CN114607311B - 用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置，包括：井筒单元、注液单元、注气单元以及检测单元。其中，通过所述注液单元和注气单元能够模拟坐封压井时的过程及在这一过程中的井下环境，通过检测单元能够检测在坐封及压井过程中井筒单元的压力变化情况，从而便与实验人员更详尽的了解各个坐封压力条件下井下各个位置的压力变化情况。

Description

用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置和方法

技术领域

本发明涉及石油开采领域，具体涉及一种用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置，以及一种模拟检测方法。

背景技术

随着我国勘探开发的不断进行，钻井过程中所遇到的地质环境越来越复杂。目前的地质环境存在地层压力高、钻井液密度窗口窄、易发生溢流、井涌等复杂情况。当发现溢流、井涌后，现有的技术是使用井下防喷器坐封，使得管流单向封闭。但由于初始条件为井底欠平衡，因此，仍有流体进入管流内部，使得管流关闭部位压力升高，严重时导致井下防喷器失效，失去井下保护屏障功能。因而，有必要研究在钻井液停止循环情况下，模拟井下防喷器坐封过程和模拟防喷器坐封时的压井情况。

然而，目前还没有能够模拟井下防喷器坐封情况下控制井筒压力的设备。因此，急需设计一种井下防喷器井筒压力控制模拟实验装置，能够模拟井下防喷器坐封过程以及研究当防喷器坐封时，模拟正循环压井和反循环压井，查看压力变化，以修正数学模型。

发明内容

针对如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置。本发明的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置能够模拟不同压力条件下的坐封及压井过程，并得到这一过程中井下各个位置的压力变化情况。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置，包括：井筒单元、注液单元、注气单元以及检测单元。所述井筒单元包括套接在一起的外管体和内管体，所述内管体具有流体流通的通道。在所述外管体和内管体径向间形成有环形空间，在所述环形空间内设置有防喷器，从而将所述环形空间分为上环形空间和下环形空间。所述注液单元包括连接所述通道和水源的第一注液管线；连接所述上环形空间和压井液源的第二注液管线；以及连接水源和下环形空间的第三注液管线。所述注气单元包括连接气源和所述内管体下端的第一注气管线，以及连接气源和下环形空间的第二注气管线。所述检测单元包括设置在所述环形空间内的至少一个压力传感器。

其中，通过所述注液单元和注气单元能够模拟坐封及压井的过程，并且通过所述检测单元能够检测在坐封及压井的过程中井筒单元的压力变化。

在一个优选的实施例中，在所述注液管线和注气管线上都设置有用于控制管线通断及注入压力的控制阀。

在一个优选的实施例中，所述检测单元包括4个压力传感器，分别用于检测防喷器上端、防喷器下端、外管体下端以及外管体下端与防喷器下端之间的轴向中部处的环形空间内的压力。

在一个优选的实施例中，所述装置还包括连接气源与上环形空间的回压管线，所述回压管线能够向所述上环形空间施加回压。

在一个优选的实施例中，其特征在于，所述装置还包括连接水源与上环形空间的第四注液管线，所述第四注液管线上设置有试压阀。

在一个优选的实施例中，所述装置还包括泄压管，在所述泄压管上设置有泄压阀。

在一个优选的实施例中，在所述水源上连接有螺杆泵以及用于控制螺杆泵的泵入阀。

在一个优选的实施例中，所述第一注气管线和第二注气管线上还设置有气体流量计，在所述水源上还连接有液体流量计，并且在所述第二注液管线上还设置有增压阀。

根据本发明的第二方面，提供了一种对井筒坐封压井过程进行模拟，并对井下压力进行及检测方法，包括：

步骤一，通过第三注液管线，向所述下环形空间内注入清水；

步骤二，通过第一注气管线和第二注气管线，向所述通道和下环形空间内注入气体；

步骤三，密封所述内管体的上端，通过第一注液管线，向所述通道内注入高压液体，直至所述防喷器坐封；

步骤四，通过第二注液管线和第三注液管线，分别向所述上环形空间及下环形空间内注入不同压力的液体，模拟正压井及反压井；

步骤五，通过泄压管排出所述装置内的高压液体及气体，解封防喷器。

在一个优选的实施例中，所述的对井筒坐封压井过程进行模拟，并对井下压力进行检测的方法还包括在步骤三和步骤四中记录压力数据，并分别用于验证坐封过程和压井过程的数学模型。

