CN115653567B - 一种井壁稳定效果评价实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井壁稳定效果评价实验装置及方法，实验装置包括有实验机构、第一四通阀、第二四通阀、储液池、固结液储液罐、压裂液储液罐、压裂液回收池和数据采集系统，其中第一四通阀底部的第一阀门通过第一管路与储液池的出液口相连通，第一四通阀左侧的第二阀门通过第二管路与固结液储液罐的进液口相连通，实验方法为：第一步、配置固结液和压裂液；第二步、实验装置及管线装配好；第三步、组装固结罐；第四步、两类固结罐分别放入加热器中；第五步、固结罐冷却至室温；第六步、取出岩样；第七步、进行三轴压缩实验和压裂实验；第八步、效果的评价。有益效果：岩心脱模方便，能够评价各类固结剂的固结效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验装置及方法，特别涉及一种井壁稳定效果评价实验装置及方法。
背景技术
目前，井壁失稳，从广义上讲不仅包括脆性泥页岩井壁的坍塌剥落、塑性泥页岩井壁的缩径和粘弹塑性变形，还包括地层在钻井液压力作用下的水压破裂等情况。具体到钻完井过程中，经常出现的井壁坍塌、地层破裂、扩径缩径等工况，均属于井壁失稳问题。
在钻井工程中，井壁失稳问题是各油气田最常遇到的井下复杂情况之一。井壁失稳不但会使钻井作业的效率、作业质量受到严重影响，带来巨大经济损失的同时还可能引发钻井设备损失甚至人员伤亡事故。据统计，全世界的石油钻采公司，每年仅用于保护井壁稳定性的费用就多达10亿美元，并且对井壁稳定性问题的处理，使总体的钻井时间增加了5％-6％之多。防止并解决井壁失稳问题对于钻井工程而言十分重要。
先进的钻井液工艺技术可以大幅度增加井壁稳定性，具体包括一下几个方面：①通过调整钻井液密度，从而得到合适的钻井液静液柱压力，对井壁提供有效的支撑；②通过阻止或抑制地层的水化作用，减少水对地层的影响；③通过封堵裂缝减少钻井流体漏失，使得减小裂缝对井壁的影响；④在体系中加入一定胶结剂或固化剂提高井壁自身强度从而提高井壁稳定性。然后，需要通过对钻井液配方体系的一系列室内实验及效果评价，从而进一步应用到钻井施工中。现有技术大部分着眼于裂缝堵漏效果评价、钻井液抑制性效果评价，而井壁胶结及固结效果的室内评价装置较少。
综上所属，各类井壁失稳问题成为制约岩心钻探及石油勘探开发的瓶颈。本发明提出一种井壁固结效果评价实验装置及其实验方法，旨在进一步解决钻井施工中所面临的技术难题，并为稳定井壁钻井液体系的开发应用提供新的思路。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术无法直观地评价井壁固结效果及钻井液体系稳定井壁效果的技术问题，而提供的一种井壁稳定效果评价实验装置及方法。
本发明提供的井壁稳定效果评价实验装置包括有实验机构、第一四通阀、第二四通阀、储液池、固结液储液罐、压裂液储液罐、压裂液回收池和数据采集系统，其中第一四通阀底部的第一阀门通过第一管路与储液池的出液口相连通，第一四通阀左侧的第二阀门通过第二管路与固结液储液罐的进液口相连通，第一四通阀右侧的第三阀门通过第三管路与压裂液储液罐的进液口相连通，第二四通阀底部的第一阀门通过第四管路与压裂液储液罐的出液口相连通，第二四通阀左侧的第二阀门通过第五管路与固结液储液罐的出液口相连通，第二四通阀右侧的第三阀门通过第六管路与实验机构罐体的内腔相连通，实验机构的内腔底部通过第七管路与压裂液回收池的进液口相连通，实验机构内装配有数个传感器，数个传感器均与数据采集系统相连接，数个传感器能够把采集的数据实时传输给数据采集系统。
第一四通阀和第二四通阀顶部的第四阀门均为放空阀。
第一管路上依次装配有液压泵和过滤器，第二管路上装配有第一控制阀，第三管路上装配有第二控制阀，第四管路上装配有第三控制阀，第五管路上装配有第四控制阀，第六管路上装配有第一压力表，第七管路上装配有第二压力表。
实验机构内装配的数个传感器分别为液位传感器、压力传感器和温度传感器，液位传感器、压力传感器和温度传感器均与数据采集系统相连接，液位传感器、压力传感器和温度传感器能够把采集的数据实时传输给数据采集系统。
