CN112684109A - 一种高温高压钻井液抑制性评价装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种高温高压钻井液抑制性评价装置，包括主测试部件，控温加压系统、气源、循环加热系统、围压泵、中控系统、计算机、超声波检测仪、安全阀，各部分分别电连接和管路连接，其中主测试部件与控温加压系统依次与气源相连；一种高温高压钻井液抑制性评价装置的使用方法，在前述装置中由气体驱动液体从控温加压系统中进入主测试部件中，并在测试时由围压泵对样品提供准确围压；本发明采用控温加压系统对实验流体预加压后注入膨胀仪，防止了流体出现明显相态变化，消除了流体饱和蒸气压所引入的压力设定误差，提高了评价结果的精确度，外接的围压泵和超声波检测仪可考察样品真实的膨胀状态，同时可通过声波反射情况实时监测岩样的结构变化特性。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探模拟实验技术领域，具体涉及一种高温高压钻井液抑制性评价装置及其使用方法。
背景技术
深井、超深井的钻探技术标志着钻井工艺技术的发展，其中钻井液技术的完善与否密切关系到深井钻探的成败。由于地温梯度和地层压力梯度的存在，井愈深，温度越高、压力越大，钻井液在高温下很可能失去其原有性能，这对钻井液处理剂提出了更高的要求，也为在高温高压条件下研究钻井液抑制剂提出了挑战。
井壁失稳一直是岩样气藏钻井工程中的技术难题，其诱因为岩样水化膨胀和分散，因此，必须提高钻井液的抑制性，最大限度地降低井下复杂情况的发生率，这就需要石油开采中的重要监测仪器-膨胀仪发挥效用。
目前，钻井液用抑制剂评价装置多为接触式膨胀仪，为了全面地考察模拟复杂地层条件下钻井液的抑制性能，越来越多的同类装置中引入了耐高温高压的相关设计，因此在高温高压条件下对的钻井液抑制性的评价中也多有应用；而在此类设计中，向系统中引入高温高压条件的方法多为直接向其中注入高温实验流体，当密闭容器中流体处于高温状态时，其自身的饱和蒸气压将对容器内的压力产生影响，而对于钻井液抑制性能评价装置所具有的有限密封空间，流体在高温状态下产生的饱和蒸气压将使实验设定压力发生不可忽略的变化，使得目标压力发生偏离，影响测定的准确度；同时，不同特性的流体在接触样品时也将产生不同的样品膨胀结果，如不同温度、浓度的流体所引起的样品膨胀情况也不尽相同，而一般的膨胀仪多采用注入液体后再在承压设备中对其进行升温加热，因而会存在常温流体提前接触岩样，常温流体接触高温容器瞬间蒸发引发浓度变化等问题，使其与高温流体引发的岩样膨胀之间出现误差。
另一方面，岩样受液体影响的膨胀过程中，岩样内部的状况是处于不断变化的，如能够对膨胀中岩样本身结构的变化过程进行收集和研究，则可以进一步研究评价钻井液对于岩样的适配情况，以更好地确定钻井液所需的抑制剂，而目前的同类膨胀仪中未见此类功能的有效应用。
发明内容
鉴于此，本发明目的在于提供一种高温高压钻井液抑制性评价装置及其使用方法，可模拟原地应力条件，室内评价岩样的水化膨胀特性，优选出钻井液用抑制剂，改善钻井液性能，并解决现有同类装置中流体与环境温差较大导致的蒸气压误差和流体状态变化等问题，同时对膨胀评价过程中的样品结构变化进行详细考察。
本发明提供的技术方案是，提供一种高温高压钻井液抑制性评价装置：
包括主测试部件、气源、循环加热系统、中控系统和计算机，主测试部件与气源管路连接，循环加热系统中加热介质管路循环延伸至主测试部件中，主测试部件与中控系统和计算机依次电连接，主测试部件外部还分别设置有控温加压系统、围压泵、超声波检测仪、安全阀，主测试部件与围压泵管路连接；超声波检测仪探头内置于主测试部件中；控温加压系统设置在主测试部件和气源之间的管路上，并与中控系统电连接；安全阀设置在控温加压系统与主测试部件之间的连接管路上；所述主测试部件包括承压杯、承压支架、测量杆、岩样杯壳和千分表；所述承压杯内部包括上部的主腔体和底部的升温腔，主腔体与升温腔之间设置有阶梯型的内环凸起，内环凸起上放置有由岩样杯壳和岩样杯盖的组成岩样杯，样品块设置在岩样杯底部的岩样杯盖上；所述承压支架经法兰固定在在承压杯上方，两法兰之间设置有密封圈，承压支架顶部设置有支撑座，固定器设置在支撑座下部，千分表穿过支撑座与固定器内部滑动连接的传动块接触；所述测量杆垂直穿过固定在承压支架法兰上方座体上的活动密封块伸入承压杯内部，测量杆底部与样品块上方的膨胀活塞卡接，测量杆顶部与固定器内部的传动块接触。
