CN113250682A

CN113250682A - 一种断缝体地层漏失模拟装置

Info

Publication number: CN113250682A
Application number: CN202110770977.1A
Authority: CN
Inventors: 佘继平; 李阳; 倪建军; 韩凯; 钟颖; 张�浩
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2041-07-08
Also published as: CN113250682B

Abstract

本发明公开了一种断缝体地层漏失模拟装置，涉及钻井勘探领域，其包括主箱体、外管和内管；内管的两端均设置有开口，内管固定在外管内；外管一端开口一端闭合，外管设置在主箱体内；外管上设置有至少一个用于连接断缝体的连接管；连接管上设置有阀门。本装置可以对井筒进行模拟，并通过断缝体模拟在井筒附近的裂缝，且断缝体与外管的角度可以在试验过程中调整，断缝体中的断缝横截面尺寸也可以通过填充体进行调整，进而模拟裂缝在井漏过程中的变化，通过流量计获取钻井液的漏失情况，实现对钻井液漏失的评价。

Description

一种断缝体地层漏失模拟装置

技术领域

本发明涉及钻井勘探领域，具体涉及一种断缝体地层漏失模拟装置。

背景技术

井漏是钻井过程中钻井液大量漏入地层的现象，不仅消耗大量钻井液，延长钻井周期，处理不当还可能引发井塌、井喷、卡钻等复杂情况，甚至导致井眼报废，造成重大工程事故。钻井液漏失速率（Q_DL）是最直观、最易测的反映钻井液漏失程度的重要参数，根据漏速不同，钻井液漏失类型可大致分为少量漏失（Q_DFL≤5 m³/h）、中等漏失（5＜Q_DFL≤15 m³/h）、严重漏失（15＜Q_DFL＜30 m³/h）和失返性漏失（Q_DFL≥30 m³/h）。裂缝（缝洞）性地层恶性井漏是最常见且最难以治理的钻井工程复杂事故之一，已成为制约钻井工程中“卡脖子”的关键难题之一。因此如何在室内研究中正确模拟地层复杂裂缝，形成钻井液漏失测量方法，对解决井漏问题有着重要的意义。

但是目前室内模拟复杂裂缝方法仪器均存在缺陷，现有的模拟裂缝只能模拟单一水平裂缝，且不能调整裂缝角度，也就无法模拟裂缝在井漏过程中的变化，且实际地层的裂缝数目众多，形状复杂，因此只模拟单一简单裂缝无法满足实验要求。漏失速率的获取对于后期的堵漏具有十分重要的意义，而现技术大多存在测量不精确，无法动态监测等问题，也就无法精确的对钻井液进行漏失评价。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种断缝体地层漏失模拟装置解决了现有裂缝模拟设备难以精确的对钻井液进行漏失评价的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种断缝体地层漏失模拟装置，其包括主箱体、外管和内管；内管的两端均设置有开口，内管固定在外管内；外管一端开口一端闭合，外管设置在主箱体内；外管上设置有至少一个用于连接断缝体的连接管；连接管上设置有阀门；

断缝体包括断缝箱和断缝盖，断缝箱一侧开口，断缝箱内设置有若干断缝；断缝箱上设置有与断缝相连的出口和入口；出口和/或入口上设置有流量计；断缝箱上设置有第一电机，第一电机的转动轴上设置有第一螺杆；

断缝盖上设置有面向断缝的填充体和第一螺纹台，第一螺纹台与第一螺杆一一匹配，并通过第一螺杆的转动而调节断缝盖与断缝箱的距离，进而调整填充体挤入断缝中的深度；

主箱体上设置有四向调节机构，四向调节机构与断缝箱相连，并用于调整断缝箱的位置。

进一步地，外管和内管均为L型，外管在竖直段和水平段上均设置有至少一个用于连接断缝体的连接管。

进一步地，四向调节机构包括设置在断缝箱上的滑槽、设置在主箱体上的滑窗和移动部件；移动部件的一端设置有电动伸缩杆，电动伸缩杆的末端设置有滑块，滑块位于滑槽内，使断缝箱跟随电动伸缩杆在电动伸缩杆的轴向移动；

移动部件的另一端穿过滑窗并设置有第二螺纹台；第二螺纹台上贯穿有第二螺杆，第二螺杆的一端与第二电机相连，使移动部件带着断缝箱在第二螺杆的轴向移动。

进一步地，第二螺杆的另一端设置在轴承的内圈，轴承的外圈位于支撑块中，支撑块设置在主箱体上。

进一步地，每个断缝箱与两个四向调节机构相连接，两个四向调节机构对向设置。

进一步地，出口与连接管的接口相同，使断缝箱可以级联。

本发明的有益效果为：

1、本装置可以对井筒进行模拟，并通过断缝体模拟在井筒附近的裂缝，且断缝体与外管的角度可以在试验过程中调整，断缝体中的断缝横截面尺寸也可以通过填充体进行调整，进而模拟裂缝在井漏过程中的变化，通过流量计获取钻井液的漏失情况，实现对钻井液漏失的评价。

