CN115749645A - 一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，包括上承压密封盒1、下承压密封盒2、承压隔离板3、空心密封圈4、加热套5、控压泵Ⅰ6、控压泵Ⅱ7、密封用围压泵8和温度控制器14，所述上、下承压密封盒通过承压隔离板连接，形成两个独立的密闭空间；下承压密封盒内放置岩心，岩心穿过隔离板进入上承压密封盒，岩心与隔离板之间设置空心密封圈；承压隔离板由两个半环形板组成，两端是与空心密封圈连通的通气口、承压堵头；所述上承压密封盒、承压隔离板和下承压密封盒通过密封螺栓固定成一体，侧壁包裹加热套，加热套连接温度控制器。本发明可用于探究压力对钻井液滤饼形成及其性能的影响，为固井作业和后期开采作业的顺利进行提供保障。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发钻井工程，具体涉及钻井液动态滤饼形成装置，特别是涉及一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置。
背景技术
随着钻井深度的增加，地层温度和地层压力不断增大，地层条件也越发复杂，出现泥岩段夹杂砂岩、白云岩的高压盐水层和漏层，地层呈“零”压力窗口状态，井下出现又漏又溢的复杂情况，或是出现砂岩、页岩、泥岩等互层多的情况，使地层压力出现异常，导致钻井安全风险增高，影响钻井作业的进行。
钻井工程中，液体压力差是影响滤饼形成的一个重要因素，钻井液中的自由水在液体压力差的作用下浸入地层，使钻井液中的固相颗粒及部分降滤失剂堆积在岩石表面并形成滤饼，钻井液滤饼形成后，可以有效减少钻井液与地层流体的相互侵扰，保证钻井的顺利进行，但也会改变近井地带的地层性质，影响后期的固井与生产。滤饼厚度是影响固井二界面胶结质量的重要性能参数之一，由于滤饼本身强度不高且含有大量惰性颗粒和钻井液外加剂，导致地层和水泥石之间的胶结差，严重影响固井质量。
尽管目前关于变压地层钻井技术、滤饼对固井二界面的影响等研究很多，但是变压地层对钻井液滤饼形成及其性能的影响方面的研究还处于起步阶段。为了保证钻井作业和固井作业在高渗变压地层条件下能顺利进行，需设计一种模拟高渗变压地层下制备滤饼的装置，对优化钻井液体系设计、提高固井质量、保护储层产能具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，该装置原理可靠，结构设计合理，通过模拟不同渗透率、温度、压力下的地层环境，制备不同工况下的钻井液滤饼，有利于优化钻井液参数，为固井作业和后期开采作业的顺利进行提供有力保障，具有广阔的应用前景。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，主要由上承压密封盒、下承压密封盒、承压隔离板、空心密封圈、加压泄压装置和加热装置组成。
所述上承压密封盒、下承压密封盒均为圆筒状凹型槽结构，密封盒外部包裹加热套，通过加热装置升温到工作温度，用于模拟井下高温条件。
所述承压隔离板将上承压密封盒、下承压密封盒连接，形成上下两个独立的密闭空间，通过加压泄压装置，可模拟井下变压地层的压力条件。
所述加压泄压装置经过送气口向上承压密封盒、下承压密封盒、空心密封圈通入一定量的氮气，并利用气阀调控压力。
本发明使用高渗透率（D>500mD）的岩心，模拟井下高渗透地层，将钻井液滤饼加入到下承压密封盒中，通过调控工作压力模拟地层压力对钻井液滤饼形成与性能的影响，当上层容器压力小于下层容器压力时，钻井液滤饼中的自由水浸入岩心后通过渗流的方式向上传导进入上层容器，促进钻井液滤饼的形成；当上层容器压力大于下层容器压力时，上层溶液进入下层，阻碍滤饼的形成，达到控制滤饼厚度的目的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）能够精准模拟地层内部高温变压情况，最高实验温度可达到150℃，最高实验压力可达到40MPa；
（2）通过设置上、下承压密封盒和空心密封圈的工作压力，模拟变压地层，并调控钻井液滤饼的形成与其厚度。
本发明可用于高渗变压地层条件下，探究压力对钻井液滤饼形成及其性能的影响，为优化钻井液参数设计提供相关基础数据，为固井作业和后期开采作业的顺利进行提供保障。
附图说明
图1 是一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置结构示意图。
图2是上承压密封盒的剖面图。
图3是承压隔离板的剖面图。
图中：1-上承压密封盒，2-下承压密封盒，3-承压隔离板，4-空心密封圈，5-加热套，6-控压泵Ⅰ，7-控压泵Ⅱ，8-密封用围压泵，9、10、11-高压阀，12-密封螺栓，13-密封圈承压堵头，14-温度控制器，15-岩心，16、17、18-通气口。
具体实施方式
下面根据附图进一步说明本发明，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，均在保护之列。
参看图1、图2、图3。
一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，包括上承压密封盒1、下承压密封盒2、承压隔离板3、空心密封圈4、加热套5、控压泵Ⅰ6、控压泵Ⅱ7、密封用围压泵8、密封螺栓12、密封圈承压堵头13和温度控制器14。
