CN114198084A - 裂缝性地层堵漏模拟评价装置及评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种裂缝性地层堵漏模拟评价装置及评价方法，其中，评价装置包括模拟井筒、裂缝模型、泵送组件和搅拌容器，模拟井筒顶部能拆卸地连接有模拟钻杆，模拟井筒的筒壁上设有多个第一可视化窗，并在部分第一可视化窗处设有第一摄像头。裂缝模型内部具有模拟裂缝，在裂缝模型上设有多个第二可视化窗，并在部分第二可视化窗处设有第二摄像头。泵送组件能将地层模拟液通过进口部泵送至模拟井筒和模拟裂缝内，搅拌容器能在模拟井筒和模拟裂缝内充满地层模拟液后，将搅拌混合后的堵漏浆料通过进口部输送至模拟井筒内。本发明能更加真实地模拟实际堵漏施工情况，并能对堵漏材料与地层流体共混程度以及堵漏材料漏层驻留性能进行定量评价。

Description

裂缝性地层堵漏模拟评价装置及评价方法
技术领域
本发明是关于油气田勘探与开发技术领域，尤其涉及一种裂缝性地层堵漏模拟评价装置及评价方法。
背景技术
井漏严重威胁钻井安全、制约钻井速度、影响勘探开发进程、损害油气储层，这一问题一直没有得到很好解决，比如我国川渝页岩气、塔里木盆地等重点油气产区，泥页岩和碳酸盐岩等裂缝性地层发育，恶性井漏频发，堵漏效果不理想，造成了较大的经济损失。一般导致钻井液堵漏效果不佳的主要原因有以下两点：一是漏失通道的不确定性，堵漏材料和漏失地层匹配性差，二是缺乏贴合现场工况的堵漏效果评价方法。
水泥、凝胶、树脂等固化类堵漏材料是解决大缝洞、断层等恶性井漏的最主要堵漏材料。固化类材料固化前是流动度良好的流体，易进入裂缝通道；井下固化后形成高强度封堵层。由于漏失通道中存在地层水或漏失的钻井液，固化类材料在井筒和裂缝中难免会与地层流体共混，固化堵漏浆被地层流体冲稀后的固化时间和固化后强度将发生明显变化，影响堵漏效果；另一方面，固化堵漏材料在漏层中的驻留能力也是影响其堵漏效果的重要因素，在漏失压差作用下，固化堵漏材料流体会往裂缝深部流动，驻留效果差的固化堵漏浆体系难以在近井壁处形成封堵层，无法起到堵漏效果。因此，固化堵漏材料与地层水共混效果及漏层驻留能力需建立可靠的评价方法，降低施工风险，提高一次堵漏成功率。
目前，国内外常用的堵漏评价装置多针对桥接堵漏配方，例如砂床/钢珠床堵漏评价装置，主要采用钢球及石英砂制成渗透性试验床来模拟孔隙及微裂缝漏失；PPA堵漏评价装置，使用传统的高温高压加热套模拟地层温度，使用不同孔隙度的陶瓷滤片作为过滤介质；高温高压裂缝堵漏评价装置，通过设计平板缝、孔缝、立型缝等模块模拟井下不同裂缝形式等。例如，申请号为202011250799.1、公布日为2021年2月12日的中国发明专利，公开了一种可变缝宽裂缝堵漏仪器和评价方法，可以模拟裂缝开启和闭合的动态过程，针对的堵漏材料为桥接堵漏材料；申请号为201910307713.5、公布日为2019年7月2日的中国发明专利，公开了一种复杂裂缝中堵漏剂流动难易程度量化评价方法，通过设计不同的注入流量，计算堵漏浆在不同缝板中的流动压力，该方法可评价凝胶和固化类堵漏浆流体裂缝中驻留能力，但是注入流量偏小，且未考虑施工工况及地层流体共混稀释，与实际堵漏施工差别较大。
当前，固化类材料的评价主要集中在单一的固化时间和固化后强度，尚无针对固结材料堵漏与地层流体共混和漏层驻留的评价装置与方法，并未考虑堵漏浆体积、注入排量、钻杆下入深度等施工参数影响，导致固化堵漏配方的优选缺乏科学性。例如，水泥堵漏材料的稠化时间和强度主要采用GBT19139-2012油井水泥试验方法；凝胶和树脂类高分子固化堵漏材料尚无确定的交联和固化时间评价标准，以静止加热和观察流动状态为主。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种裂缝性地层堵漏模拟评价装置及评价方法，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种裂缝性地层堵漏模拟评价装置及评价方法，能更加真实地模拟实际堵漏施工情况，并能对堵漏材料与地层流体共混程度以及堵漏材料漏层驻留性能进行定量评价。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种裂缝性地层堵漏模拟评价装置，包括：
模拟井筒，其顶部能拆卸地连接有能伸入模拟井筒内的模拟钻杆，在模拟钻杆上设有进口部，进口部通过模拟钻杆的内通道与模拟井筒的内部连通，在模拟井筒的底部设有出口部；模拟井筒的筒壁上设有多个第一可视化窗，并在部分第一可视化窗处设有第一摄像头；
裂缝模型，其内部具有模拟裂缝，模拟裂缝的第一端能与出口部连通，模拟裂缝的第二端能与设在裂缝模型上的出液口连通；在裂缝模型上设有正对模拟裂缝的多个第二可视化窗，并在部分第二可视化窗处设有第二摄像头；
泵送组件，能将地层模拟液通过进口部泵送至模拟井筒和模拟裂缝内；
以及搅拌容器，用于对堵漏浆料进行搅拌混合，并能在模拟井筒和模拟裂缝内充满地层模拟液后，将搅拌混合后的堵漏浆料通过进口部输送至模拟井筒内。
在本发明的一较佳实施方式中，地层模拟液为钻井液或盐水。
在本发明的一较佳实施方式中，在模拟井筒的外侧套设有第一加热套，在裂缝模型的外侧套设有第二加热套。
在本发明的一较佳实施方式中，裂缝模型包括具有模腔的外壳，在模腔内设有能密封滑动的第一活塞，第一活塞将模腔分隔成第一模腔和第二模腔，第一模腔构成模拟裂缝，通过第一活塞的移动能调节模拟裂缝的缝宽。
在本发明的一较佳实施方式中，在外壳上开设有与第二模腔连通的多个调节安装孔，调节安装孔内能调节地密封插设有限位杆，限位杆的端部能顶靠在第一活塞上。
在本发明的一较佳实施方式中，在外壳上开设有注入孔和放空孔，注入孔和放空孔均与第二模腔连通；泵送组件能通断地与注入孔连通，并能向第二模腔内泵送流体。
在本发明的一较佳实施方式中，外壳由顶板、底板和环形侧板围合构成，顶板、底板和环形侧板围成的内部空间构成模腔；第一活塞与环形侧板滑动密封连接，模拟裂缝为平行裂缝，第二可视化窗设在顶板上；出液口开设在环形侧板上，在环形侧板上还开设有进液口，模拟裂缝能通过进液口与出口部连通。
在本发明的一较佳实施方式中，顶板、底板和第一活塞均为长方形板体，模拟裂缝的长度方向沿长方形板体的长度方向延伸。
在本发明的一较佳实施方式中，在顶板上开设有与第一模腔连通的多个第一通孔，并在顶板上开设有与第一通孔连通且孔径增大的第一阶梯孔；在第一通孔内设有第一玻璃，第一玻璃靠近第一模腔的端面与顶板的板面平齐；在第一阶梯孔内密封嵌设有第二玻璃，并在顶板的外侧且正对第二玻璃的位置设有压环，压环通过第一固定件与顶板连接，第一玻璃和第二玻璃构成第二可视化窗。
在本发明的一较佳实施方式中，在出口部能拆卸地密封连接有出口接管，出口接管远离出口部的端部设有第一端板，第一端板上设有第一长条状缝孔；进液口为长条状孔，在进液口处密封连接有进液接头，进液接头内设有与进液口连通的长条状缝通道；第一端板与进液接头的端部能拆卸地密封连接，且第一长条状缝孔能与长条状缝通道对接连通。
在本发明的一较佳实施方式中，裂缝性地层堵漏模拟评价装置还包括模型架；模型架包括导轨以及能滑动地设在导轨上的定位架，裂缝模型能转动地设在定位架上；在定位架上还设有驱动机构，驱动机构与裂缝模型连接并能驱动裂缝模型的旋转。
在本发明的一较佳实施方式中，驱动机构包括减速机，减速机的输出轴为中空结构，并与出液口处密封连接。
在本发明的一较佳实施方式中，模拟井筒为具有圆形内孔的矩形筒体，在矩形筒体的每个侧面上沿其轴向均开设有与圆形内孔连通的多个第二通孔，并在矩形筒体上开设有与第二通孔连通且孔径增大的第二阶梯孔；在第二阶梯孔内密封嵌设有第三玻璃，在矩形筒体的每个侧面的外侧均设有一压板，压板通过第二固定件与矩形筒体连接，在压板上对应各第三玻璃的位置均开设有透孔，第三玻璃构成第一可视化窗。
在本发明的一较佳实施方式中，在模拟井筒的底部还设有测压孔和测温孔。