2、本装置可以同时模拟竖井和水平井的钻井液漏失，也可以同时模拟多个断缝的漏失，还可以进行不同断缝的级联，使得模拟结果丰富多样，更接近真实情况。

附图说明

图1为本装置的结构示意图；

图2为断缝体的结构示意图；

图3为电动伸缩杆的结构示意图；

图4为连接管的结构示意图；

图5为与移动部件相连且位于主箱体外的部件的结构示意图。

其中：1、主箱体；2、外管；3、内管；4、连接管；5、断缝体；6、电动伸缩杆；7、滑窗；8、移动部件；9、滑块；10、断缝箱；11、断缝盖；12、滑槽；13、出口；14、入口；15、填充体；16、第一电机；17、第一螺杆；18、第一螺纹台；19、阀门；20、第二螺纹台；21、第二电机；22、支撑块；23、第二螺杆；24、轴承。

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和图4所示，该断缝体地层漏失模拟装置包括主箱体1、外管2和内管3；内管3的两端均设置有开口，内管3固定在外管2内；外管2一端开口一端闭合，外管2设置在主箱体1内；外管2上设置有至少一个用于连接断缝体5的连接管4；连接管4上设置有阀门19；连接管4至少有一部分为软质，使得其可以进行角度调整，例如波纹管或其他软管；需要进一步说明的是，图1中为了清楚的展示位于主箱体1内的结构相对位置关系，仅画出了主箱体1的一个壁，图1中主箱体1的形状并不表示主箱体1的真实形状。

如图2所示，断缝体5包括断缝箱10和断缝盖11，断缝箱10一侧开口，断缝箱10内设置有若干断缝；断缝箱10上设置有与断缝相连的出口13和入口14；出口13和/或入口14上设置有流量计；断缝箱10上设置有第一电机16，第一电机16的转动轴上设置有第一螺杆17；

断缝盖11上设置有面向断缝的填充体15和第一螺纹台18，第一螺纹台18与第一螺杆17一一匹配，并通过第一螺杆17的转动而调节断缝盖11与断缝箱10的距离，进而调整填充体15挤入断缝中的深度，同时实现断缝盖11与断缝箱10之间的密封；填充体15可以是柔软的、不透水的物体，例如橡胶、硅胶和外表面套设有塑料的海绵等。

为了可以同时模拟竖井和水平井的钻井液漏失，外管2和内管3均为L型，外管2在竖直段和水平段上均设置有至少一个用于连接断缝体5的连接管4。

为了实现断缝箱10的角度自动控制，主箱体1上设置有四向调节机构，四向调节机构与断缝箱10相连。如图1、图2、图3和图5所示，四向调节机构包括设置在断缝箱10上的滑槽12、设置在主箱体1上的滑窗7和移动部件8；移动部件8的一端设置有电动伸缩杆6，电动伸缩杆6的末端设置有滑块9，滑块9位于滑槽12内，使断缝箱10跟随电动伸缩杆6在电动伸缩杆6的轴向移动；滑块9的设置方式需使滑块9能绕电动伸缩杆6的末端在水平面上转动，例如水平铰接。

移动部件8的另一端穿过滑窗7并设置有第二螺纹台20；第二螺纹台20上贯穿有第二螺杆23，第二螺杆23的一端与第二电机21相连，第二螺杆23与所在滑窗7的平行设置，使移动部件8带着断缝箱10在第二螺杆23的轴向移动。

为了提高第二螺杆23对移动部件8的支撑力，进而对断缝箱10提供稳定的支撑，第二螺杆23的另一端设置在轴承24的内圈，轴承24的外圈位于支撑块22中，支撑块22设置在主箱体1上。为了进一步提高断缝箱10在实验过程中的稳定性，每个断缝箱10与两个四向调节机构相连接，两个四向调节机构对向设置。

为了实现断缝箱10的级联，出口13与连接管4的接口相同，使其他断缝箱10的入口14可与已有断缝箱10的出口13对接，进而实现级联。两个断缝箱10之间也可以通过软质管来连接，并对级联的断缝箱10也添加四向调节机构，使级联中的每个断缝箱10可在一定范围内独立调整方位。此外，单个断缝箱10上的出口13可设置为多个，实现一对多的级联。

在具体实施过程中，移动部件8和第二螺纹台20分别位于主箱体1的内侧和外侧，因此移动部件8和第二螺纹台20连接后可通过主箱体1侧壁的支撑力对电动伸缩杆6提供竖直方向的支撑力来克服重力的影响，电动伸缩杆6将该支撑力提供给断缝箱10，并通过连接管4的支撑（及拉扯）实现对断缝箱10的固定。两个电动伸缩杆6相向地对断缝箱10进行支撑可提高断缝箱10的稳定性。对竖直井进行模拟时，在外管2的竖直部分接断缝箱10，此时对断缝箱10进行支撑与角度调节的四向调节机构中的滑窗7优先竖直设置。同样的，对水平井进行模拟时，在外管2的水平部分接断缝箱10，此时对断缝箱10进行支撑与角度调节的四向调节机构中的滑窗7优先水平设置。