进一步的，所述承压杯上分别设置有穿过杯壁的围压头、测温探头、出液阀、进液阀，围压头、测温探头、出液阀均设置在承压杯上部的主腔体中，进液阀设置在承压杯底部的升温腔中。
进一步的，所述岩样杯内壁上套设有内衬钢丝的围压囊，围压囊穿过岩样杯壳经围压囊接头与围压头可拆卸连接，围压头在承压杯外部经管路与围压泵连接。
进一步的，所述测量杆上方阻尼连接有可伸缩的支撑杆，支撑杆与测量杆的连接处设置有紧固头；测量杆内部还同轴设置有超声波探头，超声波探头穿过膨胀活塞与样品块接触，并通过测量杆表面的固定块与外部的超声波检测仪电连接。
进一步的，所述承压支架上设置有进气阀，进气阀经穿过承压支架的输气管与承压支架的法兰接合面连通。
进一步的，所述升温腔内部设置有可拆卸地穿过承压杯壁，并与循环加热系统连接的升温管路。
进一步的，所述内环凸起上设置有连通主腔体和升温腔之间的连通孔。
进一步的，所述控温加压系统内部分别设置有气室、液体室、缓冲室，气室与气源连接，并与液体室经设置有气路阀的管路连接，连接管路上还设置有气压表；液体室与缓冲室经设置有压力开关的管路连接，并通过液体阀连通外部；缓冲室经设置有压力开关的管路与主测试部件的进液阀连通；气室、液体室、缓冲室内部还分别设置有与循环加热系统连通的加热管路。
进一步的，控温加压系统上还设置有温度压力控制组件，温度压力控制组件分别与气室、液体室、缓冲室内部设置的热电偶电连接，并与中控系统组成电连接。
本发明中一种高温高压钻井液抑制性评价装置的使用方法，其步骤包括：
1)将岩样杯盖旋紧于岩样杯壳底部组成岩样杯，并使用测量工具测得岩样杯深度，依实验需求制备获得岩样，如岩粉压制岩样或直接从岩心钻取岩样，并将制得的岩样装入岩样杯中，使用测量工具再次测得装有样品后的岩样杯深度，结合岩样杯深度计算出岩样长度；
2)将装有岩样的岩样杯装入承压杯中，置于内环凸起上，在岩样上放置膨胀活塞，之后将测量杆底部穿过活动密封块卡设在膨胀活塞中，并将围压泵连接至承压杯内部，在承压杯的法兰上设置密封圈，将承压杯的法兰与承压支架的法兰固定连接；
3)将活动密封块在承压支架法兰上方的底座上固定完毕后，调整测量杆顶部，使其与固定器内部的传动块下部接触并固定，同时将千分表固定至支撑座上，使其探测杆与传动块上部接触并固定；
4)之后将气源、控温加压系统、安全阀与承压杯内部依次管路连接，气源与承压支架上的阀门管路连接，并将循环加热系统中的加热介质循环管路分别延伸至承压杯和控温加压系统中，同时将控温加压系统、承压杯分别与中控系统电连接，千分表和中控系统分别与计算机电连接，将超声波检测仪探头连接至测量杆中，从而完成整体装置的构造；
5)完成密封性检查后，开启气源向主测试部件内部注气至实验要求压力，向控温加压系统中注入测试用液体和气体，保证气体压力高于注入主测试部件内部的气体压力，并启动循环加热系统对主测试部件和控温加压系统中的气体和液体进行加热，使其达到实验要求的测试温度，之后启动围压泵向待测样品提供实验要求的围压；
6)待主测试部件与控温加压系统内部温度压力稳定之后，启动超声波检测仪，对承压杯内部样品的状态进行声波监测；
7)之后开启主测试部件上的液体进口和控温加压系统内部的气液管路开关，利用控温加压系统与主测试部件之间的气压差，将液体压入主测试部件，当承压杯内部压力升至实验目标压力时即关闭相关管路开关停止注液；