在本发明的一较佳实施方式中，搅拌容器包括筒壳、能拆卸地连接在筒壳顶部的压盖以及能在筒壳内轴向密封滑动的第二活塞，第二活塞将筒壳的内部分隔成上腔室和下腔室，压盖上设有能与上腔室连通的液压注入口，在筒壳上开设有与下腔室连通的浆料出口；在下腔室内还设有搅拌桨，下腔室内用于盛装堵漏浆料；泵送组件能通断地与液压注入口连接，并能向上腔室内泵送流体，浆料出口能通断地与进口部连接。
在本发明的一较佳实施方式中，泵送组件通过总管路与进口部连接，总管路连接有第一旁通管路和第二旁通管路，第一旁通管路与液压注入口连接，第二旁通管路与浆料出口连接；在总管路上且位于第一旁通管路和第二旁通管路之间设有第一开关阀，在第一旁通管路上设有第二开关阀，在第二旁通管路上设有第三开关阀；在出液口处连接有第四开关阀。
在本发明的一较佳实施方式中，泵送组件包括计量柱塞泵、第一储液罐和第二储液罐，第一储液罐用于存储地层模拟液，第二储液罐用于存储流体；第一储液罐和第二储液罐均能通断地与计量柱塞泵的进口端连接，计量柱塞泵的出口端通过总管路与进口部连接。
本发明还提供一种裂缝性地层堵漏模拟评价方法，采用上述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置进行试验，裂缝性地层堵漏模拟评价方法包括如下步骤：
关闭出液口，通过泵送组件向模拟井筒内泵送地层模拟液，直到模拟井筒和裂缝模型内均充满地层模拟液；
向搅拌容器内加入堵漏浆料，并利用搅拌容器将堵漏浆料搅拌均匀；
打开出液口，同时搅拌容器将搅拌混合后的堵漏浆料输送至模拟井筒内；
通过各第一摄像头和各第二摄像头拍摄记录堵漏浆料进入模拟井筒的时间内，模拟井筒内和模拟裂缝中不同位置的两相流动状态；然后根据各第一摄像头和各第二摄像头拍摄的图像中颜色的不同，区分堵漏浆料和地层模拟液，并计算两相体积占比，用于定量分析堵漏浆料抗地层流体冲稀能力；根据各第一摄像头和各第二摄像头拍摄的连续图像，计算堵漏浆料在模拟裂缝中的运移速度，用于定量分析堵漏浆料在模拟裂缝中的驻留能力。
在本发明的一较佳实施方式中，利用搅拌容器将堵漏浆料搅拌均匀之后，打开出液口之前，还包括如下步骤：将模拟井筒和裂缝模型加热至预设温度。
在本发明的一较佳实施方式中，关闭出液口，并向模拟井筒内泵送地层模拟液之前还包括如下步骤：调节模拟裂缝的缝宽和角度至预设缝宽和预设角度。
由上所述，本发明中的评价装置及评价方法，通过模拟井筒、模拟钻杆和裂缝模型的配合，以及在注入堵漏浆料之前先注入地层模拟液的方式，可以更加真实地模拟实际堵漏施工情况。同时，通过设置的第一可视化窗和第二可视化窗配合第一摄像头和第二摄像头，并利用相关的图形处理技术，可实现定量描述堵漏浆料与地层模拟液井下两相流动状态，定量分析井下堵漏浆料与地层模拟液的体积分布以及堵漏浆料在模拟裂缝中的运移速度；进而实现堵漏浆料在贴近施工条件下抗地层流体冲稀能力与裂缝中驻留能力的定量分析评价，科学指导堵漏配方和施工工艺优化，提高一次堵漏成功率，大幅减少井漏经济损失。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明提供的裂缝性地层堵漏模拟评价装置的结构示意图。
图2：为本发明提供的搅拌容器的剖视图。
图3：为本发明提供的模拟井筒和模拟钻杆配合的剖视图。
图4：为图3中A处的局部放大图。
图5：为本发明提供的筒状本体的结构图。
图6：为图5中沿B-B方向的剖视图。
图7：为本发明提供的出口接管的剖视图。
图8：为本发明提供的第一端板的剖视图。
图9：为本发明提供的第一端板的透视立体图。
图10：为本发明提供的裂缝模型的剖视图。
图11：为图10中C处的局部放大图。
图12：为本发明提供的顶板的剖视图。
图13：为本发明提供的环形侧板的剖视图。
图14：为本发明提供的环形侧板的侧视图。
图15：为本发明提供的进液接头的立体图。
图16：为本发明提供的第二端板的结构图。
图17：为图16中沿D-D方向的剖视图。
图18：为本发明提供的第一矩形连接管的侧视图。
图19：为本发明提供的连接轴的侧视图。
图20：为图19中沿E-E方向的剖视图。
图21：为本发明提供的裂缝模型安装在模型架后的结构示意图。
图22：为本发明提供的模拟井筒、裂缝模型、模型架和集成架配合的结构示意图。
附图标号说明：
1、泵送组件；11、计量柱塞泵；111、总开关阀；12、第一储液罐；13、总管路；131、第一开关阀；132、泄压阀；133、涡轮流量计；14、第一旁通管路；141、第二开关阀；15、第二旁通管路；151、第三开关阀；16、第三旁通管路；161、第五开关阀；
2、搅拌容器；21、筒壳；211、浆料出口；22、压盖；221、液压注入口；23、第二活塞；24、上腔室；25、下腔室；26、搅拌桨；27、驱动装置；271、外磁铁；272、内磁铁；273、电机；28、支撑架；
3、模拟井筒；
31、筒状本体；311、出口部；312、第一可视化窗；3121、第三玻璃；313、第二通孔；314、第二阶梯孔；315、第二垫环；316、第三垫环；317、密封组件；3171、密封钢套；3172、第一橡胶圈；3173、玻璃密封套；3174、第二橡胶圈；318、压板；3181、透孔；319、第二固定件；
32、上压帽；
33、下压帽；331、测压孔；3311、测压元件；332、测温孔；3321、测温元件；
34、出口接管；341、凸缘；342、第一端板；3421、第一长条状缝孔；
4、模拟钻杆；41、进口部；42、波纹接头；
5、裂缝模型；51、模拟裂缝；52、第二可视化窗；521、第一玻璃；522、第二玻璃；
53、外壳；
531、顶板；5311、主体平板；5312、凸板；5313、第一通孔；5314、第一阶梯孔；5315、压环；53151、阶梯安装孔；5316、第一固定件；5317、第一垫环；
532、环形侧板；5321、进液口；5322、出液口；5323、第四开关阀；
533、底板；5331、调节安装孔；5332、限位杆；5333、注入孔；5334、放空孔；5335、第六开关阀；
534、第一模腔；
54、第一活塞；
55、进液接头；551、第二端板；5511、第二长条状缝孔；552、第一矩形连接管；5521、第一矩形通道；553、连接轴；5531、第三矩形通道；554、第二矩形连接管；555、第三端板；
6、第二摄像头；
7、模型架；71、导轨；72、定位架；721、减速机定位板；722、定位座；723、轴承座；73、驱动机构；731、输出轴；
8、集成架；81、脚轮。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1至图22所示，本实施例提供一种裂缝性地层堵漏模拟评价装置，包括：
模拟井筒3，其顶部能拆卸地连接有能伸入模拟井筒3内的模拟钻杆4，在模拟钻杆4上设有进口部41，进口部41通过模拟钻杆4的内通道与模拟井筒3的内部连通，在模拟井筒3的底部设有出口部311；模拟井筒3的筒壁上设有多个第一可视化窗312，并在部分第一可视化窗312处设有第一摄像头；
裂缝模型5，其内部具有模拟裂缝51，模拟裂缝51的第一端能与出口部311连通，模拟裂缝51的第二端能与设在裂缝模型5上的出液口5322连通；在裂缝模型5上设有正对模拟裂缝51的多个第二可视化窗52，并在部分第二可视化窗52处设有第二摄像头6；
泵送组件1，能将地层模拟液通过进口部41泵送至模拟井筒3和模拟裂缝51内；
以及搅拌容器2，用于对堵漏浆料进行搅拌混合，并能在模拟井筒3和模拟裂缝51内充满地层模拟液后，将搅拌混合后的堵漏浆料通过进口部41输送至模拟井筒3内。