所述上承压密封盒1、下承压密封盒2均为圆筒状凹型槽结构，通过承压隔离板3连接，形成上下两个独立的密闭空间；上承压密封盒、下承压密封盒分别设置通气口16、18，所述通气口分别通过高压阀9、11连接控压泵Ⅰ6、控压泵Ⅱ7；下承压密封盒内中心处放置岩心15，所述岩心穿过承压隔离板进入上承压密封盒，岩心与承压隔离板之间设置空心密封圈4；所述承压隔离板由两个半环形板组合而成，两端分别是与空心密封圈连通的通气口17、密封圈承压堵头13，该通气口通过高压阀10连接密封用围压泵8；所述上承压密封盒、承压隔离板和下承压密封盒通过密封螺栓12固定成一体，其侧壁包裹有加热套5，加热套连接温度控制器14。
所述承压隔离板将上承压密封盒、下承压密封盒连接，形成上下两个独立的密闭空间，通过控压泵Ⅰ、控压泵Ⅱ分别调控两个密闭空间的压力，模拟井下变压地层。
所述承压隔离板由两块半环形板拼接在一起固定岩心，其内环边缘有空心密封圈，通过密封用围压泵调控密封圈内部压力，平衡两个密闭空间的压力差。
所述加热套包裹上承压密封盒、下承压密封盒的侧面，通过温度控制器调节和控制加热套的温度，模拟井下高温环境。
所述岩心为高渗透率的岩心，模拟井下高渗透地层。
所述下承压密封盒内有钻井液，钻井液面位于承压隔离板之下，通过控压泵调控工作压力，模拟地层压力对钻井液滤饼形成与性能的影响。
利用上述装置模拟高渗变压地层下钻井液滤饼的制备，过程如下：
（1）在下承压密封盒2上放一块半环形承压隔离板3，将配制好的钻井液放入下承压密封盒2，并将岩心15对准承压隔离板3的半圆缺口，放上另一块半环形承压隔离板3，通过密封螺栓12将上承压密封盒1固定于承压隔离板上，形成两个独立密闭环境。
（2）打开温度控制器设定工作温度，待密封盒内部温度达到指定工作温度时，打开控压泵Ⅱ7，通过高压阀11向下承压密封盒2通入氮气到设定工作压力N1，然后打开密封用围压泵8，通过高压阀10向密封圈通入氮气到设定工作压力N2（N1>N2），最后打开控压泵Ⅰ6，通过高压阀9向上承压密封盒1通入氮气到设定工作压力N3（N2>N3），由于压力差的存在，钻井液中的自由水浸入岩心15，并通过岩心向上承压密封盒移动，且留在上承压密封盒，钻井液中的固相颗粒和钻井液外加剂则堆积在岩心的圆柱体表面并形成具有一定厚度的滤饼。
（3）结束实验后，关闭温度控制器，关闭控压泵Ⅰ6、控压泵Ⅱ7和密封用围压泵8，打开高压阀9、10、11释放氮气降低密封盒内部压力，待设备冷却至室温，分别拆卸上承压密封盒1和两块半环形承压隔离板3，取出附着钻井液滤饼的岩心15，将下承压密封盒2内的钻井液倒出。
Claims (6)
1.一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，包括上承压密封盒（1）、下承压密封盒（2）、承压隔离板（3）、空心密封圈（4）、加热套（5）、控压泵Ⅰ（6）、控压泵Ⅱ（7）、密封用围压泵（8）、密封螺栓（12）、密封圈承压堵头（13）和温度控制器（14），其特征在于，所述上承压密封盒（1）、下承压密封盒（2）均为圆筒状凹型槽结构，通过承压隔离板（3）连接，形成上下两个独立的密闭空间；上承压密封盒、下承压密封盒分别设置通气口，所述通气口分别通过高压阀连接控压泵Ⅰ（6）、控压泵Ⅱ（7）；下承压密封盒内中心处放置岩心（15），所述岩心穿过承压隔离板进入上承压密封盒，岩心与承压隔离板之间设置空心密封圈（4）；所述承压隔离板由两个半环形板组合而成，两端分别是与空心密封圈连通的通气口、密封圈承压堵头（13），该通气口通过高压阀连接密封用围压泵（8）；所述上承压密封盒、承压隔离板和下承压密封盒通过密封螺栓（12）固定成一体，其侧壁包裹有加热套（5），加热套连接温度控制器（14）。
2.如权利要求1所述的一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，其特征在于，所述承压隔离板将上承压密封盒、下承压密封盒连接，形成上下两个独立的密闭空间，通过控压泵Ⅰ、控压泵Ⅱ分别调控两个密闭空间的压力，模拟井下变压地层。
3.如权利要求1所述的一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，其特征在于，所述承压隔离板由两块半环形板拼接在一起固定岩心，其内环边缘有空心密封圈，通过密封用围压泵调控密封圈内部压力，平衡两个密闭空间的压力差。
4.如权利要求1所述的一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，其特征在于，所述加热套包裹上承压密封盒、下承压密封盒的侧面，通过温度控制器调节和控制加热套的温度，模拟井下高温环境。
5.如权利要求1所述的一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，其特征在于，所述岩心为高渗透率的岩心，模拟井下高渗透地层。
6.如权利要求1所述的一种模拟高渗变压地层下滤饼制备装置，其特征在于，所述下承压密封盒内有钻井液，钻井液面位于承压隔离板之下，通过控压泵调控工作压力，模拟地层压力对钻井液滤饼形成与性能的影响。
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