实验机构包括有罐体和加热器，罐体插设在加热器内，加热器内装配有温度传感器，温度传感器与数据采集系统相连接，温度传感器能够把采集的数据实时传输给数据采集系统，罐体的上部装配有液位传感器和压力传感器，液位传感器和压力传感器均与数据采集系统相连接，液位传感器和压力传感器能够把采集的数据实时传输给数据采集系统。
罐体包括有固结罐和压裂罐，其中固结罐为两个半圆组成的空腔圆柱体，固结罐的上部装配有液位传感器，固结罐的外周圈套设有锁紧套，固结罐的顶部装配有顶盖，顶盖上开设有进液通道，固结罐的底座周圈设置有密封槽，固结罐的底座中间部位设置有压裂管，压裂罐为整体的空腔圆管结构，压裂罐的上部装配有压力传感器，压裂罐的顶部装配有端盖，端盖上开设有输液通道，输液通道的下端对应岩样的压裂管部位设置，压裂罐的底盖周圈设置有密封圈，压裂罐的底盖中间部位开设有出液通道。
上述的第一四通阀、第二四通阀、数据采集系统、液压泵、过滤器、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第一压力表、第二压力表、液位传感器、压力传感器、温度传感器和加热器均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明提供的井壁稳定效果评价实验方法，其方法包括如下步骤：
第一步、配置固结液和压裂液、将固结液和压裂液分别倒入固结液储液罐和压裂液储液罐中；
第二步、将实验装置及管线装配好，并全面检查管线连接处是否连接紧密，阀门开关是否正常，压力表读数是否准确；
第三步、组装固结罐：将组成固结罐的两个半圆结构组装密封并套上锁紧套，固结罐的组装形式分为两类，第一类为不带有压裂管的固结罐，第二类为带有压裂管的固结罐，并在两类固结罐中均放入待固结岩样，从而在第一类不带有压裂管的固结罐中得到的固结岩样能够进行三轴压缩实验，在第二类带有压裂管的固结罐中得到的固结岩样能够进行压裂实验；
第四步、将带有固结岩样的两类固结罐分别放入加热器中，开启加热器进行预热，并向固结罐的内腔中注入固结液，观察固结罐上部液位传感器输出数值，显示指定液位时停止注入固结液；
第五步、将加热器温度升至105℃-200℃的状态下加热10-12h，然后停止加热，待固结罐冷却至室温；
第六步、取出岩样：打开固结罐的顶盖，拆除锁紧套，分离两个半圆的圆柱体取出固结罐内的固结岩样，得到的固结岩样为不带有压裂管的固结岩样和带有压裂管的固结岩样；
第七步、将不带有压裂管的固结岩样进行三轴压缩实验，然后将带有压裂管的固结岩样进行压裂实验，压裂实验具体为：将压裂罐的底盖、压裂罐体、输液通道和出液通道组装成压裂罐，然后将带有压裂管的固结岩样放置到压裂罐的内腔中，固结岩样上的压裂管对应输液通道的出口处设置；然后打开压裂罐顶部的输液通道和底部的出液通道，从压裂罐顶部的输液通道注入压裂液，观察第二压力表，待出液通道开始流出液体，停止注入压裂液，并记录开始流出液体时施加的最大压力值；
第八步、固结岩样效果的评价：将得到的固结岩样的三轴压缩实验数据及压裂压力最大值综合评价固结岩样的固结效果。
本发明的有益效果：
本发明提供的井壁稳定效果评价实验装置及方法能够通过不同粒径砂石的配比模拟不同地层孔隙，固结岩心模具为两个半圆结构，岩心脱模方便。同时，固结后的岩样能够通过三轴力学性能测试与水力压裂两种方式评价各类固结剂的固结效果。
附图说明
图1为本发明所述的实验装置整体结构示意图。
图2为本发明所述的不带压裂管的固结罐剖视结构示意图。
图3为本发明所述的带有压裂管的固结罐剖视结构示意图。
图4为本发明所述的固结罐俯视断面示意图。
图5为本发明所述的压裂罐剖视结构示意图。
图6为本发明所述的实验方法流程框图。
上图中的标注如下：
1、实验机构 2、第一四通阀 3、第二四通阀 4、储液池 5、固结液储液罐 6、压裂液储液罐 7、压裂液回收池 8、数据采集系统 9、第一管路 10、第二管路 11、第三管路 12、第四管路 13、第五管路 14、第六管路 15、第七管路 16、液压泵 17、过滤器 18、第一控制阀19、第二控制阀 20、第三控制阀 21、第四控制阀 22、第一压力表 23、第二压力表 24、液位传感器 25、压力传感器 26、温度传感器 27、加热器 28、固结罐 29、压裂罐 30、锁紧套31、顶盖 32、进液通道 33、底座 34、密封槽 35、压裂管 36、端盖 37、输液通道 38、底盖39、密封圈 40、出液通道。