其中，通过模拟井筒3和裂缝模型5的连接配合，可以模拟实际现场堵漏操作中堵漏浆料由井筒流向裂缝的真实情况。上述的地层模拟液例如可以是钻井液或盐水，在向模拟井筒3内注入堵漏浆料之前，先使模拟井筒3和模拟裂缝51中充满地层模拟液，可以更好地模拟井下漏失通道中存在漏失的钻井液或地层水的真实情况，进而在模拟井筒3内注入堵漏浆料时，可以模拟实际堵漏工况中堵漏浆料在井筒和裂缝中与地层流体存在共混的真实情况。同时，通过在模拟井筒3上可拆卸地设有模拟钻杆4，可以模拟现场施工时钻井液是通过钻杆流入井筒的真实情况；且上述的模拟钻杆4可以设计多种长度规格，以根据实际模拟工况需要安装相应规定长度的模拟钻杆4，更接近真实工况。上述的堵漏浆料例如可采用固化堵漏浆，并适当加入少量染料，以使其颜色更好区分。
进行模拟试验时，将装置组装完成后，先关闭出液口5322，通过泵送组件1向模拟井筒3内泵送地层模拟液，直到模拟井筒3和裂缝模型5内均充满地层模拟液；然后向搅拌容器2内加入堵漏浆料，并利用搅拌容器2将堵漏浆料搅拌均匀；接下来打开出液口5322，同时搅拌容器2将搅拌混合后的堵漏浆料输送至模拟井筒3内，堵漏浆料由模拟钻杆4的内通道进入模拟井筒3内，再流入模拟裂缝51后由出液口5322排出。在此过程中，通过各第一摄像头和各第二摄像头6拍摄记录堵漏浆料进入模拟井筒3的时间内，模拟井筒3内和模拟裂缝51中不同位置的两相流动状态，根据各摄像头拍摄的图像中颜色的不同，区分堵漏浆料和地层模拟液，并计算两相体积占比，可用于定量分析堵漏浆料抗地层流体冲稀能力；根据各摄像头拍摄的连续图像，计算堵漏料在模拟裂缝51中的运移速度，可用于定量分析堵漏浆料在模拟裂缝51中的驻留能力。
由此，本实施例中的评价装置，通过模拟井筒3、模拟钻杆4和裂缝模型5的配合，以及在注入堵漏浆料之前先注入地层模拟液的方式，可以更加真实地模拟实际堵漏施工情况(即更贴近实际堵漏施工条件)。同时，通过设置的第一可视化窗312和第二可视化窗52配合第一摄像头和第二摄像头6，并利用相关的图形处理技术，可实现定量描述堵漏浆料与地层模拟液井下两相流动状态，定量分析井下堵漏浆料与地层模拟液的体积分布以及堵漏浆料在模拟裂缝51中的运移速度；进而实现堵漏浆料在贴近施工条件下抗地层流体冲稀能力与裂缝中驻留能力的定量分析评价，科学指导堵漏配方和施工工艺优化，提高一次堵漏成功率，大幅减少井漏经济损失。
在具体实现方式中，在模拟井筒3的外侧套设有第一加热套，在裂缝模型5的外侧套设有第二加热套。各加热套应均为柔性加热套，分别套设在模拟井筒3和裂缝模型5的外侧，且第一加热套上对应出口部311的位置以及多个第一可视化窗312的位置均开设相应的避让孔，第二加热套上对应多个第二可视化窗52的位置均开设有相应的避让孔。在模拟井筒3和模拟裂缝51内充满地层模拟液之后，向模拟井筒3内泵送堵漏浆料之前，便开启各加热套，以模拟地层温度，更加接近真实工况。
为了能利用该评价装置模拟多种工况，上述模拟裂缝51的缝宽和角度均可调节。在向模拟井筒3和模拟裂缝51中注入地层模拟液之前，将模拟裂缝51的缝宽和角度调节至预设值，以模拟相应工况。
对于模拟裂缝51的缝宽调节可以这样实现：如图10所示，裂缝模型5包括具有模腔的外壳53，在模腔内设有能密封滑动的第一活塞54，第一活塞54将模腔分隔成第一模腔534和第二模腔，第一模腔534构成模拟裂缝51，通过第一活塞54的移动能调节模拟裂缝51的缝宽。
具体地，为了便于调节第一活塞54的位置，例如，可以这样操作：在外壳53上开设有与第二模腔连通的多个调节安装孔5331，调节安装孔5331内能调节地密封插设有限位杆5332，限位杆5332的端部能顶靠在第一活塞54上。一般限位杆5332与调节安装孔5331采用螺纹连接，并在限位杆5332和调节安装孔5331之间夹设有密封圈，在第二加热套上对应各限位杆5332的位置也会开设相应的避让孔；通过调节限位杆5332伸入第二模腔内的长度来实现对第一活塞54位置的调节定位，且调节精准。
再例如，还可以这样操作：在外壳53上开设有注入孔5333和放空孔5334，注入孔5333和放空孔5334均与第二模腔连通。泵送组件1能通断地与注入孔5333连通，并能向第二模腔内泵送流体。通过向第二模腔内泵送流体(例如清水)，并控制注入的流体量，来调节第一活塞54的位置。
为了便于加工和安装，外壳53由顶板531、底板533和环形侧板532围合构成，顶板531、底板533和环形侧板532围成的内部空间构成模腔。第一活塞54与环形侧板532滑动密封连接，模拟裂缝51为平行裂缝，第二可视化窗52设在顶板531上。出液口5322开设在环形侧板532上，在环形侧板532上还开设有进液口5321，模拟裂缝51能通过进液口5321与出口部311连通。
可以理解，顶板531、第一活塞54和底板533的板面相互平行，顶板531与第一活塞54之间的平行缝隙，即构成上述的模拟裂缝51，顶板531与第一活塞54之间的间隔即为模拟裂缝51的缝宽。本实施例中的模拟裂缝51采用平行裂缝，既便于加工安装，又方便调节其缝宽和角度。上述的注水孔、放空孔5334和限位杆5332均设在底板533上。一般为了便于顶板531、环形侧板532和底板533之间的连接固定，如图10和图12所示，顶板531包括主体平板5311和一体成型在主体平板5311上的凸板5312，环形侧板532套设在凸板5312的外侧，环形侧板532的顶部板面和底部板面分别顶抵在主体平板5311和底板533上，环形侧板532和主体平板5311之间以及环形侧板532和底板533之间均通过多个紧固件(例如螺栓)连接，并在环形侧板532与主体平板5311之间以及环形侧板532和底板533之间均夹设有密封圈。环形侧板532、凸板5312和底板533之间围成的空间构成上述的模腔，进液口5321和出液口5322均与该第一模腔534连通。
在上述的第一活塞54的外侧壁上设有环形沟槽并套设有密封圈，以保证与环形侧板532之间的密封滑动。由于第一活塞54与环形侧板532之间的摩擦力较大，为了更便于推动第一活塞54上移并能准确调节其位置，实际使用时优选采用限位杆5332调节与通过注入孔5333注入流体相结合的方式来调节第一活塞54的位置。
具体是，先打开注入孔5333，关闭放空孔5334，通过泵送组件1向第二模腔内泵送流体，以将第一活塞54整体抬高，利用液压将第一活塞54整体上推的方式不仅更便于第一活塞54的上移，且可以将第一活塞54整体同步抬高，避免影响第一活塞54与外壳53之间的密封性能，此时第一活塞54被抬高至一定高度，且该位置所对应的缝宽值略大于预设缝宽值，并关闭注入孔5333；然后调节各个限位杆5332的位置，使得各限位杆5332伸入第二模腔内的长度均达到预设缝宽值，再打开放空孔5334，使得第一活塞54下降并抵靠在各限位杆5332的端部上，通过各限位杆5332的定位可以实现对第一活塞54位置的精准调节。
在安装时，一般将第一活塞54的位置调整到预设缝宽位置后，再安装顶板531。将第一活塞54整体抬高的方式，还可以在第一活塞54上固定一活塞提升板(例如活塞提升板为工字型板，其通过螺丝与第一活塞54连接)，通过上提该活塞提升板将第一活塞54抬高；将各限位杆5332调整好位置后，可以利用该活塞提升板向下压第一活塞54使其抵靠在第一活塞54上，调整完成后将活塞提升板拆掉，再安装顶板531。当然，对于第一活塞54的位置调节也可以采用其他方式，本实施例仅为举例说明。
作为优选地，顶板531、底板533和第一活塞54均为长方形板体，模拟裂缝51的长度方向沿长方形板体的长度方向延伸。按照此种结构设计，可以将模拟裂缝51的长度加工的比较长，且加工安装方便。由于堵漏施工操作时堵漏浆料固化前在地层内会一直流动，泵送堵漏浆料时泵排量较大，模拟井筒3和模拟裂缝51内的压力很快会上升至较大压力。因此，进液口5321和出液口5322设在模拟裂缝51的长度方向的两端，在试验时，将出液口5322打开，使得堵漏浆料经模拟裂缝51后由出液口5322排出，可以模拟实际堵漏施工中靠近井壁的这一段的流动情况。将模拟裂缝51的长度设计的更长，可以更好的利用各第二摄像头6拍摄在模拟裂缝51中堵漏浆料与地层模拟液混合的状态，避免模拟裂缝51的长度太短而导致堵漏浆料与地层模拟液还没来得及混合就流出的情况，影响试验的准确性。
