CN112986074A - 钻井液沉降稳定性测试系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种钻井液沉降稳定性测试系统，属于钻井技术领域。系统包括：样品舱、加热套、隔热套、X射线发射部、X射线接收部、压力控制部、温度控制部以及终端；样品舱内用于盛装钻井液，样品舱套设在加热套内，加热套外设置有隔热套；X射线发射部设置在样品舱的第一端，X射线接收部设置在样品舱与第一端相对的第二端；压力控制部与样品舱连接，压力控制部用于为样品舱内的钻井液施加压力，温度控制部与加热套连接，温度控制部用于控制加热套的温度；X射线接收部与终端连接，终端用于存储和处理X射线接收部发出的信号。本申请实施例提供的系统安装维护简易，在线连续监测，测试的数据精确度高，实用性强。

Description

钻井液沉降稳定性测试系统

技术领域

本申请涉及钻井技术领域，特别涉及一种钻井液沉降稳定性测试系统。

背景技术

随着深井、超深井钻井技术发展，钻井过程中遇到的高温高压地层不断增加，钻井作业中采用高密度钻井液施工的情况越来越多，高密度钻井液中含有大量的固相加重材料。在高温高压条件下，钻井液中的化工材料容易失效，导致钻井液性能变差，从而导致钻井液固相颗粒沉降堵塞钻头水眼；同时因沉降导致钻井液实际密度降低，进而导致井壁失稳，缩小井径，增大摩阻，甚至可能淤埋井眼或钻具；在完井试油工作中，如钻井液发生固相沉降，会导致射孔枪或完井工具下放不到位、封隔器座封不成功等诸多井下复杂情况，因此检测高温高压条件下钻井液的沉降稳定性具有非常重要的意义。

相关技术中将钻井液倒入金属老化罐中，静止恒温老化一段时间后，倒出不同层位的钻井液，分别称量在不同层位获取的钻井液的密度，通过比较不同层位钻井液的密度来评价钻井液的沉降稳定性。

然而，在获取不同层位钻井液时需要将金属老化罐倾斜，倾倒过程造成扰动会影响钻井液的沉降分层状态，倒出的钻井液不完全是拟取层位的钻井液，从而影响测定的准确性。

申请内容

本申请实施例提供了一种钻井液沉降稳定性测试系统，可以解决相关技术中在获取不同层位钻井液时需要将金属老化罐倾斜，倾倒过程造成扰动会影响钻井液的沉降分层状态，倒出的钻井液不完全是拟取层位的钻井液，从而影响测定的准确性的问题。所述技术方案如下：

一种钻井液沉降稳定性测试系统，所述系统包括：样品舱、加热套、隔热套、X射线发射部、X射线接收部、压力控制部、温度控制部以及终端；

所述样品舱内用于盛装钻井液，所述样品舱套设在所述加热套内，所述加热套外设置有隔热套；

所述X射线发射部设置在所述样品舱的第一端，所述X射线接收部设置在所述样品舱与所述第一端相对的第二端；

所述压力控制部与所述样品舱连接，所述压力控制部用于为所述样品舱内的钻井液施加压力，所述温度控制部与所述加热套连接，所述温度控制部用于控制所述加热套的温度；

所述X射线接收部与所述终端连接，所述终端用于存储和处理所述X射线接收部发出的信号。

可选地，所述加热套与所述隔热套上均设置有第一开口槽与第二开口槽，所述第一开口槽与所述X射线发射部相对，所述第二开口槽与所述X射线接收部相对，所述第一开口槽和所述第二开口槽用于使X射线穿过所述样品舱。

可选地，所述压力控制部包括：液压泵、压力表、液压管以及活塞；

所述活塞位于所述样品舱内，且位于所述钻井液上方，所述液压管一端与所述液压泵连接，另一端深入所述样品舱内且位于所述活塞上方，所述压力表与所述液压泵连接。

可选地，温度控制部包括：温度计以及温度控制器；

所述温度控制器与所述加热套连接，所述温度控制器用于控制所述加热套加热的温度；

所述温度计与所述样品舱连接，所述温度计用于显示所述样品舱内的温度。

可选地，所述样品舱上端舱沿设置有插孔，所述插孔用于放置所述温度计。

可选地，所述样品舱外壁与所述加热套内壁具有参考间隙，所述间隙用于方便所述样品舱的放入和取出。

可选地，所述系统还包括：移动台架，所述样品舱、所述加热套、所述隔热套、所述X射线发射部、所述X射线接收部以及所述温度控制部均放置在所述移动台架上，所述移动台架可在地面移动。