8)根据千分表读数变化和超声波检测仪监测结果，将样品在实验温度和压力条件下的岩样膨胀量实时反映至中控系统和计算机上，并根据岩样长度计算出膨胀率，同时监测考察样品膨胀过程中内部的具体结构变化情况。
本发明起到的技术效果是：
1、采用控温加压系统在实验温度对实验流体预加压后注入膨胀仪的方式，考虑了气体膨胀效应和实验温度下实验流体的饱和蒸汽压，消除了流体在高温下的饱和蒸气压所引入的压力设定误差，避免了膨胀仪内部压力受高温流体饱和蒸气压影响，使样品的评价结果更为精确。
2、控温加压系统对流体预加热后再注入膨胀仪，相比于常规膨胀仪将流体注入后再加热，可有效减少常温流体提前接触岩样导致的温度变化误差。
3、通过对流体提前加热和施加高于其饱和蒸气压的压力，有效地抑制了在温度变化过程中实验流体的相态变化，避免常温流体直接接触高温杯壁瞬间蒸发导致流体浓度变化所引起的实验条件改变。
4、主测试部件安装有外接围压泵和超声波检测仪，一方面可根据真实地层情况，自由模拟原始地层压力下的岩样所受围压影响，考察样品在围压状态下的膨胀状态；另一方面可根据声波反射情况实时监测实验流体接触岩样至流体渗入岩样过程，以及后续膨胀过程中，岩样的孔隙结构变化特性。
5、采用O形圈密封，具备高耐磨性、耐温性及耐压性，密封性能良好。
6、所有温度、压力和岩样变化数据均通过中控系统与计算机处理分析，自动化与精确程度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明中主测试部件的结构示意图；
图3是本发明中控温加压系统的结构示意图；
图4是图2中A处放大图；
图5是图2中B处放大图；
图中1主测试部件，2控温加压系统，3气源，4循环加热系统，5围压泵，6中控系统，7计算机，8超声波检测仪，9安全阀，101承压杯，102承压支架，103支撑座，104千分表，105固定器，106传动块，107进气阀，108输气管，109支撑杆，110测量杆，111超声波探头，112紧固头，113固定块，114密封块，115密封圈，116岩样杯壳，117岩样杯盖，118围压囊，119膨胀活塞，120样品块，121围压囊接头，122围压头，123测温探头，124出液阀，125进液阀，126升温腔，127升温管路，128连通孔，201气室，202液体室，203缓冲室，204温度压力控制组件，205热电偶，206液体阀，207气压表，208气路阀，209压力开关，210加热管路。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
实施例：
参见图1至图5，一种高温高压钻井液抑制性评价装置：
主测试部件1与气源3管路连接，循环加热系统4中加热介质管路循环延伸至主测试部件1中，主测试部件1与中控系统6和计算机7依次电连接，因而主测试部件1中的相关测试数据会被直接传回中控系统6和计算机7中，便于处理和分析测试结果；主测试部件1外部还分别设置有控温加压系统2、围压泵5、超声波检测仪8、安全阀9，主测试部件1与围压泵5管路连接，超声波检测仪8探头内置于主测试部件1中，由此可对主测试部件1在实验所需的围压、温度、压力条件下对岩样进行膨胀测试，并由超声波检测仪8测试获得主测试部件1中岩样在膨胀过程中的内部结构变化情况。
控温加压系统2设置在主测试部件1和气源3之间的管路上，并与中控系统6电连接，其内部温度和压力情况可经导线反馈至中控系统6上；安全阀9设置在控温加压系统2与主测试部件1之间的连接管路上，使得控温加压系统2中的高温高压流体或气体经管路输送至主测试部件1中时获得压力安全范围，确保管道和设备的安全；
主腔体与升温腔126之间设置有阶梯型的内环凸起，阶梯状的内环凸起将形成放置岩样杯的托架结构，即岩样杯可以被很稳固地放置在带有边缘的阶梯结构上，保证测试的稳定进行；