具体实施方式
请参阅图1至图6所示：
本发明提供的井壁稳定效果评价实验装置包括有实验机构1、第一四通阀2、第二四通阀3、储液池4、固结液储液罐5、压裂液储液罐6、压裂液回收池7和数据采集系统8，其中第一四通阀2底部的第一阀门通过第一管路9与储液池4的出液口相连通，第一四通阀2左侧的第二阀门通过第二管路10与固结液储液罐5的进液口相连通，第一四通阀2右侧的第三阀门通过第三管路11与压裂液储液罐6的进液口相连通，第二四通阀3底部的第一阀门通过第四管路12与压裂液储液罐6的出液口相连通，第二四通阀3左侧的第二阀门通过第五管路13与固结液储液罐5的出液口相连通，第二四通阀3右侧的第三阀门通过第六管路14与实验机构1罐体的内腔相连通，实验机构1的内腔底部通过第七管路15与压裂液回收池7的进液口相连通，实验机构1内装配有数个传感器，数个传感器均与数据采集系统8相连接，数个传感器能够把采集的数据实时传输给数据采集系统8。
第一四通阀2和第二四通阀3顶部的第四阀门均为放空阀。
第一管路9上依次装配有液压泵16和过滤器17，第二管路10上装配有第一控制阀18，第三管路11上装配有第二控制阀19，第四管路12上装配有第三控制阀20，第五管路13上装配有第四控制阀21，第六管路14上装配有第一压力表22，第七管路15上装配有第二压力表23。
实验机构1内装配的数个传感器分别为液位传感器24、压力传感器25和温度传感器26，液位传感器24、压力传感器25和温度传感器26均与数据采集系统8相连接，液位传感器24、压力传感器25和温度传感器26能够把采集的数据实时传输给数据采集系统8。
实验机构1包括有罐体和加热器27，罐体插设在加热器27内，加热器27内装配有温度传感器26，温度传感器26与数据采集系统8相连接，温度传感器26能够把采集的数据实时传输给数据采集系统8，罐体的上部装配有液位传感器24和压力传感器25，液位传感器24和压力传感器25均与数据采集系统8相连接，液位传感器24和压力传感器25能够把采集的数据实时传输给数据采集系统8。
罐体包括有固结罐28和压裂罐29，其中固结罐28为两个半圆组成的空腔圆柱体，固结罐28的上部装配有液位传感器24，固结罐28的外周圈套设有锁紧套30，固结罐28的顶部装配有顶盖31，顶盖31上开设有进液通道32，固结罐28的底座33周圈设置有密封槽34，固结罐28的底座33中间部位设置有压裂管35，压裂罐29为整体的空腔圆管结构，压裂罐29的上部装配有压力传感器25，压裂罐29的顶部装配有端盖36，端盖36上开设有输液通道37，输液通道37的下端对应岩样的压裂管35部位设置，压裂罐29的底盖38周圈设置有密封圈39，压裂罐29的底盖38中间部位开设有出液通道40。
上述的第一四通阀2、第二四通阀3、数据采集系统8、液压泵16、过滤器17、第一控制阀18、第二控制阀19、第三控制阀20、第四控制阀21、第一压力表22、第二压力表23、液位传感器24、压力传感器25、温度传感器26和加热器27均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。
本发明提供的井壁稳定效果评价实验方法，其方法包括如下步骤：
第一步、配置固结液和压裂液、将固结液和压裂液分别倒入固结液储液罐5和压裂液储液罐6中；
第二步、将实验装置及管线装配好，并全面检查管线连接处是否连接紧密，阀门开关是否正常，压力表读数是否准确；
第三步、组装固结罐28：将组成固结罐28的两个半圆结构组装密封并套上锁紧套30，固结罐28的组装形式分为两类，第一类为不带有压裂管35的固结罐28，第二类为带有压裂管35的固结罐28，并在两类固结罐28中均放入待固结岩样，从而在第一类不带有压裂管35的固结罐28中得到的固结岩样能够进行三轴压缩实验，在第二类带有压裂管35的固结罐28中得到的固结岩样能够进行压裂实验；
第四步、将带有固结岩样的两类固结罐28分别放入加热器27中，开启加热器27进行预热，并向固结罐28的内腔中注入固结液，观察固结罐28上部液位传感器24输出数值，显示指定液位时停止注入固结液；