可选地，所述移动台架包括：水平台与滚轮，所述滚轮设置在所述水平台底部，所述滚轮用于沿地面移动，所述样品舱、所述加热套、所述隔热套、所述X射线发射部、所述X射线接收部以及所述温度控制部均放置在所述水平台上。

可选地，所述系统还包括密封盖，所述密封盖用于盖在所述样品舱上，所述液压管穿过所述密封盖位于所述活塞上。

可选地，所述液压泵为便携式液压泵。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

采用本申请实施例提供的系统，测试的数据精确度高，实用性强。相比相关技术的测试，本申请提供的系统可以模拟钻井施工过程中的高压和高温环境，使得测试数据更准确更系统，灵敏度更高，测试过程中不直接接触钻井液，不会破坏钻井液的连续沉降过程，无需更换钻井液样品可连续在线检测。大幅提高数据准确性和对比性，同时显著减少实验次数，显著提高工作效率和技术经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1是本申请实施例提供的钻井液沉降稳定性测试系统结构示意图。

附图标记分别表示：

1-样品舱，2-加热套，3-隔热套，4-X射线发射部，5-X射线接收部，6-压力控制部，61-液压泵，62-压力表，63-液压管，64-活塞，7-温度控制部，71-温度计，72-温度控制器，8-终端，9-移动台架。

具体实施方式

除非另有定义，本申请实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

相关技术中将钻井液倒入金属老化罐中，静止恒温老化一段时间后，倒出不同层位的钻井液，分别称量在不同层位获取的钻井液的密度，通过比较不同层位钻井液的密度来评价钻井液的沉降稳定性。然而，在获取不同层位钻井液时需要将金属老化罐倾斜，倾倒过程造成扰动会影响钻井液的沉降分层状态，倒出的钻井液不完全是拟取层位的钻井液，从而影响测定的准确性。

针对现有技术存在的问题，本申请实施例提供一种钻井液沉降稳定性测试系统，采用X射线测量密度的方法测量钻井液在高温高压条件下的密度变化情况，通过该系统无需接触钻井液，测量过程不会破坏钻井液的连续沉降过程，可长时间在线连续监测，一次实验可获得多组数据，测量样品舱1内钻井液的径向剖面连续密度分布值，准确测量出样品舱内不同层位的钻井液密度，绘制钻井液密度随时间的变化曲线，进而判断钻井液在高温高压条件下的沉降稳定性。

如图1所示，本申请实施例提供的一种钻井液沉降稳定性测试系统包括：样品舱1、加热套2、隔热套3、X射线发射部4、X射线接收部5、压力控制部6、温度控制部7以及终端8，样品舱1内用于盛装钻井液，样品舱1套设在加热套2内，加热套2外设置有隔热套3；X射线发射部4设置在样品舱1的第一端，X射线接收部5设置在样品舱1与第一端相对的第二端；压力控制部6与样品舱1连接，压力控制部6用于为样品舱1内的钻井液施加压力，温度控制部7与加热套2连接，温度控制部7用于控制加热套2的温度；X射线接收部5与终端8连接，终端8用于存储和处理X射线接收部5发出的信号。

本申请实施例提供的系统至少具有以下技术效果：

本申请实施例提供的系统，将钻井液装入样品舱1内，通过压力控制部6向样品舱1内施加压力，使钻井液所承受的压力达到井下施工的压力，通过温度控制部7控制加热套2的温度，进而控制钻井液的温度，使钻井液的温度与井下施工的温度一致；通过X射线发射部4向样品舱1发射X射线，通过设置在样品舱1第二端的X射线接收部5接收射线，并将接收到的信号传递给终端8；由于X射线在穿透钻井液时，会被钻井液反射、散射和吸收，导致穿透钻井液的X射线强度相对于入射射线强度有一定的衰减，衰减比例与被穿透钻井液的密度呈负指数关系，通过测量穿透前后的X射线强度，可得到钻井液的密度；通过终端8存储和处理该钻井液的密度，通过该钻井液的密度与未沉降之前钻井液的密度进行比较，进而判断钻井液的沉降稳定性。