本发明的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置通过第三注液管线能够模拟井下压井液，通过第一、第二注气管线能够模拟地层气体，由此模拟井下环境。同时，通过第一注液管线能够实现模拟井下防喷器坐封过程，通过第二注液管线和第三注液管线能够模拟压井过程，从而完整地模拟了整个防喷器的封井过程。由此，通过简单的、实验室中可实现的装置模拟了实际中复杂的井下结构，使得工作人员更方便地研究井下的防喷器封井过程。

另一方面，通过压力传感器分别检测防喷器上端、防喷器下端、外管体下端以及外管体下端与防喷器下端之间的轴向中部处的井筒压力，使得检测数据更全面，更具有代表性，能够得到全面的井下压力数据。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置的示意图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面通过附图来对本发明进行介绍。

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置100。如图1所示，用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置100包括井筒单元200。所述井筒单元200包括套接在一起的外管体210和内管体220。在所述内管体220内限定有流体流通的通道221。同时，在所述外管体210和内管体220的径向间形成有环形空间230，所述空间内设置有防喷器240，所述防喷器235将所述环形空间分为两部分，即位于图中防喷器240上侧的上环形空间232和位于图中防喷器240下侧的下环形空间234。

如图1所示，所述用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置100还包括注液单元300。所述注液单元300包括水源302。在所述水源302上连接有螺杆泵305，通过螺杆泵305能够抽出水源302中的水，并对水源302中的水施加一定的压力。同时，所述水源302上还连接有泵入阀306，所述泵入阀306用于控制螺杆泵305，使得泵入阀306能够打开和关闭所述水源302。除此以外，在所述水源302上还设置有液体流量计318，所述液体流量计318能够对监测进入通道221中的液体流量，这样便于实验人员对进水量进行监测与控制。

如图1所示，所述注液单元300还包括第一注液管线310。所述第一注液管线310的第一端与所述通道221相连通，第二端与水源302连通。所述第一注液管线310用于将水源中的水通入所述通道221中。这样，当密封所述内管体220的上端后，所述第一注液管线310中的高压水会经内管体220的下端流入下环形空间234中并挤压防喷器240，直至防喷器240座封。优选地，在所述第一注液管线310上设置有第一控制阀316，所述第一控制阀316一方面可以控制第一注液管线310的通断，另一方面能够增加第一注液管线310中的高压水的压力。

同时，所述注液单元300还包括第二注液管线320。所述第二注液管线320的第一端与所述上环形空间232连通，另一端与压井液源322相连通。在所述第二注液管线320上设置有第二控制阀325，所述第二控制阀325用于控制第二注液管线320的通断。所述第二注液管线320用于将压井液(例如氯化钾溶液)通入所述上环形空间232内。这样，当所述防喷器240坐封后，利用所注入压井液的压力能够模拟压井作业。

在一个优选的实施例中，在所述第二注液管线320上设置有增压阀328。所述增压阀328能够对压井液提供高压，保证通入上环形空间232中的压井液具备足够的压力完成压井。

在一个优选的实施例中，所述用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置100还包括回压管线340。所述回压管线340的第一端连接气源450，第二端连接上环形空间232。在所述回压管线340上设置有控制回压管线340通断和气体压力的回压阀345。所述回压管线340能够向所述上环形空232通入高压气体，从而向上环形空间232施加回压，即图在1中向下的压力。所述回压管线340能够单独开启或与第二注液管线320一同开启起。由此起到辅助或代替第二注液管线320完成压井作业的作用。