如图1所示，以对竖直井进行模拟为例，钻井液循环设备的出口13与内管3的端口相连，钻井液循环设备的回收口与内管3和外管2之间的圆环相连，即钻井液从内管3的一端流入，钻井液从内管3的另一端流出时，流入内管3与外管2之间的夹层中，因此当连接管4上的阀门19打开时，钻井液将流入连接管4上设置的断缝体5中。

由于断缝箱10的入口14与连接管4相对固定，因此移动部件8在滑窗7中竖直运动时，电动伸缩杆6上下运动，由于电动伸缩杆6及滑块9无法进行左右移动，因此断缝箱10在滑槽12的约束下将随着进行上下运动，此过程滑块9在滑槽12中滑动。当电动伸缩杆6伸缩时，将拉动断缝箱10以连接管4为圆心水平转动，此过程中滑块9在滑槽12中滑动，且滑块9的轴线与电动伸缩杆6的轴线之间的夹角会出现变化。由此通过四向调节机构实现断缝体5在竖直方向和水平方向的晃动。

若试验过程中需要调整断缝的尺寸，则启动第一电机16使第一螺杆17转动，通过第一螺杆17的转动可以将第一螺纹台18拉向或推离断缝箱10，此时填充体15挤入断缝的深度也将跟随变化，即完成了断缝尺寸的调整，模拟了裂缝的坍缩或变大过程，整个过程通过流量计进行漏失统计，所有的控制和信息处理均可以通过上位机实现。

综上所述，本发明可以实现多种情况的钻井液漏失模拟，实现对钻井液漏失的评价。

Claims

1.一种断缝体地层漏失模拟装置，其特征在于，包括主箱体（1）、外管（2）和内管（3）；所述内管（3）的两端均设置有开口，内管（3）固定在外管（2）内；所述外管（2）一端开口一端闭合，外管（2）设置在主箱体（1）内；所述外管（2）上设置有至少一个用于连接断缝体（5）的连接管（4）；所述连接管（4）上设置有阀门（19）；

所述断缝体（5）包括断缝箱（10）和断缝盖（11），所述断缝箱（10）一侧开口，断缝箱（10）内设置有若干断缝；所述断缝箱（10）上设置有与断缝相连的出口（13）和入口（14）；所述出口（13）和/或入口（14）上设置有流量计；所述断缝箱（10）上设置有第一电机（16），所述第一电机（16）的转动轴上设置有第一螺杆（17）；

所述断缝盖（11）上设置有面向断缝的填充体（15）和第一螺纹台（18），所述第一螺纹台（18）与第一螺杆（17）一一匹配，并通过第一螺杆（17）的转动而调节断缝盖（11）与断缝箱（10）的距离，进而调整填充体（15）挤入断缝中的深度；

所述主箱体（1）上设置有四向调节机构，所述四向调节机构与断缝箱（10）相连，并用于调整断缝箱（10）的位置。

2.根据权利要求1所述的断缝体地层漏失模拟装置，其特征在于，所述外管（2）和内管（3）均为L型，外管（2）在竖直段和水平段上均设置有至少一个用于连接断缝体（5）的连接管（4）。

3.根据权利要求1所述的断缝体地层漏失模拟装置，其特征在于，所述四向调节机构包括设置在断缝箱（10）上的滑槽（12）、设置在主箱体（1）上的滑窗（7）和移动部件（8）；所述移动部件（8）的一端设置有电动伸缩杆（6），所述电动伸缩杆（6）的末端设置有滑块（9），所述滑块（9）位于所述滑槽（12）内，使断缝箱（10）跟随电动伸缩杆（6）在电动伸缩杆（6）的轴向移动；

所述移动部件（8）的另一端穿过所述滑窗（7）并设置有第二螺纹台（20）；所述第二螺纹台（20）上贯穿有第二螺杆（23），所述第二螺杆（23）的一端与第二电机（21）相连，使移动部件（8）带着断缝箱（10）在第二螺杆（23）的轴向移动。

4.根据权利要求3所述的断缝体地层漏失模拟装置，其特征在于，所述第二螺杆（23）的另一端设置在轴承（24）的内圈，轴承（24）的外圈位于支撑块（22）中，所述支撑块（22）设置在主箱体（1）上。

5.根据权利要求3所述的断缝体地层漏失模拟装置，其特征在于，每个断缝箱（10）与两个四向调节机构相连接，两个四向调节机构对向设置。

6.根据权利要求1所述的断缝体地层漏失模拟装置，其特征在于，所述出口（13）与连接管（4）的接口相同，使断缝箱（10）可以级联。