采用本申请实施例提供的系统，测试的数据精确度高，实用性强。相比相关技术的测试，本申请提供的系统可以模拟钻井施工过程中的高压和高温环境，使得测试数据更准确更系统，灵敏度更高，测试过程中不直接接触钻井液，不会破坏钻井液的连续沉降过程，无需更换钻井液样品可连续在线检测。大幅提高数据准确性和对比性，同时显著减少实验次数，显著提高工作效率和技术经济效益。

以下将通过可选地实施例进一步地描述本申请实施例提供的系统。

作为一种示例，将搅拌均匀且不含气泡的1.2L待测试钻井液倒入样品舱1，直到预先标记的液面刻度线处，然后装上活塞和密封盖，将样品舱1放入加热套2内，开启压力控制部6、温度控制部7，待样品舱1内的温度和压力达到预设测定温度230℃和预设测定压力140MPa后，启动X射线发射部4，设定测试间隔时间(例如10小时)和总实验时间(例如7天)，无需接触钻井液样品，通过测量X射线的衰减比例，进而测量样品舱1内径向剖面不同层位处的钻井液密度，绘制不同层位处的钻井液密度随时间的变化曲线，根据不同层位处的钻井液密度值与未沉降之前的钻井液密度值差值评价钻井液在高温高压条件下的沉降稳定性。

需要说明的是，本申请实施例提供的X射线发射部4可以为X射线发射器，X射线发射器在市场上均有售，X射线接收部5可以为X射线探测器，本申请实施例对此不做限定。

由于钻井液在施工时井下的环境为高温高压环境，因此，本申请实施例提供的样品舱1需为就有一定承压能力以及耐高温的容器。示例的，样品舱1可以为抗温≤250℃，抗压≤140MPa的反应釜。当样品舱1为上述反应釜时，反应釜可以根据实际需要设置内径为3-5厘米，示例的，可以为3厘米、4厘米或5厘米等。反应釜的高度可以为0.8-1.2米，示例的，可以为0.8米、0.9米、1米或1.2米等。反应釜的容积可以为1-1.5升，示例的，可以为1升、1.1升、1.2升、1.3升、1.4升、1.5升等。本申请实施例对此不做限定。

本申请实施例通过X射线接收部5接收经过样品舱1中钻井液的吸收和扩散后的X射线，并将该X射线的信号发送至终端8，通过终端8进行存储和处理，上述提及，穿透钻井液的X射线强度相对于入射射线强度有一定的衰减，衰减比例与被穿透钻井液的密度呈负指数关系，负指数关系即指数分布，指数分布是描述泊松过程中的事件之间的时间的概率分布，即事件以恒定平均速率连续且独立地发生的过程。

通过测量穿透前后的X射线的强度，并根据衰减比例与被穿透钻井液的密度呈负指数关系得到钻井液密度。X射线接收部5通过数据线与终端8连接。本申请实施例提供的终端8可以为计算机、平板电脑，台式电脑或者iPad等。本申请实施例对终端8的种类不限于此。

示例的，通过计算机中的数据分析处理、软件记录、储存并分析所测数据，绘制样品舱1径向剖面不同层位处钻井液密度随时间的变化曲线，根据钻井液密度的变化大小判断钻井液在高温高压条件下的沉降稳定性。

需要说明的是，将钻井液放进样品舱1内前，会对钻井液的密度进行测量，即得到没有进行沉降之前钻井液的密度，当钻井液在样品舱1内沉降一段时间后，例如沉降3-5天后对样品舱1内的钻井液进行测试，获取不同层位钻井液的密度。

作为一种示例，可以对不同高度的样品舱1进行X射线照射，并获取经过钻井液吸收并扩散后的X射线的强度，通过电脑计算出与该强度相对应的钻井液的密度，此处计作第一密度，并将第一密度与没有沉降之前获得的钻井液的密度计作标准密度进行比较，如果第一密度与标准密度相差较大，例如，当第一密度与标准密度相差20％以上，则说明钻井液的沉降稳定性较差，如果第一密度与标准密度相差较小，例如第一密度与标准密度相差20％以下或者没有差别，则说明钻井液的沉降稳定性较好。即通过密度差值判断，若钻井液不同层位的上下密度差值大，则钻井液的沉降稳定性差，若钻井液液不同层位的上下密度差值小，则钻井液的沉降稳定性好。