进一步地，在模拟裂缝51采用上述的平行裂缝的情况下，为了保证该平行裂缝的平滑性，同时便于第二可视化窗52的加工安装，如图10至图12所示，在顶板531上开设有与第一模腔534连通的多个第一通孔5313，并在顶板531上开设有与第一通孔5313连通且孔径增大的第一阶梯孔5314。在第一通孔5313内设有第一玻璃521，第一玻璃521靠近第一模腔534的端面与顶板531的板面平齐。在第一阶梯孔5314内密封嵌设有第二玻璃522，并在顶板531的外侧且正对第二玻璃522的位置设有压环5315，压环5315通过第一固定件5316(例如螺栓)与顶板531连接，第一玻璃521和第二玻璃522构成第二可视化窗52。
可以理解，第一阶梯孔5314连通顶板531的顶面(即顶板531背对模腔的一面)，该第一阶梯孔5314具体是开设在上述的主体平板5311上，该第一通孔5313连通该第一阶梯孔5314和凸板5312的底面(即凸板5312面向模腔的一面)。这里的第一玻璃521和第二玻璃522均采用高压玻璃，材质可以选择高硼硅，以耐高压。第一玻璃521可以通过玻璃胶粘填在第一通孔5313中，其两端面分别与顶板531的底面和第一阶梯孔5314的孔肩平齐；第一玻璃521的作用主要是能与顶板531的底面(即顶板531面向模腔的一面，也即凸板5312的底面)平齐，保证顶板531的底面上不会存在有台阶，保证平行裂缝的平滑性，避免顶板531的底面存在台阶造成模拟裂缝51中流场的明显变化，而影响评价结果。
第二玻璃522主要起真正的高压密封作用，在第一阶梯孔5314的孔肩内且环绕第一玻璃521外侧的位置嵌设有密封圈，第二玻璃522的一部分嵌设在第一阶梯孔5314内并抵靠在第一阶梯孔5314的孔肩上；在压环5315面向顶板531的一端开设有与其内通孔连通且孔径增大的阶梯安装孔53151，第二玻璃522的部分能嵌设在阶梯安装孔53151内，并在阶梯安装孔53151和第二玻璃522之间夹设有第一垫环5317，以避免压环5315下压时压碎玻璃，对第二玻璃522起到保护作用。
进一步地，为了更好地模拟实际地层的环境，并方便调节模拟裂缝51的角度，如图1、图3、图7至图9以及图14至图22所示，在出口部311能拆卸地密封连接有出口接管34，出口接管34远离出口部311的端部设有第一端板342，第一端板342上设有第一长条状缝孔3421。进液口5321为长条状孔，在进液口5321处密封连接有进液接头55，进液接头55内设有与进液口5321连通的长条状缝通道。第一端板342与进液接头55的端部能拆卸地密封连接，且第一长条状缝孔3421能与长条状缝通道对接连通。
其中，出口部311一般由开设在模拟井筒3底部侧壁上的圆形孔形成，出口接管34也为圆形管，其内径与出口部311的孔径相同。上述第一长条状缝孔3421的流通面积应大于长条状缝通道的流通面积，进液口5321的形状也为长条缝状并与模拟裂缝51所在的平面平行。这样，模拟井筒3的出口部311至第一端板342之间的位置仍为圆形通道，第一端板342至模拟裂缝51之间以及模拟裂缝51内均为长缝状通道，可以模拟实际地层中堵漏浆料由井筒流出后先经过圆形通道再进入裂缝的真实情况，以更好的模拟地层环境，提高评价结果的真实可靠性。上述裂缝的角度，也即模拟裂缝51所在的平面与水平面之间的夹角，调节时，将裂缝模型5绕其长度方向转动至指定角度位置，将模拟井筒3的出口接管34调节至指定角度位置，再将第一端板342与进液接头55连接即可。
一般为了便于加工和安装，如图7所示，出口接管34的第一端部向外凸设有凸缘341，该凸缘341能通过多个紧固件(例如螺钉)与模拟井筒3能拆卸地连接，并在凸缘341和模拟井筒3的筒壁之间夹设有密封圈；第一端板342焊接在出口接管34的第二端部。
如图15至图20所示，进液接头55包括顺序连接的第二端板551、第一矩形连接管552、连接轴553、第二矩形连接管554和第三端板555(这五部分可以相互焊接固定)，第二端板551和第三端板555上分别设有第二长条状缝孔5511和第三长条状缝孔，第一矩形连接管552和第二矩形连接管554的内通道分别为第一矩形通道5521和第二矩形通道，连接轴553的内部具有贯穿其两端的第三矩形通道5531，第二长条状缝孔5511、第一矩形通道5521、第三矩形通道5531、第二矩形通道和第三长条状缝孔沿进液接头55轴向的横截面形状相同，这五部分孔/通道构成上述的长条状缝通道。第三端板555通过多个紧固件(例如螺钉)并配合密封圈与上述的环形侧板532密封连接，第二端板551通过多个紧固件(例如螺钉)并配合密封圈与第一端板342密封连接。第一端板342、第二端板551和第三端板555例如可以采用矩形板。
在实际应用中，为了更便于模拟裂缝51的角度调节操作，如图21所示，裂缝性地层堵漏模拟评价装置还包括模型架7，模型架7包括导轨71以及能滑动地设在导轨71上的定位架72，裂缝模型5能转动地设在定位架72上。在定位架72上还设有驱动机构73，驱动机构73与裂缝模型5连接并能驱动裂缝模型5的旋转。
如此，需要调节模拟裂缝51的角度时，先将裂缝模型5沿导轨71朝远离模拟井筒3的方向移动一段距离，然后通过驱动机构73带动裂缝模型5转动至指定角度位置，将出口接管34调节至指定角度位置，将出口接管34调节至指定角度位置；再将裂缝模型5沿着导轨71朝靠近模拟井筒3的方向移动，以靠近出口接管34，之后再将第一端板342和第二端板551连接即可，操作更加简单。
更具体的，该导轨71包括平行间隔设置的两个轨道件，定位架72由型材架构成并能滑动地支撑在两个轨道件上。上述的驱动机构73例如包括减速机，减速机的输出轴731为中空结构，并与出液口5322处密封连接。该输出轴731是直接穿设在减速机的光孔中，可以与环形侧板532焊接固定，进行试验时液体可以直接由该输出轴731流出。一般在定位架72上设有减速机定位板721，减速机安装在减速机定位板721上，减速机的输入轴可以连接旋转手轮，采用手动旋转的方式使旋转角度控制更加精准；在定位架72上且对应进液接头55和输出轴731的位置分别设有定位座722和轴承座723，进液接头55的连接轴553能转动地穿设在定位座722的通孔中，输出轴731穿设在该轴承座723中。
另外，裂缝性地层堵漏模拟评价装置还包括集成架8，上述的模拟井筒3和模型架7均安装在该集成架8上，在集成架8的底部还设有多个脚轮81，以便于移动。
进一步地，为了便于第一可视化窗312的加工安装，如图3至图6所示，模拟井筒3为具有圆形内孔的矩形筒体，在矩形筒体的每个侧面上沿其轴向均开设有与圆形内孔连通的多个第二通孔313，并在矩形筒体上开设有与第二通孔313连通且孔径增大的第二阶梯孔314。在第二阶梯孔314内密封嵌设有第三玻璃3121，在矩形筒体的每个侧面的外侧均设有一压板318，压板318通过第二固定件319(例如螺栓)与矩形筒体连接，在压板318上对应各第三玻璃3121的位置均开设有透孔3181，第三玻璃3121构成第一可视化窗312。
可以理解，该第二阶梯孔314连通矩形筒体的外侧壁。第三玻璃3121也采用高压玻璃，材质可以选择高硼硅，以耐高压。由于模拟井筒3上所设置的第三玻璃3121数量较多，因此，本实施例中对第三玻璃3121采用径向密封的方式，在第三玻璃3121的两端分别设有第二垫环315和第三垫环316，以防止玻璃被压坏；在第三玻璃3121外侧套设有密封组件317，矩形筒体的每个侧面上只设置一块压板318，利用该压板318同时压该侧面上的多个第三玻璃3121，通过密封组件317的挤压变形来实现密封，此时第二垫环315和第三垫环316分别顶抵在压板318和第二阶梯孔314的孔肩上。采用整块压板318压设固定多个玻璃，并利用径向密封的方式，不仅加工安装更加方便，而且可以消除各个第三玻璃3121之间的尺寸误差。