内环凸起上放置有由岩样杯壳116和岩样杯盖117的螺纹旋接组成的岩样杯，岩样杯盖117上分布有滤孔，样品块120设置在岩样杯底部的岩样杯盖117上，岩样杯盖117实际设置在岩样杯壳116的底部，起到的作用是托举样品块120，岩样杯壳116与岩样杯盖117螺纹旋接便于实验结束后的拆卸清洗，而岩样杯盖117上的滤孔则是使得岩样杯通过压制法制作样品块120时可以有效排出样品块120中的液体；
承压支架102经法兰固定在在承压杯101上方，承压支架102为上部支架与底部法兰构成的整体，其底部法兰与承压杯101上部的法兰结合即可以实现两部分的固定连接；两法兰之间设置有密封圈115，密封圈115底部与岩样杯顶部接触，一方面密封圈115在法兰之间的起到了密封的作用，另一方面密封圈115也能够对岩样杯进行挤压固定，保证岩样杯的放置稳定性；
承压支架102顶部设置有支撑座103，固定器105设置在支撑座103下部，千分表104穿过支撑座103与固定器105内部滑动连接的传动块106接触，支撑座103用于固定其下部的固定器105和其上部的千分表104，并为千分表104提供与测量杆110构成接触的传动块106；
测量杆110垂直穿过固定在承压支架102法兰上方座体上的活动密封块114伸入承压杯101内部，活动密封块114与承压支架102之间为螺纹旋接，在保证密封性的情况下，便于装置后续实验装置拆卸，测量杆110底部与样品块120上方的膨胀活塞119卡接，样品块120的轴向位移则可以通过与测量杆110稳定连接的膨胀活塞119向测量杆110传递；
测量杆110顶部与固定器105内部的传动块106接触，使得支撑杆109的轴向位移可以经过传动块106传递至千分表104上，并由千分表104反映得出，由于支撑杆109顶部和千分表104探头均为长条状，不便于接触，使用面积较大的传动块106进行间接接触可以提高支撑杆109轴向位移向千分表104的传递效果。
承压杯101上分别设置有穿过杯壁的围压头122、测温探头123、出液阀124、进液阀125，围压头122、测温探头123、出液阀124均设置在承压杯101上部的主腔体中，进液阀125设置在承压杯101底部的升温腔126中，围压头122用于连接外部围压泵5和承压杯101内部；测温探头123直接与中控系统6电连接，用于将承压杯101内部的温度实时反应至中控系统6和计算机7中；出液阀124设置在承压杯101的上部，连接主腔体和排液外部管路，便于排出液体；进液阀125连接升温腔126和控温加压系统2，使得由控温加压系统2中输送过来的液体可以直接在升温腔126中补充热量，便于保持实验流体的温度，尽可能地避免温度变化带来的误差。
岩样杯内壁上套设有内衬钢丝的围压囊118，围压囊118穿过岩样杯壳116经围压囊接头121与围压头122可拆卸连接，围压头122在承压杯101外部经管路与围压泵5连接，围压囊118套设在岩样杯壳116内表面，因此围压囊118将与样品块120直接接触，并由于围压囊118与外部围压泵5连接，当外部围压泵5向围压囊118中注压时，就会对样品块120产生环绕四周的径向围压，以此模拟样品块120在地下实际情况中会受到围压的状况；而围压囊118与围压头122可拆卸连接，则使得围压囊118可随岩样杯壳116移动；围压囊118中的内埋的钢丝则会对围压囊118起到塑形支撑的作用，使其以筒状结构很好的贴合在岩样杯壳116内表面，当未添加围压时，钢丝的存在使得围压囊118可以保持其圆筒结构，不至于被样品块120压扁导致可能的无法膨胀，同时也可以避免围压囊118因为无支撑而从岩样杯壳116内壁上脱落，而当围压囊118内部添加围压时，对样品块120起挤压作用的则是围压泵5提供的围压液，钢丝也并不会影响样品块120所受围压的状态。
测量杆110上方阻尼连接有可伸缩的支撑杆109，支撑杆109与测量杆110的连接处设置有紧固头112，支撑杆109与测量杆110阻尼连接，则可将支撑杆109收缩至测量杆110中，并根据传动块106的位置确定测量杆110中支撑杆109所需的伸缩长度，确定完长度后，通过转动紧固头112使得支撑杆109的位置被固定，从而实现将样品块120的轴向位移量准确传递至千分表104中；