相关技术中，若需要测试钻井液不同时间段的沉降稳定性，采用通用的沉降稳定性方法进行测试，就需要同时进行多组实验才能得出想要的数据。且相关技术中测试钻井液沉降稳定性只考虑了高温条件，未考虑高压条件对钻井液沉降稳定性的影响。但是钻井施工过程中的压力对钻井液的沉降稳定性也具有影响。而通过本申请实施例提供的系统，通过压力控制部6可以为样品舱1内的钻井液提供与钻井施工过程中相同的压力，通过温度控制器72可以为样品舱1内的钻井液提供与钻井施工过程中相同的温度，将钻井施工过程中的高压和高温都体现，提高了测试的准确性。

本申请实施例提供的系统，通过温度控制器72加热套2相连，控制加热套2的加热速度、温度值和预定加热时间，从而控制样品舱1内升温速度和温度。

作为一种示例，可以控制加热套以10℃/分钟的升温速率进行加热，加热10小时，并加热至230℃。

通过在加热套2外面设置隔热套3，可以起到对样品舱1保温，对外隔绝热量，防止高温造成人员伤害。

可选地，加热套2与隔热套3上均设置有第一开口槽与第二开口槽，第一开口槽与X射线发射部4相对，第二开口槽与X射线接收部5相对，第一开口槽和第二开口槽用于X射线穿过样品舱1。

需要说明的是，由于X射线在穿透物质时，会被物质反射、散射和吸收，导致穿透物质的X射线强度相对于入射射线强度有一定的衰减。因此，当用X射线照射样品舱1内的钻井液时，由于样品舱1外套设在加热套2内，且加热套2外还设置有隔热套3，因此，加热套2与隔热套3会吸收部分的X射线，会导致X射线接收部5接收到的X射线的信号不准确，进而使得钻井液沉降稳定性的判断不准确。因此，本申请通过在加热套2与隔热套3上均设置第一开口槽与第二开口槽，且第一开口槽与X射线发射端相对，使得发射至样品舱上的X射线不被其他的容器吸收，进而确保判断结果的准确性。

可选地，第一开口槽与第二开口槽的高度与样品舱1内钻井液的高度相同，以达到钻井液对X射线的吸收和扩散，避免样品舱1内出现空隙，吸收X射线或对X射线造成扩散，导致测试结果的不准确。

可选地，压力控制部6包括：液压泵61、压力表62、液压管63以及活塞64；

活塞64位于样品舱1内，且位于钻井液上方，液压管63一端与液压泵61连接，另一端深入样品舱1内且位于活塞64上方，压力表62与液压泵61连接。

本申请实施例提供的活塞64放置在样品舱1内，且位于与钻井液的上方，液压泵61内的液压油通过液压管63流至活塞64上面，对位于活塞64下方的钻井液施加压力，使钻井液承受的压力与钻井施工过程中的压力相同，通过压力表62实时监测液压泵61输出的压力，准确控制施加在钻井液的压力，保证测试结果的准确性。可选地，本申请实施例提供的液压泵61的提供的最大压力可以根据测试的需要进行设定，示例的，液压泵61的最大压力可以为140兆帕。

需要说明的是，本申请实施例提供了一种工具可以实现将活塞64放入样品舱1内或将活塞64从样品舱1内取出。示例的，该工具可以为拉钩，在活塞64上设置有与该拉钩相适配的拉环。

可选地，温度控制部7包括：温度计71以及温度控制器72；

温度控制器72与加热套2连接，温度控制器72用于控制加热套2加热的温度；

温度计71与样品舱1连接，温度计71用于显示样品舱1内的温度。

本申请实施例通过温度计71可以获取样品舱1内钻井液的温度，测试人员通过温度计71获取样品舱1内钻井液的温度，并根据温度控制器72控制加热套2的温度，通过加热套2为样品舱1加热，使样品舱1内的温度与钻井施工中的温度一致。

可选地，样品舱1上端舱沿设置有插孔，插孔用于放置温度计71。

通过在样品舱1的上端舱沿设置插孔，便于放置温度计71。示例的，插孔的大小与温度计71的大小相适配，插孔的深度小于温度计71的长度，以便于测试人员实时观测样品舱1内的温度。

可选地，样品舱1与加热套2内具有参考间隙，间隙用于方便样品舱1的放入和取出。

需要说明的是，该参考间隙不能太大，太大则会降低加热套2的加热效率。参考间隙也不能太小，太小会导致样品舱1放入和取出不方便。示例的，该参考间隙可以为1-2厘米，例如，1厘米或2厘米等。

