仪，其特征在于，所述动力部件包括电动机（25）和与电动机转轴相连接的磁力连轴器，磁力连轴器设置在釜体（2）的底部；所述搅拌器的底部设置有与磁力连轴器相匹配的永磁体；电动机（25）与控制器（10）相连接。

6.根据权利要求1所述的钻井液动态损害评价仪，其特征在于，所述动力部件包括设置在釜体（2）侧壁上的绕阻（22），所述绕阻（22）外设置有保护罩（3）；所述搅拌器的侧面设置有与绕阻（22）通电所产生磁场相匹配的永磁体；所述绕阻（22）与控制器（10）相连接。

7.根据权利要求1所述的钻井液动态损害评价仪，其特征在于，所述壳体（29）上设置有电加热丝（28），电加热丝（28）与控制器（10）相连接。

8.根据权利要求1所述的钻井液动态损害评价仪，其特征在于，所述导流杆（12）包括螺纹段（34）和限位段（35）；所述螺纹段（34）的外表面和第一腔室（31）的内表面设置有相互匹配的螺纹；限位段（35）的直径与第二腔室（32）的直径相同；螺纹段（34）的直径大于限位段（35）的直径。

9.根据权利要求1所述的钻井液动态损害评价仪，其特征在于，所述限位段（35）的前端设置有第一密封圈（36）；螺纹段（34）的前端设置有第二密封圈（37）。

10.根据权利要求1所述的钻井液动态损害评价仪，其特征在于，所述导流室（18）内靠近进液口（13）或出液口（16）的那一端设置有挡块（33）。

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