一般为了达到更好密封效果，如图4所示，密封组件317包括由外向内依次套设在第三玻璃3121上的密封钢套3171(材质为304不锈钢)、第一橡胶圈3172、玻璃密封套3173(材质为四氟)和第二橡胶圈3174，密封钢套3171和第二橡胶圈3174分别顶抵在压板318和第三垫环316上。当然，密封组件317也可以采用其他的结构方式，模拟井筒3的外壁形状也可以采用其他形状，第三玻璃3121也可以采用其他的密封固定方式，本实施例仅为举例说明。
对于第一可视化窗312的数量可以根据需要而定，例如可以在所有第一可视化窗312的位置均设有一个第一摄像头，也可以只在部分第一可视化窗312处设置第一摄像头；由于在模拟井筒3的底部地层模拟液与堵漏浆料的混合最为严重，因此，多采用在模拟井筒3底部的第一可视化窗312的位置设置第一摄像头。对于上述的第二摄像头6，一般多采用在模拟裂缝51长度方向的前中后三部分的第二可视化窗52处各设一些第二摄像头6，以更好地了解共混状态。同时各摄像头优选采用高速摄像头，以提高评价结果的准确性。
进一步地，在模拟井筒3的底部还设有测压孔331和测温孔332，可以插入相应的测压元件3311和测温元件3321，以便实时检测井筒内的温度和压力。在模拟井筒3的顶部还会设有放空孔道(在图中未示出)，在向模拟井筒3内注入地层模拟液前便打开该放空孔道，以保证模拟井筒3内能充满液体。
一般为了便于加工和安装，如图3所示，模拟井筒3包括两端开口的筒状本体31以及与筒状本体31的两端密封连接的上压帽32和下压帽33，上压帽32和下压帽33例如可以采用螺纹连接配合密封圈的方式与筒状本体31连接，在上压帽32上开设有中心孔，上述的模拟钻杆4能通过该中心孔插入模拟井筒3内，并与该中心孔螺纹密封连接。上述的第一可视化窗312设在筒状本体31上，出口部311设在筒状本体31的底部侧壁上，测压孔331和测温孔332开设在下压帽33上。
进一步地，由于堵漏浆料本身浓度较大，一般采用活塞挤压的方式将其挤出，例如，如图2所示，搅拌容器2包括筒壳21、能拆卸地连接在筒壳21顶部的压盖22以及能在筒壳21内轴向密封滑动的第二活塞23，第二活塞23将筒壳21的内部分隔成上腔室24和下腔室25，压盖22上设有能与上腔室24连通的液压注入口221，在筒壳21上开设有与下腔室25连通的浆料出口211。在下腔室25内还设有搅拌桨26，下腔室25内用于盛装堵漏浆料。泵送组件1能通断地与液压注入口221连接，并能向上腔室24内泵送流体，浆料出口211能通断地与进口部41连接。
其中，搅拌容器2采用的是高压搅拌容器。搅拌桨26的杆体密封穿过筒壳21的底面后与一驱动装置27连接，驱动装置27能驱动搅拌桨26旋转。在筒壳21底部还会连接有支撑架28，驱动装置27安装在该支撑架28上，驱动装置27可以根据需要采用任一结构形式，例如本实施例中采用外磁铁271、内磁铁272和电机273的方式，通过外磁铁271带动内磁铁272进行磁力搅拌，电机273转速在100-3000转/分钟可调。试验时，先打开压盖22，向筒壳21内部倒入堵漏浆料后，再放置第二活塞23，安装上压盖22。利用搅拌桨26将堵漏浆料搅拌均匀后，通过泵送组件1向上腔室24内泵送流体(例如清水)，推动第二活塞23下移，便可以将堵漏浆料通过浆料出口211和进口部41挤入模拟井筒3内，操作简便。
进一步地，为了便于泵送组件1能通断地与液压注入口221和进口部41连接，以及浆料出口211能通断地与进口部41连接，如图1所示，泵送组件1通过总管路13与进口部41连接，总管路13连接有第一旁通管路14和第二旁通管路15，第一旁通管路14与液压注入口221连接，第二旁通管路15与浆料出口211连接。在总管路13上且位于第一旁通管路14和第二旁通管路15之间设有第一开关阀131，在第一旁通管路14上设有第二开关阀141，在第二旁通管路15上设有第三开关阀151。在出液口5322处连接有第四开关阀5323，以便于控制出液口5322的开闭。可以理解，沿流体的输送方向，第二旁通管路15位于第一旁通管路14的后方，即第一旁通管路14靠近泵送组件1设置，第二旁通管路15靠近模拟井筒3设置。一般为了进口部41与总管路13连接，在模拟钻杆4上连接有波纹接头42(例如焊接固定)，波纹接头42的内通径构成上述的进口部41。
对于上述通过注入孔5333注入流体来驱动第一活塞54移动的实施方式中，在总管路13上还连接有第三旁通管路16，第三旁通管路16位于泵送组件1的出口端和第一旁通管路14之间，第三旁通管路16与注入孔5333连接，并在第三旁通管路16上且靠近注入孔5333的位置设有第五开关阀161。在放空孔5334处一般连接有第六开关阀5335，以便于控制放空孔5334的开闭。
进一步地，如图1所示，泵送组件1包括计量柱塞泵11、第一储液罐12和第二储液罐，第一储液罐12用于存储地层模拟液，第二储液罐用于存储流体(例如清水)。第一储液罐12和第二储液罐均能通断地与计量柱塞泵11的进口端连接，计量柱塞泵11的出口端通过总管路13与进口部41连接。该计量柱塞泵11用于模拟实际钻井中的泥浆泵，用于向模拟井筒3中泵入地层模拟液，以及用于向第二模腔或搅拌容器2的上腔室24中泵送流体；本实施例中该泵的最大排量为360L/h，压力5.5MPa，可通过变频器调节电机的转速调节泵入排量。
实际连接操作时，可以在计量柱塞泵11的进口端处连接总开关阀111，需要泵送地层模拟液时，将第一储液罐12与总开关阀111连接；需要泵送流体时，将第一储液罐12拆掉，将第二储液罐与总开关阀111连接。或者，也可以将第一储液罐12和第二储液罐分别通过带有开关阀的分支管路与总开关阀111连接，通过分别打开各自分支管路上的开关阀，便可以实现泵送地层模拟液或泵送流体的目的。具体连接方式根据需要而定，本发明对此不进行限定。
此外，一般在总管路13上且位于计量柱塞泵11的出口端和第三旁通管路16之间还连接有泄压阀132和涡轮流量计133，以便于试验结束后通过泄压阀132将相应管路内的液体放空，模拟井筒3和模拟裂缝51内的液体可以通过出液口5322排出，搅拌容器2可以通过自带的放空口进行放空。通过涡轮流量计133可以实时监测计量柱塞泵11的泵排量。
进一步地，本实施例中还提供一种裂缝性地层堵漏模拟评价方法，采用上述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置进行试验，裂缝性地层堵漏模拟评价方法包括如下步骤：
关闭出液口5322，通过泵送组件1向模拟井筒3内泵送地层模拟液，直到模拟井筒3和裂缝模型5内均充满地层模拟液；
向搅拌容器2内加入堵漏浆料，并利用搅拌容器2将堵漏浆料搅拌均匀；
打开出液口5322，同时搅拌容器2将搅拌混合后的堵漏浆料输送至模拟井筒3内；
通过各第一摄像头和各第二摄像头6拍摄记录堵漏浆料进入模拟井筒3的时间内，模拟井筒3内和模拟裂缝51中不同位置的两相流动状态；然后根据各第一摄像头和各第二摄像头6拍摄的图像中颜色的不同，区分堵漏浆料和地层模拟液，并计算两相体积占比，用于定量分析堵漏浆料抗地层流体冲稀能力；根据各第一摄像头和各第二摄像头6拍摄的连续图像，计算堵漏浆料在模拟裂缝51中的运移速度，用于定量分析堵漏浆料在模拟裂缝51中的驻留能力。
进一步地优选地，利用搅拌容器2将堵漏浆料搅拌均匀之后，打开出液口5322之前，还包括如下步骤：将模拟井筒3和裂缝模型5加热至预设温度。关闭出液口5322，并向模拟井筒3内泵送地层模拟液之前还包括如下步骤：调节模拟裂缝51的缝宽和角度至预设缝宽和预设角度。
进一步地，以堵漏浆料采用固化堵漏材料，第二储液罐内存储清水，地层模拟液采用钻井液，第一摄像头只设在模拟井筒3的底部为例，对本实施例中的评价装置的评价方法步骤进行详细说明，具体如下：
步骤1：调整模拟裂缝51的宽度和角度
①在第二储液罐中加入清水，将计量柱塞泵11与第二储液罐连接；
②将某一长度的模拟钻杆4装入模拟井筒3内；
③打开总开关阀111和第五开关阀161，关闭第一开关阀131、第二开关阀141、第三开关阀151、第六开关阀5335和第四开关阀5323；