可选地，系统还包括：移动台架9，样品舱1、加热套2、隔热套3、X射线发射部4、X射线接收部5以及温度控制部7均放置在移动台架9上，移动台架9可在地面移动。

可以理解的是，本申请实施例提供的系统用于实验室的测试，因此，通过设置移动台架9，可以根据实际需要方便移动。提高了系统的适用性。

可选地，移动台架9包括：水平台与滚轮，滚轮设置在水平台底部，滚轮用于沿地面移动，样品舱1、加热套2、隔热套3、X射线发射部4、X射线接收部5以及温度控制部7均放置在水平台上。

需要说明的是，由于水平台需要承载上述部件，因此，水平台需为具有一定强度和承压能力的台子，以防止水平台倒塌。

可选地，系统还包括密封盖，密封盖用于盖在样品舱1上，液压管63穿密封盖位于活塞64上。

通过设置密封盖，可以保证样品舱1内钻井液的压力在所需压力范围内，以及保证样品舱1内的温度在所需范围内。

可选地，液压泵61为便携式液压泵。

通过设置液压泵61为便携式液压泵，可以使得该系统根据实际测试的需要移动和更换，提高了系统的适用性。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请的说明性实施例，并不用以限制本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钻井液沉降稳定性测试系统，其特征在于，所述系统包括：样品舱(1)、加热套(2)、隔热套(3)、X射线发射部(4)、X射线接收部(5)、压力控制部(6)、温度控制部(7)以及终端(8)；

所述样品舱(1)内用于盛装钻井液，所述样品舱(1)套设在所述加热套(2)内，所述加热套(2)外设置有所述隔热套(3)；

所述X射线发射部(4)设置在所述样品舱(1)的第一端，所述X射线接收部(5)设置在所述样品舱(1)与所述第一端相对的第二端；

所述压力控制部(6)与所述样品舱(1)连接，所述压力控制部(6)用于为所述样品舱(1)内的钻井液施加压力，所述温度控制部(7)与所述加热套(2)连接，所述温度控制部(7)用于控制所述加热套(2)的温度；

所述X射线接收部(5)与所述终端(8)连接，所述终端(8)用于存储和处理所述X射线接收部(5)发出的信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加热套(2)与所述隔热套(3)上均设置有第一开口槽与第二开口槽，所述第一开口槽与所述X射线发射部(4)相对，所述第二开口槽与所述X射线接收部(5)相对，所述第一开口槽和所述第二开口槽用于使X射线穿过所述样品舱(1)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力控制部(6)包括：液压泵(61)、压力表(62)、液压管(63)以及活塞(64)；

所述活塞(64)位于所述样品舱(1)内，且位于所述钻井液上方，所述液压管(63)一端与所述液压泵(61)连接，另一端深入所述样品舱(1)内且位于所述活塞(64)上方，所述压力表(62)与所述液压泵(61)连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度控制部(7)包括：温度计(71)以及温度控制器(72)；

所述温度控制器(72)与所述加热套(2)连接，所述温度控制器(72)用于控制所述加热套(2)加热的温度；

所述温度计(71)与所述样品舱(1)连接，所述温度计(71)用于显示所述样品舱(1)内的温度。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述样品舱(1)上端舱沿设置有插孔，所述插孔用于放置所述温度计(71)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述样品舱(1)外壁与所述加热套(2)内壁具有参考间隙，所述参考间隙用于方便所述样品舱(1)的放入和取出。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：移动台架(9)，所述样品舱(1)、所述加热套(2)、所述隔热套(3)、所述X射线发射部(4)、所述X射线接收部(5)以及所述温度控制部(7)均放置在所述移动台架(9)上，所述移动台架(9)可在地面移动。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述移动台架(9)包括：水平台与滚轮，所述滚轮设置在所述水平台底部，所述滚轮用于沿地面移动，所述样品舱(1)、所述加热套(2)、所述隔热套(3)、所述X射线发射部(4)、所述X射线接收部(5)以及所述温度控制部(7)均放置在所述水平台上。

9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括密封盖，所述密封盖用于盖在所述样品舱(1)上，所述液压管(63)穿过所述密封盖位于所述活塞(64)上。

10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述液压泵(61)为便携式液压泵。

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