测量杆110内部还同轴设置有超声波探头111，超声波探头111穿过膨胀活塞119与样品块120接触，并通过测量杆110表面的固定块113与外部的超声波检测仪8电连接，测量杆110内部为中空，其固定块113以上的部分容纳有支撑杆109，而下部则容纳有超声波探头111，固定块113设置在测量杆110表面，连通测量杆110的中空内部和外界，并可以对超声波探头111进行固定，使得超声波探头111可以随测量杆110稳定地与样品块120表面接触，并将对样品块120进行的超声波检测结果传递至超声波检测仪8中。
承压支架102上设置有进气阀107，进气阀107经穿过承压支架102的输气管108与承压支架102的法兰接合面连通，进气阀107与气源3连接，气体经输气管108输送至承压杯101和承压支架102组成的密闭空间中，为膨胀实验预先提供所需的气压。
升温腔126内部设置有可拆卸地穿过承压杯101壁，并与循环加热系统4连接的升温管路127，升温管路127与循环加热系统4连接，从而由循环加热系统4对承压杯101内部进行加热，升温管路127以可拆卸连接的形式固定在承压杯101上，便于承压杯101的自由使用。
内环凸起上设置有连通主腔体和升温腔126之间的连通孔128，当岩样杯置于内环凸起上时，升温腔126与主腔体将被岩样杯和内环凸起分隔为两部分，故在内环凸起上设置连通孔128，承压杯101中的液体可以任意流动。
控温加压系统2内部分别设置有气室201、液体室202、缓冲室203，气室201与气源3连接，并与液体室202经设置有气路阀208的管路连接，连接管路上还设置有气压表207；液体室202与缓冲室203经设置有压力开关209的管路连接，并通过液体阀206连通外部；缓冲室203经设置有压力开关209的管路与主测试部件1的进液阀125连通；气室201、液体室202、缓冲室203内部还分别设置有与循环加热系统4连通的加热管路210，当气路阀208关闭时，气室201可用于暂时储存气源3引入控温加压系统2中的气体，待其被加热管路210加热到实验设置的温度之后，即可开启气路阀208向液体室202中注入加热气体，气体压力由气压表207测试并传递至温度压力控制组件204中，整合之后与其它数据一并传递至中控系统6中；液体室202则由液体阀206向其中注入用于膨胀实验的流体，并在液体室202内部加热至实验所需温度，在开启气路阀208之前需关闭液体阀206，而后开启气路阀208，将温度与流体相同的气体经气室201注入液体室202中，使得膨胀实验流体上方存在带有压力大于流体饱和蒸气压的气体，抑制流体自身由液态到气态的变化，从而使得流体被直接注入承压杯101中时自身的饱和蒸气压对承压杯101和承压支架102组成的这一有限密封空间中的压力造成的不可忽略的影响被抵消，且保证流体自身的浓度不变，确保实验条件的稳定；缓冲室203的作用是提供气体与液体均匀分配的空间，气体直接由气室201进入液体室202中时，气体与液体界面分布受气体冲击影响并不均匀，将使得液体表面压力出现较大波动，经过缓冲室203的分配之后，气液两相之间将出现较均匀的分界面，更容易控制液体表面的压力分布；另外，液体室202、缓冲室203、承压杯101之间的管路上均设置有压力开关209，可确保气体对液体所提供的压力能够达到所需压力时液体才能够被送入承压杯101中。
控温加压系统2上还设置有温度压力控制组件204，温度压力控制组件204分别与气室201、液体室202、缓冲室203内部设置的热电偶205电连接，并与中控系统6组成电连接，热电偶205将自动采集气室201、液体室202、缓冲室203中的温度变化情况，并传输至温度压力控制组件204中，在温度压力控制组件204中与压力等数据整合之后，一并传递至中控系统6中，便于实验人员掌握和调整操作，有效地提高了实验的自动化程度和精度。