④调整计量柱塞泵11的排量，逐渐注入清水，顶替模腔内的第一活塞54上移，直到达到设定的缝宽(此过程中还可以通过限位杆5332微调以保证缝宽调整的准确度)；
⑤关闭总开关阀111和第五开关阀161，调整出口接管34与进液接头55的连接角度，使得模拟裂缝51与水平面的夹角达到0°，30°，60°，90°等设定角度。
步骤2：向模拟井筒3与裂缝模型5中注入钻井液，模拟地层流体环境
①在第一储液罐12中加入钻井液，将第一储液罐12与计量柱塞泵11连接；
②打开总开关阀111和第一开关阀131，关闭第二开关阀141、第三开关阀151、第五开关阀161、第六开关阀5335和第四开关阀5323，以断开计量柱塞泵11与搅拌容器2和裂缝模型5的连接；打开模拟井筒3顶部的放空孔道，设置计量柱塞泵11的流量和压力，以较缓的速度向模拟井筒3内注入钻井液，直到模拟井筒3和模拟裂缝51内充满钻井液；
③注满钻井液后，关闭模拟井筒3顶部的放空孔道，关闭总开关阀111和第一开关阀131。
步骤3：向搅拌容器2中加入待测的堵漏浆料并搅拌均匀
①打开搅拌容器2顶部的压盖22，倒入一定体积的固化堵漏浆和少量染料，然后安装第二活塞23并关闭搅拌容器2的顶部(即安装压盖22)；
②设置搅拌容器2的磁力搅拌速度，使待测的堵漏浆料搅拌均匀。
步骤4：通过计量柱塞泵11模拟不同流速时井下注入
①设置并开启模拟井筒3的第一加热套和裂缝模型5的第二加热套，模拟地层温度；
②将装有清水的第二储液罐与计量柱塞泵11再次联通，并设置计量柱塞泵11的压力和流量；
③打开总开关阀111、第二开关阀141、第三开关阀151和第四开关阀5323，同时通过第二活塞23将混有染料的固化堵漏浆挤出搅拌容器2，挤入模拟井筒3内。
步骤5：通过高压可视窗和高速摄像机记录模拟井筒3和模拟裂缝51内的两相流动
①配备若干第一摄像头和第二摄像头6，将第一摄像头对准模拟井筒3底部的第一可视化窗312，将各第二摄像头6对准模拟裂缝51不同位置的第二可视化窗52；
②利用各第一摄像头和第二摄像头6拍摄固化堵漏浆进入模拟井筒3的时间内，模拟井筒3的底部和模拟裂缝51不同位置的两相流动状态；
③根据各摄像头拍摄的图像中颜色的不同，区分固化堵漏浆和钻井液，并计算两相体积占比，用于定量分析固化堵漏浆抗地层流体冲稀能力；
④根据各摄像头拍摄的连续图像，计算固化堵漏浆在模拟裂缝51中的运移速度，用于定量分析固化堵漏浆裂缝中驻留能力。
步骤6：拆卸清洗管线、各储液罐、搅拌容器2、模拟井筒3及裂缝模型5。
综上，本实施例中的评价装置及评价方法，针对固化堵漏材料与地层流体共混程度和堵漏材料漏层驻留性能的定量评价，建立了一套井筒-缝板可视化堵漏评价装置和评价方法。通过泵送组件1、搅拌容器2、模拟井筒3、模拟钻杆4和裂缝模型5的配合，该搅拌容器2用于对注入模拟井筒3内的堵漏浆料进行搅拌混合；该模拟井筒3为高压可视模拟井筒，用于模拟实际钻井井筒，整体可以采用不锈钢，四周开圆形高压可视窗，外部采用柔性加热套包裹加热，可模拟地层温度；模拟钻杆4可拆卸，长度有500mm、400mm、300mm、200mm和100mm，用于模拟堵漏作业中钻杆下入的不同深度；模拟井筒3与裂缝模型5采用直接连接，当圆形密封法兰上的孔(即凸缘341上的孔)与筒体上的孔配合安装可以使出口成0°，30°，60°，90°等角度变化，用于模拟不同角度裂缝；裂缝模型5为高压可视裂缝模型，主体可以采用不锈钢制作，本实施例中模拟裂缝51尺寸50×1000mm，模拟裂缝51的缝宽可通过内部的第一活塞54升高进行调节，调节尺寸为1-10mm，顶部有高压视窗，便于观察堵漏浆的流动情况。
通过高压可视窗实现实时直观观察；通过模拟钻杆4、模拟井筒3和裂缝模型5连接，可实现模拟泵压、排量、钻杆下入深度、地层温度、裂缝宽度、裂缝角度、地层流体理化性能等参数可调整；通过搭配的高速摄像头及图形处理技术，可实现定量描述固化堵漏材料(水泥、凝胶、树脂等)与钻井液井下两相流动状态，定量分析井筒中堵漏浆与地层流体体积分布及堵漏浆裂缝中运移速度，为固化堵漏材料理化性能和现场施工参数优选提供科学评价方法。整个装置方便拆卸，可实现固化堵漏浆在贴近施工条件下抗地层流体冲稀能力与裂缝中驻留能力的定量分析评价，评价结果更加准确可靠，科学指导固化堵漏配方和施工工艺优化，提高一次堵漏成功率，大幅减少井漏经济损失。
进一步地，以下以模拟工况Ⅰ、模拟工况Ⅱ、模拟工况Ⅲ和模拟工况Ⅳ这四种工况为例，来对采用上述评价装置进行评价的过程进行举例说明，具体如下：
实施例1：水泥堵漏材料抗钻井液冲稀和裂缝滞留能力评价(模拟工况Ⅰ)
(1)在第二储液罐中加入清水，将计量柱塞泵11与第二储液罐连接；
(2)将300mm长度的模拟钻杆4装入模拟井筒3内；
(3)打开总开关阀111和第五开关阀161，关闭第一开关阀131、第二开关阀141、第三开关阀151、第六开关阀5335和第四开关阀5323；
(4)调整计量柱塞泵11的排量，逐渐注入清水，顶替模腔内的第一活塞54上移，使得缝宽达到5mm；
(5)关闭总开关阀111和第五开关阀161，调整出口接管34与进液接头55的连接角度为30°，即模拟裂缝51与水平面的夹角达到30°。
(6)在第一储液罐12中加入1.4g/cm3密度水基钻井液，水基钻井液配方为2％膨润土+0.3％黄原胶+1％低粘度聚阴离子纤维素+重晶石粉，将第一储液罐12与计量柱塞泵11连接；
(7)打开总开关阀111和第一开关阀131，关闭第二开关阀141、第三开关阀151、第五开关阀161、第六开关阀5335和第四开关阀5323，以断开计量柱塞泵11与搅拌容器2和裂缝模型5的连接；打开模拟井筒3顶部的放空孔道，设置计量柱塞泵11的流量和压力，以较缓的速度向模拟井筒3内注入钻井液，直到模拟井筒3和模拟裂缝51内充满钻井液；
(8)注满钻井液后，关闭模拟井筒3顶部的放空孔道，关闭总开关阀111和第一开关阀131。
(9)打开搅拌容器2顶部的压盖22，倒入2000mL的水泥堵漏浆和0.1mL亚甲基蓝染料，然后安装第二活塞23并关闭搅拌器的顶部，水泥堵漏浆为波特兰水泥浆，水灰比为0.5，配制过程参考GBT19139-2012；
(10)设置搅拌容器2的磁力搅拌速度，使待测的堵漏浆料搅拌均匀。
(11)设置并开启模拟井筒3的第一加热套和裂缝模型5的第二加热套，加热至60℃；
(12)将装有清水的第二储液罐与计量柱塞泵11再次联通，并设置计量柱塞泵11的压力和流量分别为1MPa和3L/min；
(13)打开总开关阀111、第二开关阀141、第三开关阀151和第四开关阀5323，同时通过第二活塞23将混有染料的固化堵漏浆挤出搅拌容器2，挤入模拟井筒3内。
(14)利用各第一摄像头和第二摄像头6拍摄固化堵漏浆进入模拟井筒3的时间内，模拟井筒3的底部和模拟裂缝51不同位置的两相流动状态；
(15)根据各摄像头拍摄的图像中颜色的不同，区分固化堵漏浆和钻井液，并计算两相体积占比，用于定量分析固化堵漏浆抗地层流体冲稀能力；
(16)根据各摄像头拍摄的连续图像，计算固化堵漏浆在模拟裂缝51中的运移速度，用于定量分析固化堵漏浆裂缝中驻留能力。
实施例2：水泥堵漏材料抗钻井液冲稀和裂缝滞留能力评价(模拟工况Ⅱ)
(1)在第二储液罐中加入清水，将计量柱塞泵11与第二储液罐连接；
(2)将500mm长度的模拟钻杆4装入模拟井筒3内；
(3)打开总开关阀111和第五开关阀161，关闭第一开关阀131、第二开关阀141、第三开关阀151、第六开关阀5335和第四开关阀5323；
(4)调整计量柱塞泵11的排量，逐渐注入清水，顶替模腔内的第一活塞54上移，使得缝宽达到3mm；
(5)关闭总开关阀111和第五开关阀161，调整出口接管34与进液接头55的连接角度为0°，即模拟裂缝51与水平面的夹角达到0°。
(6)在第一储液罐12中加入1.4g/cm3密度水基钻井液，水基钻井液配方为2％膨润土+0.3％黄原胶+1％低粘度聚阴离子纤维素+重晶石粉，将第一储液罐12与计量柱塞泵11连接；