第五步、将加热器27温度升至105℃-200℃的状态下加热10-12h，然后停止加热，待固结罐28冷却至室温；
第六步、取出岩样：打开固结罐28的顶盖，拆除锁紧套30，分离两个半圆的圆柱体取出固结罐28内的固结岩样，得到的固结岩样为不带有压裂管35的固结岩样和带有压裂管35的固结岩样；
第七步、将不带有压裂管35的固结岩样进行三轴压缩实验，然后将带有压裂管35的固结岩样进行压裂实验，压裂实验具体为：将压裂罐29的底盖38、压裂罐体、输液通道37和出液通道40组装成压裂罐29，然后将带有压裂管35的固结岩样放置到压裂罐29的内腔中，固结岩样上的压裂管35对应输液通道37的出口处设置；然后打开压裂罐29顶部的输液通道37和底部的出液通道40，从压裂罐29顶部的输液通道37注入压裂液，观察第二压力表23，待出液通道40开始流出液体，停止注入压裂液，并记录开始流出液体时施加的最大压力值；
第八步、固结岩样效果的评价：将得到的固结岩样的三轴压缩实验数据及压裂压力最大值综合评价固结岩样的固结效果。
Claims (4)
1.一种井壁稳定效果评价实验装置，包括有实验机构、第一四通阀、第二四通阀、储液池、固结液储液罐、压裂液储液罐、压裂液回收池和数据采集系统，其中第一四通阀底部的第一阀门通过第一管路与储液池的出液口相连通，第一四通阀左侧的第二阀门通过第二管路与固结液储液罐的进液口相连通，第一四通阀右侧的第三阀门通过第三管路与压裂液储液罐的进液口相连通，第二四通阀底部的第一阀门通过第四管路与压裂液储液罐的出液口相连通，第二四通阀左侧的第二阀门通过第五管路与固结液储液罐的出液口相连通，第二四通阀右侧的第三阀门通过第六管路与实验机构罐体的内腔相连通，实验机构的内腔底部通过第七管路与压裂液回收池的进液口相连通，实验机构内装配有数个传感器，数个传感器均与数据采集系统相连接，数个传感器能够把采集的数据实时传输给数据采集系统，其特征在于：所述的实验机构包括有罐体和加热器，罐体插设在加热器内，加热器内装配有温度传感器，温度传感器与数据采集系统相连接，温度传感器能够把采集的数据实时传输给数据采集系统，罐体的上部装配有液位传感器和压力传感器，液位传感器和压力传感器均与数据采集系统相连接，液位传感器和压力传感器能够把采集的数据实时传输给数据采集系统；罐体包括有固结罐和压裂罐，其中固结罐为两个半圆组成的空腔圆柱体，固结罐的上部装配有液位传感器，固结罐的外周圈套设有锁紧套，固结罐的顶部装配有顶盖，顶盖上开设有进液通道，固结罐的底座周圈设置有密封槽，压裂罐为整体的空腔圆管结构，压裂罐的上部装配有压力传感器，压裂罐的顶部装配有端盖，端盖上开设有输液通道，输液通道的下端对应岩样的压裂管部位设置，压裂罐的底盖周圈设置有密封圈，压裂罐的底盖中间部位开设有出液通道，固结罐的组装形式分为两类，第一类为不带有压裂管的固结罐，第二类为带有压裂管的固结罐，固结罐的底座中间部位设置有压裂管，并在两类固结罐中均放入待固结岩样，从而在第一类不带有压裂管的固结罐中得到的固结岩样能够进行三轴压缩实验，在第二类带有压裂管的固结罐中得到的固结岩样能够进行压裂实验。
2.根据权利要求1所述的一种井壁稳定效果评价实验装置，其特征在于：所述的第一四通阀和第二四通阀顶部的第四阀门均为放空阀。
3.根据权利要求1所述的一种井壁稳定效果评价实验装置，其特征在于：所述的第一管路上依次装配有液压泵和过滤器，第二管路上装配有第一控制阀，第三管路上装配有第二控制阀，第四管路上装配有第三控制阀，第五管路上装配有第四控制阀，第六管路上装配有第一压力表，第七管路上装配有第二压力表。
4.根据权利要求1所述的一种井壁稳定效果评价实验装置，其特征在于：所述的实验机构内装配的数个传感器分别为液位传感器、压力传感器和温度传感器，液位传感器、压力传感器和温度传感器均与数据采集系统相连接，液位传感器、压力传感器和温度传感器能够把采集的数据实时传输给数据采集系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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