本实施例中，发明的使用步骤是：
(1)将岩样杯盖117旋紧于岩样杯壳116底部组成岩样杯，再装入适配带有孔洞的锡纸与滤网贴实。
(2)用游标卡尺测量岩样杯深度H0后，将样品装入岩样杯内，摇晃使样品端面平整并在其表面覆上一张带孔洞的锡纸。
(3)将压膜杆置于岩样杯内与样品接触，采用压力机以4MPa压力压制样品，持续压制5min，而后取出压膜杆，用游标卡尺测量样品块120顶端的深度H1，计算得出岩样长度H2＝H0-H1。
(4)将岩样杯装入承压杯101内部，置于内环凸起上，紧接着依次将膨胀活塞119放入岩样杯内的样品块120上方，与带孔洞的锡纸接触，之后将内部夹设超声波探头111的测量杆110穿过密封块114，底部卡设于膨胀活塞119中；之后将围压泵5连接至承压杯101内部，将围压囊121接头与承压杯101壁上的围压头122扣接；而后在承压杯101上部安装密封圈115，使密封圈115与岩样杯顶部接触。
(5)在承压杯101上部安装承压支架102，稳定夹持密封圈115，并将两者经法兰螺栓连接；在承压杯101底部升温腔126中连接安装循环加热系统4的升温管路127，之后移动测量杆110上方的支撑杆109与固定器105中的传动块106底部接触，保证其与膨胀活塞119位于同一垂线上，并固定紧固头112使整个测量杆110与支撑杆109的位置固定，同时将密封块114螺纹旋接安装在承压支架102上的支座上，实现承压杯内的密封。
(6)将千分表支撑座固定于支撑座103上方，将其探针调整至与传动块106顶部垂直接触，记录此时千分表读数H3即岩样的初始状态读数。
(7)之后将气源3、控温加压系统2、安全阀9与承压杯101内部依次管路连接，气源3与承压支架102上的阀门管路连接，并将循环加热系统4中的加热介质循环管路延伸至控温加压系统2中，同时将控温加压系统2、承压杯101分别与中控系统6电连接，千分表4和中控系统6分别与计算机7电连接；将超声波检测仪8与超声波探头111稳定连接。
(8)完成装置基本构造后，经液体阀206向控温加压系统2内加入体积为L0的液体，L0小于液体室202与承压杯101的内部体积。
(9)关闭主测试部件1的进液阀125、出液阀124并打开其进气阀107，关闭控温加压系统2的中的液体阀206，开启循环加热系统4并实时监测系统温度，通过循环加热将承压杯101及控温加压系统2的温度同步升至T0，且T0在300℃以下。
(10)采用气源3经进气阀107向承压杯101中加压至P1，使P1>P0，避免流体进入承压杯101中后因相态变化引起自身浓度变化，P0是在T0温度下的控温加压系统2中液体的饱和蒸汽压，关闭进气阀107；通过围压泵5对围压囊121加压Pf，使其对样品块施加径向压力Pf，根据油温变化实时调控油压大小至轴向压力恒定。
(11)采用气源3向控温加压系统2中加压至P2，对于P2，满足P2在26MPa以下，同时有P2>P1>P0，以此保持控温加压系统内流体相态稳定。
(12)待承压杯101、控温加压系统2内部压力、温度稳定后，启动超声波检测仪8。
(13)打开承压杯进液口，利用压差P2-P1将温度为T0的液体压入承压杯101，待承压杯101内压力升高至目标压力P3时，此时的目标压力P3满足P2>P3>P1>P0，之后关闭承压杯进液阀125。
(14)根据各个监测装置、中控系统6、计算机7及软件，实时监测目标温度T0、装置内的压力P3、样品块120在膨胀过程中的内部结构变化和目标压力P3条件下的岩样膨胀量。
(15)实验结束，记录千分表读数H4，关闭循环加热系统4，打开进气阀107，卸除附加压力，待装置自然冷却后，拆卸装置，岩样最终线性膨胀量为H5＝H4-H3，岩样最终线性膨胀率为H5/H2。