(7)打开总开关阀111和第一开关阀131，关闭第二开关阀141、第三开关阀151、第五开关阀161、第六开关阀5335和第四开关阀5323，以断开计量柱塞泵11与搅拌容器2和裂缝模型5的连接；打开模拟井筒3顶部的放空孔道，设置计量柱塞泵11的流量和压力，以较缓的速度向模拟井筒3内注入钻井液，直到模拟井筒3和模拟裂缝51内充满钻井液；
(8)注满钻井液后，关闭模拟井筒3顶部的放空孔道，关闭总开关阀111和第一开关阀131。
(9)打开搅拌容器2顶部的压盖22，倒入2000mL的水泥堵漏浆和0.1mL亚甲基蓝染料，然后安装第二活塞23并关闭搅拌容器2的顶部，水泥堵漏浆为波特兰水泥浆，水灰比为0.5，配制过程参考GBT19139-2012；
(10)设置搅拌容器2的磁力搅拌速度，使待测的堵漏浆料搅拌均匀。
(11)设置并开启模拟井筒3的第一加热套和裂缝模型5的第二加热套，加热至60℃；
(12)将装有清水的第二储液罐与计量柱塞泵11和模拟井筒3再次联通，并设置计量柱塞泵11的压力和流量分别为2MPa和6L/min；
(13)打开总开关阀111、第二开关阀141、第三开关阀151和第四开关阀5323，同时通过第二活塞23将混有染料的固化堵漏浆挤出搅拌容器2，挤入模拟井筒3内。
(14)利用各第一摄像头和第二摄像头6拍摄固化堵漏浆进入模拟井筒3的时间内，模拟井筒3的底部和模拟裂缝51不同位置的两相流动状态；
(15)根据各摄像头拍摄的图像中颜色的不同，区分固化堵漏浆和钻井液，并计算两相体积占比，用于定量分析固化堵漏浆抗地层流体冲稀能力；
(16)根据各摄像头拍摄的连续图像，计算固化堵漏浆在模拟裂缝51中的运移速度，用于定量分析固化堵漏浆裂缝中驻留能力。
实施例3：树脂固化堵漏材料抗钻井液冲稀和裂缝滞留能力评价(模拟工况Ⅲ)
(1)在第二储液罐中加入清水，将计量柱塞泵11与第二储液罐连接；
(2)将400mm长度的模拟钻杆4装入模拟井筒3内；
(3)打开总开关阀111和第五开关阀161，关闭第一开关阀131、第二开关阀141、第三开关阀151、第六开关阀5335和第四开关阀5323；
(4)调整计量柱塞泵11的排量，逐渐注入清水，顶替模腔内的第一活塞54上移，使得缝宽达到7mm；
(5)关闭总开关阀111和第五开关阀161，调整出口接管34与进液接头55的连接角度为60°，即模拟裂缝51与水平面的夹角达到60°。
(6)在第一储液罐12中加入1.4g/cm3密度水基钻井液，水基钻井液配方为2％膨润土+0.3％黄原胶+1％低粘度聚阴离子纤维素+重晶石粉，将第一储液罐12与计量柱塞泵11连接；
(7)打开总开关阀111和第一开关阀131，关闭第二开关阀141、第三开关阀151、第五开关阀161、第六开关阀5335和第四开关阀5323，以断开计量柱塞泵11与搅拌容器2和裂缝模型5的连接；打开模拟井筒3顶部的放空孔道，设置计量柱塞泵11的流量和压力，以较缓的速度向模拟井筒3内注入钻井液，直到模拟井筒3和模拟裂缝51内充满钻井液；
(8)注满钻井液后，关闭模拟井筒3顶部的放空孔道，关闭总开关阀111和第一开关阀131。
(9)打开搅拌容器2顶部的压盖22，倒入2000mL的水性环氧树脂和10g氧化铁红染料，然后安装第二活塞23并关闭搅拌容器2的顶部。
(10)设置搅拌容器2的磁力搅拌速度，使待测的堵漏浆料搅拌均匀。
(11)设置并开启模拟井筒3的第一加热套和裂缝模型5的第二加热套，加热至80℃；
(12)将装有清水的第二储液罐与计量柱塞泵11再次联通，并设置计量柱塞泵11的压力和流量分别为2MPa和3L/min；
(13)打开总开关阀111、第二开关阀141、第三开关阀151和第四开关阀5323，同时通过第二活塞23将混有染料的固化堵漏浆挤出搅拌容器2，挤入模拟井筒3内。
(14)利用各第一摄像头和第二摄像头6拍摄固化堵漏浆进入模拟井筒3的时间内，模拟井筒3的底部和模拟裂缝51不同位置的两相流动状态；
(15)根据各摄像头拍摄的图像中颜色的不同，区分固化堵漏浆和钻井液，并计算两相体积占比，用于定量分析固化堵漏浆抗地层流体冲稀能力；
(16)根据各摄像头拍摄的连续图像，计算固化堵漏浆在模拟裂缝51中的运移速度，用于定量分析固化堵漏浆裂缝中驻留能力。
实施例4：树脂固化堵漏材料抗钻井液冲稀和裂缝滞留能力评价(模拟工况Ⅳ)
(1)在第二储液罐中加入清水，将计量柱塞泵11与第二储液罐连接；
(2)将100mm长度的模拟钻杆4装入模拟井筒3内；
(3)打开总开关阀111和第五开关阀161，关闭第一开关阀131、第二开关阀141、第三开关阀151、第六开关阀5335和第四开关阀5323；
(4)调整计量柱塞泵11的排量，逐渐注入清水，顶替模腔内的第一活塞54上移，使得缝宽达到10mm；
(5)关闭总开关阀111和第五开关阀161，调整出口接管34与进液接头55的连接角度为90°，即模拟裂缝51与水平面的夹角达到90°。
(6)在第一储液罐12中加入1.4g/cm3密度水基钻井液，水基钻井液配方为2％膨润土+0.3％黄原胶+1％低粘度聚阴离子纤维素+重晶石粉，将第一储液罐12与计量柱塞泵11连接；
(7)打开总开关阀111和第一开关阀131，关闭第二开关阀141、第三开关阀151、第五开关阀161、第六开关阀5335和第四开关阀5323，以断开计量柱塞泵11与搅拌容器2和裂缝模型5的连接；打开模拟井筒3顶部的放空孔道，设置计量柱塞泵11的流量和压力，以较缓的速度向模拟井筒3内注入钻井液，直到模拟井筒3和模拟裂缝51内充满钻井液；
(8)注满钻井液后，关闭模拟井筒3顶部的放空孔道，关闭总开关阀111和第一开关阀131。
(9)打开搅拌容器2顶部的压盖22，倒入2000mL水性丙烯酸树脂的和10g氧化铁红染料，然后安装第二活塞23并关闭搅拌容器2的顶部。
(10)设置搅拌容器2的磁力搅拌速度，使待测的堵漏浆料搅拌均匀。
(11)设置并开启模拟井筒3的第一加热套和裂缝模型5的第二加热套，加热至80℃；
(12)将装有清水的第二储液罐与计量柱塞泵11再次联通，并设置计量柱塞泵11的压力和流量分别为1.5MPa和5L/min；
(13)打开总开关阀111、第二开关阀141、第三开关阀151和第四开关阀5323，同时通过第二活塞23将混有染料的固化堵漏浆挤出搅拌容器2，挤入模拟井筒3内。
(14)利用各第一摄像头和第二摄像头6拍摄固化堵漏浆进入模拟井筒3的时间内，模拟井筒3的底部和模拟裂缝51不同位置的两相流动状态；
(15)根据各摄像头拍摄的图像中颜色的不同，区分固化堵漏浆和钻井液，并计算两相体积占比，用于定量分析固化堵漏浆抗地层流体冲稀能力；
(16)根据各摄像头拍摄的连续图像，计算固化堵漏浆在模拟裂缝51中的运移速度，用于定量分析固化堵漏浆裂缝中驻留能力。
以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (20)

1.一种裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，包括：
模拟井筒，其顶部能拆卸地连接有能伸入所述模拟井筒内的模拟钻杆，在所述模拟钻杆上设有进口部，所述进口部通过所述模拟钻杆的内通道与所述模拟井筒的内部连通，在所述模拟井筒的底部设有出口部；所述模拟井筒的筒壁上设有多个第一可视化窗，并在部分所述第一可视化窗处设有第一摄像头；
裂缝模型，其内部具有模拟裂缝，所述模拟裂缝的第一端能与所述出口部连通，所述模拟裂缝的第二端能与设在所述裂缝模型上的出液口连通；在所述裂缝模型上设有正对所述模拟裂缝的多个第二可视化窗，并在部分所述第二可视化窗处设有第二摄像头；
泵送组件，能将地层模拟液通过所述进口部泵送至模拟井筒和模拟裂缝内；
以及搅拌容器，用于对堵漏浆料进行搅拌混合，并能在所述模拟井筒和所述模拟裂缝内充满所述地层模拟液后，将搅拌混合后的堵漏浆料通过所述进口部输送至所述模拟井筒内。
2.如权利要求1所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