除此以外，所述注液单元200还包括第三注液管线330。所述第三注液管线330的第一端与下环形空间234连接，第二端与所述水源302相连接。在所述第三注液管线330上设置有控制第三注液管线330通断和注入压力的第三控制阀335。所述第三注液管线330一方面用于将清水注入下环形空间234，所述清水用于模拟井下的钻井液，另一方面能够通过向下环形空间234通入高压液体实现正压井。这样，在防喷器240完成坐封后，通过所述第二注液管线320和第三注液管线330可以实现正压井和反压井。通过正反压井的方式分别对所述防喷器240的上、下部分同时施加不同的压强，从而实现在不同压力条件下，对防喷器240的坐封情况进行模拟，便于数据的对比。

如图1所示，用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置100还包括注气单元400。所述注气单元400包括第一注气管线410和第二注气管线420。所述第一注气管线410的第一端连接气源450，第二端连接在所述通道的221的下端(即靠近下环形空间234的一端)。所述第二注气管线420的第一端连接气源450，第二端与环形空间234相连通。所述第一注气管线410和第二注气管线420用于将气体分别注入通道的221和下环形空间234中，以模拟实际环境中的地层气体。同时，在第一注气管线410和第二注气管线420上分别设置有进气阀415，所述进气阀415能够控制第一注气管线410和第二注气管线420的通断。

在一个优选的实施例中，在所述第一注气管线410和第二注气管线420上设置有调压阀416，所述调压阀416便于实验人员精准控制通入的气体压力。同时，在所述第一注气管线410和第二注气管线420上还设置有气体流量计418，对通入的气体流量进行监控。

如图1所示，所述用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置100还包括检测单元500。所述检测单元500包括至少一个压力传感器510，所述压力传感器510与所述环形空间230连通，用于检测环形空间230的压力变化。在本实施例中，所述检测单元500包括4个所述的压力传感器510，其分别连接在防喷器240上端、防喷器240的下端、防喷器240与内管体220下端之间的轴向中部以及管体220下端处。通过这种设置，可以全面地检测在坐封和压井过程中所述环形空间230各个位置的压力变化情况。

除此以外，在一个优选的实施例中，所述注液单元300还包括连接水源302与上环形空间232的第四注液管线350，所述第四注液管线350上设置有试压阀355。所述试压阀355用于控制第四注液管线350的通断，并调节第四注液管线350内液体的压力。所述第四注液管线350用于测试防喷器240坐封后所述井下防喷器井筒压力的装置100的密封性。当防喷器240坐封后，首先通过第四注液管线350向上环形空间232注入高压液体，然后通过压力传感器510检测所述上环形空间232的压力变化情况。如果无压降，则说明所述井下防喷器井筒压力的装置100的密封正常，且防喷器240的坐封效果良好。如有压降，则说明装置内存在漏点，需要排查漏点。

在图1中，所述用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置100还包括泄压管线600。所述泄压管线600的一端与所述通道221的下端连通，另一端连接外部。所述泄压管线600上同样设置有控制泄压管线600通断的卸压阀650。在井下压力数据采集过程中，所述卸压阀650处于常闭状态。当井下的压力数据采集完成后，打开卸压阀650，所述泄压管线600能够将通道221和下环形空间234内的气液混合物排出，使得下环形空间234的压力恢复常压。此时便可正常拆除整个井下防喷器井筒压力的装置100。

以下简述根据本发明的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置100的工作过程。

当需要对井下的防喷器坐封情况进行模拟并进行压力检测时。首先组装好装置100，检查各个部件是否能够正常工作。然后，密封内管体220的上端，打开泵入阀306和第一控制阀316，将高压液体通入所述通道221中，直至防喷器240坐封环形空间230。在防喷器240坐封的过程中，便可检测和记录4个所述的压力传感器510的压力变化数据，并进行分析。