在本发明的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所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，不能理解为对本发明的限制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高温高压钻井液抑制性评价装置，包括主测试部件(1)、气源(3)、循环加热系统(4)、中控系统(6)和计算机(7)，主测试部件(1)与气源(3)管路连接，循环加热系统(4)中加热介质管路循环延伸至主测试部件(1)中，主测试部件(1)与中控系统(6)和计算机(7)依次电连接，其特征在于，主测试部件(1)外部还分别设置有控温加压系统(2)、围压泵(5)、超声波检测仪(8)、安全阀(9)，主测试部件(1)与围压泵(5)管路连接；超声波检测仪(8)探头内置于主测试部件(1)中；控温加压系统(2)设置在主测试部件(1)和气源(3)之间的管路上，并与中控系统(6)电连接；安全阀(9)设置在控温加压系统(2)与主测试部件(1)之间的连接管路上；
所述主测试部件(1)包括承压杯(101)、承压支架(102)、测量杆(110)、岩样杯壳(116)和千分表(104)；
所述承压杯(101)内部包括上部的主腔体和底部的升温腔(126)，主腔体与升温腔(126)之间设置有阶梯型的内环凸起，内环凸起上放置有由岩样杯壳(116)和岩样杯盖(117)的组成岩样杯，样品块(120)设置在岩样杯底部的岩样杯盖(117)上；
所述承压支架(102)经法兰固定在在承压杯(101)上方，两法兰之间设置有密封圈(115)，承压支架(102)顶部设置有支撑座(103)，固定器(105)设置在支撑座(103)下部，千分表(104)穿过支撑座(103)与固定器(105)内部滑动连接的传动块(106)接触；
所述测量杆(110)垂直穿过固定在承压支架(102)法兰上方座体上的活动密封块(114)伸入承压杯(101)内部，测量杆(110)底部与样品块(120)上方的膨胀活塞(119)卡接，测量杆(110)顶部与固定器(105)内部的传动块(106)接触。
2.如权利要求1所述的一种高温高压钻井液抑制性评价装置，其特征在于：所述承压杯(101)上分别设置有穿过杯壁的围压头(122)、测温探头(123)、出液阀(124)、进液阀(125)，围压头(122)、测温探头(123)、出液阀(124)均设置在承压杯(101)上部的主腔体中，进液阀(125)设置在承压杯(101)底部的升温腔(126)中。
3.如权利要求2所述的一种高温高压钻井液抑制性评价装置，其特征在于：所述岩样杯内壁上套设有内衬钢丝的围压囊(118)，围压囊(118)穿过岩样杯壳(116)经围压囊接头(121)与围压头(122)可拆卸连接，围压头(122)在承压杯(101)外部经管路与围压泵(5)连接。
4.如权利要求3所述的一种高温高压钻井液抑制性评价装置，其特征在于：所述测量杆(110)上方阻尼连接有可伸缩的支撑杆(109)，支撑杆(109)与测量杆(110)的连接处设置有紧固头(112)；测量杆(110)内部还同轴设置有超声波探头(111)，超声波探头(111)穿过膨胀活塞(119)与样品块(120)接触，并通过测量杆(110)表面的固定块(113)与外部的超声波检测仪(8)电连接。
5.如权利要求4所述的一种高温高压钻井液抑制性评价装置，其特征在于：所述承压支架(102)上设置有进气阀(107)，进气阀(107)经穿过承压支架(102)的输气管(108)与承压支架(102)的法兰接合面连通。
6.如权利要求5所述的一种高温高压钻井液抑制性评价装置，其特征在于：所述升温腔(126)内部设置有与循环加热系统(4)连接的升温管路(127)，升温管路(127)可拆卸地穿过承压杯(101)壁。
7.如权利要求6所述的一种高温高压钻井液抑制性评价装置，其特征在于：所述内环凸起上设置有连通主腔体和升温腔(126)之间的连通孔(128)。