所述地层模拟液为钻井液或盐水。
3.如权利要求1所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
在所述模拟井筒的外侧套设有第一加热套，在所述裂缝模型的外侧套设有第二加热套。
4.如权利要求1所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
所述裂缝模型包括具有模腔的外壳，在所述模腔内设有能密封滑动的第一活塞，所述第一活塞将所述模腔分隔成第一模腔和第二模腔，所述第一模腔构成所述模拟裂缝，通过所述第一活塞的移动能调节所述模拟裂缝的缝宽。
5.如权利要求4所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
在所述外壳上开设有与所述第二模腔连通的多个调节安装孔，所述调节安装孔内能调节地密封插设有限位杆，所述限位杆的端部能顶靠在所述第一活塞上。
6.如权利要求4或5所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
在所述外壳上开设有注入孔和放空孔，所述注入孔和所述放空孔均与所述第二模腔连通；所述泵送组件能通断地与所述注入孔连通，并能向所述第二模腔内泵送流体。
7.如权利要求4所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
所述外壳由顶板、底板和环形侧板围合构成，所述顶板、所述底板和所述环形侧板围成的内部空间构成所述模腔；所述第一活塞与所述环形侧板滑动密封连接，所述模拟裂缝为平行裂缝，所述第二可视化窗设在所述顶板上；所述出液口开设在所述环形侧板上，在所述环形侧板上还开设有进液口，所述模拟裂缝能通过所述进液口与所述出口部连通。
8.如权利要求7所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
所述顶板、所述底板和所述第一活塞均为长方形板体，所述模拟裂缝的长度方向沿所述长方形板体的长度方向延伸。
9.如权利要求7所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
在所述顶板上开设有与所述第一模腔连通的多个第一通孔，并在所述顶板上开设有与所述第一通孔连通且孔径增大的第一阶梯孔；在所述第一通孔内设有第一玻璃，所述第一玻璃靠近所述第一模腔的端面与所述顶板的板面平齐；在所述第一阶梯孔内密封嵌设有第二玻璃，并在所述顶板的外侧且正对所述第二玻璃的位置设有压环，所述压环通过第一固定件与所述顶板连接，所述第一玻璃和所述第二玻璃构成所述第二可视化窗。
10.如权利要求7所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
在所述出口部能拆卸地密封连接有出口接管，所述出口接管远离所述出口部的端部设有第一端板，所述第一端板上设有第一长条状缝孔；所述进液口为长条状孔，在所述进液口处密封连接有进液接头，所述进液接头内设有与所述进液口连通的长条状缝通道；所述第一端板与所述进液接头的端部能拆卸地密封连接，且所述第一长条状缝孔能与所述长条状缝通道对接连通。
11.如权利要求10所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，所述裂缝性地层堵漏模拟评价装置还包括模型架；
所述模型架包括导轨以及能滑动地设在所述导轨上的定位架，所述裂缝模型能转动地设在所述定位架上；在所述定位架上还设有驱动机构，所述驱动机构与所述裂缝模型连接并能驱动所述裂缝模型的旋转。
12.如权利要求11所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
所述驱动机构包括减速机，所述减速机的输出轴为中空结构，并与所述出液口处密封连接。
13.如权利要求1所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
所述模拟井筒为具有圆形内孔的矩形筒体，在所述矩形筒体的每个侧面上沿其轴向均开设有与所述圆形内孔连通的多个第二通孔，并在所述矩形筒体上开设有与所述第二通孔连通且孔径增大的第二阶梯孔；在所述第二阶梯孔内密封嵌设有第三玻璃，在所述矩形筒体的每个侧面的外侧均设有一压板，所述压板通过第二固定件与所述矩形筒体连接，在所述压板上对应各所述第三玻璃的位置均开设有透孔，所述第三玻璃构成所述第一可视化窗。
14.如权利要求1所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
在所述模拟井筒的底部还设有测压孔和测温孔。
15.如权利要求1所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
所述搅拌容器包括筒壳、能拆卸地连接在所述筒壳顶部的压盖以及能在所述筒壳内轴向密封滑动的第二活塞，所述第二活塞将所述筒壳的内部分隔成上腔室和下腔室，所述压盖上设有能与所述上腔室连通的液压注入口，在所述筒壳上开设有与所述下腔室连通的浆料出口；在所述下腔室内还设有搅拌桨，所述下腔室内用于盛装所述堵漏浆料；所述泵送组件能通断地与所述液压注入口连接，并能向所述上腔室内泵送流体，所述浆料出口能通断地与所述进口部连接。
16.如权利要求15所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
所述泵送组件通过总管路与所述进口部连接，所述总管路连接有第一旁通管路和第二旁通管路，所述第一旁通管路与所述液压注入口连接，所述第二旁通管路与所述浆料出口连接；在所述总管路上且位于所述第一旁通管路和所述第二旁通管路之间设有第一开关阀，在所述第一旁通管路上设有第二开关阀，在所述第二旁通管路上设有第三开关阀；在所述出液口处连接有第四开关阀。
17.如权利要求16所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置，其特征在于，
所述泵送组件包括计量柱塞泵、第一储液罐和第二储液罐，所述第一储液罐用于存储地层模拟液，所述第二储液罐用于存储流体；所述第一储液罐和所述第二储液罐均能通断地与所述计量柱塞泵的进口端连接，所述计量柱塞泵的出口端通过所述总管路与所述进口部连接。
18.一种裂缝性地层堵漏模拟评价方法，其特征在于，采用如权利要求1-17任一项所述的裂缝性地层堵漏模拟评价装置进行试验，所述裂缝性地层堵漏模拟评价方法包括如下步骤：
关闭所述出液口，通过所述泵送组件向所述模拟井筒内泵送地层模拟液，直到所述模拟井筒和所述裂缝模型内均充满所述地层模拟液；
向所述搅拌容器内加入堵漏浆料，并利用所述搅拌容器将所述堵漏浆料搅拌均匀；
打开所述出液口，同时所述搅拌容器将搅拌混合后的所述堵漏浆料输送至所述模拟井筒内；
通过各所述第一摄像头和各所述第二摄像头拍摄记录所述堵漏浆料进入所述模拟井筒的时间内，所述模拟井筒内和所述模拟裂缝中不同位置的两相流动状态；然后根据各所述第一摄像头和各所述第二摄像头拍摄的图像中颜色的不同，区分所述堵漏浆料和所述地层模拟液，并计算两相体积占比，用于定量分析所述堵漏浆料抗地层流体冲稀能力；根据各所述第一摄像头和各所述第二摄像头拍摄的连续图像，计算所述堵漏浆料在所述模拟裂缝中的运移速度，用于定量分析所述堵漏浆料在所述模拟裂缝中的驻留能力。
19.如权利要求18所述的裂缝性地层堵漏模拟评价方法，其特征在于，
利用所述搅拌容器将所述堵漏浆料搅拌均匀之后，打开所述出液口之前，还包括如下步骤：
将所述模拟井筒和所述裂缝模型加热至预设温度。
20.如权利要求18所述的裂缝性地层堵漏模拟评价方法，其特征在于，
关闭所述出液口，并向所述模拟井筒内泵送地层模拟液之前还包括如下步骤：
调节所述模拟裂缝的缝宽和角度至预设缝宽和预设角度。
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