当防喷器240坐封后，关闭第一控制阀316，打开试压阀355，将高压液体通入上环形空间232中，利用压力传感器510检测上环形空间232是否有压降，如有压降则需要排查出漏点，如无压降则可关闭试压阀355。当关闭试压阀355后，便可依次打开第三注液管线330、第一注气管线410和第二注气管线420，相所述下环形空间234种注入清水及气体，以此模拟防喷器240坐封后井下的钻井液和地层气体。同时，打开第二注液管线320将高压的压井液注入上环形空间232内，或打开回压管线340向上环形空间232注入回压以实现正压井。在正压井的同时，也可继续打开第三注液管线330，向下环形空间234内注入高压清水以进行反压井。通过正反压井的方式分别对所述防喷器240的上下部分同时施加不同的压强，从而实现在不同压力条件下，对防喷器240的坐封情况进行模拟，得到详细的压力数据。

当整个模拟检测过程完成后，便可关闭各个注水和注气管线，打开卸压管线600。将装置100内的高压气液混合物排到外部，解封坐封器240。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置(100)，包括：

井筒单元(200)，所述井筒单元包括套接在一起的外管体(210)和内管体(220)，所述内管体具有用于流体流通的通道(221)，在所述外管体和内管体之间形成有环形空间(230)，在所述环形空间内设置有防喷器(240)，从而将所述环形空间分为上环形空间(232)和下环形空间(234)；

注液单元(300)，所述注液单元包括连接所述通道(221)和水源(302)的第一注液管线(310)，连接所述上环形空间和压井液源(322)的第二注液管线(320)，以及连接水源和下环形空间的第三注液管线(330)；

注气单元(400)，所述注气单元包括连接气源(450)和所述内管体的下端的第一注气管线(410)，以及连接气源和下环形空间的第二注气管线(420)；

检测单元(500)，所述检测单元包括设置在所述环形空间内的至少一个压力传感器(510)，

其中，通过所述注液单元和注气单元能够模拟坐封及压井的过程，并且通过所述检测单元能够检测在坐封及压井的过程中井筒单元的压力变化，

所述装置还包括连接气源与上环形空间的回压管线(340)，通过所述回压管线能够向所述上环形空间施加回压。

2.根据权利要求1所述的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置，其特征在于，在所述注液管线和注气管线上都设置有用于控制管线通断及注入压力的控制阀。

3.根据权利要求2所述的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置，其特征在于，所述检测单元包括4个压力传感器，分别用于检测防喷器上端、防喷器下端、外管体下端以及外管体下端与防喷器下端之间的轴向中部处的环形空间内的压力。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置，其特征在于，所述装置还包括连接水源与上环形空间的第四注液管线(350)，所述第四注液管线上设置有试压阀(355)。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置，其特征在于，所述装置还包括泄压管(600)，在所述泄压管上设置有泄压阀(650)。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置，其特征在于，在所述水源上连接有螺杆泵(305)以及用于控制螺杆泵的泵入阀(306)。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟装置，其特征在于，所述第一注气管线和第二注气管线上还设置有气体流量计(418)，在所述水源上还连接有液体流量计(318)，并且在所述第二注液管线上还设置有增压阀(328)。

8.一种用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟方法，使用根据权利要求1到7中任一项所述的模拟装置来进行，所述方法包括：

步骤一，通过第三注液管线，向所述下环形空间内注入清水；

步骤二，通过第一注气管线和第二注气管线，向所述通道和下环形空间内注入气体；

步骤三，密封所述内管体的上端，通过第一注液管线向所述通道内注入高压液体，直至所述防喷器坐封；

步骤四，通过第二注液管线和第三注液管线，分别向所述上环形空间及下环形空间内注入不同压力的液体，模拟正压井及反压井；

步骤五，通过泄压管排出所述装置内的高压液体及气体，解封防喷器。

9.根据权利要求8所述的用于井下防喷器的井筒压力控制的模拟方法，所述方法还包括在步骤三和步骤四中记录压力数据，并分别用于验证坐封过程和压井过程的数学模型。