8.如权利要求7所述的一种高温高压钻井液抑制性评价装置，其特征在于：所述控温加压系统(2)内部分别设置有气室(201)、液体室(202)、缓冲室(203)，气室(201)与气源(3)连接，并与液体室(202)经设置有气路阀(208)的管路连接，连接管路上还设置有气压表(207)；液体室(202)与缓冲室(203)经设置有压力开关(209)的管路连接，并通过液体阀(206)连通外部；缓冲室(203)经设置有压力开关(209)的管路与主测试部件(1)的进液阀(125)连通；气室(201)、液体室(202)、缓冲室(203)内部还分别设置有与循环加热系统(4)连通的加热管路(210)。
9.如权利要求8所述的一种高温高压钻井液抑制性评价装置，其特征在于：控温加压系统(2)上还设置有温度压力控制组件(204)，温度压力控制组件(204)分别与气室(201)、液体室(202)、缓冲室(203)内部设置的热电偶(205)电连接，并与中控系统(6)组成电连接。
10.如权利要求1-9中任一所述的一种高温高压钻井液抑制性评价装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将岩样杯盖(117)旋紧于岩样杯壳(116)底部组成岩样杯，并使用测量工具测得岩样杯深度，之后依实验需求制备岩样，并将岩样置于岩样杯中，使用测量工具再次测得装有样品后的岩样杯深度，结合岩样杯深度计算出岩样长度；
2)将装有岩样的岩样杯装入承压杯(101)中，置于内环凸起上，在岩样上放置膨胀活塞(119)，之后将测量杆(110)底部穿过活动密封块(114)卡设在膨胀活塞(119)中，并将围压泵(5)连接至承压杯(101)内部，在承压杯(101)的法兰上设置密封圈(115)，最后将承压杯(101)的法兰与承压支架(102)的法兰固定连接；
3)将活动密封块(114)在承压支架(102)法兰上方的底座上固定完毕后，调整测量杆(110)顶部，使其与固定器(105)内部的传动块(106)下部接触并固定，同时将千分表(104)固定至支撑座(103)上，使其探测杆与传动块(106)上部接触并固定；
4)之后将气源(3)、控温加压系统(2)、安全阀(9)与承压杯(101)内部依次管路连接，气源(3)与承压支架(102)上的阀门管路连接，并将循环加热系统(4)中的加热介质循环管路分别延伸至承压杯(101)和控温加压系统(2)中，同时将控温加压系统(2)、承压杯(101)分别与中控系统(6)电连接，千分表(104)和中控系统(6)分别与计算机(7)电连接，将超声波检测仪(8)探头连接至测量杆(110)中，从而完成整体装置的构造；
5)完成密封性检查后，开启气源(3)向主测试部件(1)内部注气至实验要求压力，向控温加压系统(2)中注入测试用液体和气体，保证气体压力高于注入主测试部件(1)内部的气体压力，并启动循环加热系统(4)对主测试部件(1)和控温加压系统(2)中的气体和液体进行加热，使其达到实验要求的测试温度，之后启动围压泵(5)向待测样品提供实验要求的围压；
6)待主测试部件(1)与控温加压系统(2)内部温度压力稳定之后，启动超声波检测仪(8)，对承压杯(101)内部样品的状态进行声波监测；
7)之后开启主测试部件(1)上的液体进口和控温加压系统(2)内部的气液管路开关，利用控温加压系统(2)与主测试部件(1)之间的气压差，将液体压入主测试部件(1)，当承压杯(101)内部压力升至实验目标压力时即关闭相关管路开关停止注液；
8)根据千分表(4)读数变化和超声波检测仪(8)监测结果，将样品在实验温度和压力条件下的岩样膨胀量实时反映至中控系统(6)和计算机(7)上，根据岩样长度计算出膨胀率，同时监测样品膨胀过程中内部的具体结构变化情况。
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