CN204679347U - 一种钻井液承压堵漏压裂试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种钻井液承压堵漏压裂试验装置，包括油液转换系统（1）、岩心夹持系统（2）和压力控制与计量系统（3），油液转换系统（1）包括底座（11）、外筒（12）、活塞（13）、外筒顶盖（14）和外筒底盖（15）；岩心夹持系统（2）包括釜体（23）、胶套（24）、入口柱塞（27）、出口柱塞（28）、入口管线（25）和堵头（26）；压力控制与计量系统（3）包括围压泵（31）、驱替泵（32）、围压监测（33）、驱替压监测（34）、岩心内孔压力监测（35）和计算机。本实用新型的优点在于：密封安全可靠，操作便捷，能够进行易破裂地层以及已破裂地层的钻井液防漏堵漏承压能力评价实验，以便于评价钻井液堵漏材料及堵漏钻井液的承压堵漏能力。

Description

一种钻井液承压堵漏压裂试验装置

技术领域

本实用新型涉及用于油气田钻井作业中的薄弱易破裂地层及裂缝性地层的承压堵漏研究或评价用试验装置，特别是一种钻井液承压堵漏压裂试验装置。

背景技术

地层承压能力是指钻井过程中地层承受井内钻井液压力而不发生漏失的能力。钻井过程中，地层承压能力的高低决定了地层发生漏失的难易程度，地层承压能力越低，越易导致钻井液的漏失。钻遇薄弱易破裂或已经破裂的地层时，由地层承压能力低甚至不承压而导致的井漏，增加了钻井成本，延长了建井周期，严重影响安全高效钻井目标的实现。

为了提高地层承压能力，通常向钻井液当中加入堵漏材料进行堵漏，在井下，这些材料能够封堵孔隙、微裂缝以及堵塞较大开度的裂缝，修补井壁及地层缺陷，提高井壁的完整性。通过现场试验进行堵漏材料的效果评价无疑是昂贵的，也是不符合实际的，采用室内的小型试验是一种简单易行且低成本的方式，因此亟需一种装置，能够有效的模拟井下高压条件、优选提高地层承压能力的各种封堵材料以及评价并形成提高地层承压能力的钻井液体系，为提高地层成能力的钻井液技术在现场的应用奠定基础。

以往，钻井液的承压堵漏能力的评价与研究普遍采用API室内堵漏评价实验装置，该装置使用模拟裂缝块进行堵漏以及承压堵漏评价和研究，其最大问题是模拟裂缝是已经存在的，只是大小模块不同，反映的是天然裂缝堵漏能力的大小。而实际情况是，井下薄弱地层并没有事先存在裂缝漏层，而是被钻井液压裂开的，API堵漏评价实验装置不能反映这点。其次，裂缝在压力作用下闭合状况产生的裂缝重新开启性漏失也不能在API堵漏评价实验装置上反映出来。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种钻井液承压堵漏压裂试验装置，可以模拟三轴应力条件下的岩心破裂以及封堵试验，模拟钻井液作用下的真实裂缝的形成过程以及封堵材料的承压堵漏过程，为薄弱易漏失地层的钻井液承压堵漏研究与评价提供一种新的测试方法。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种钻井液承压堵漏压裂试验装置，包括油液转换系统、岩心夹持系统和压力控制与计量系统，

所述的油液转换系统包括外筒底座、外筒、活塞、外筒顶盖和外筒底盖，外筒底盖固定安装在外筒底座上，外筒的下端固定在外筒底盖内，外筒顶盖盖设于外筒的顶部，活塞配合安装在外筒内，外筒顶盖的顶部设置有压力传感器；

所述的岩心夹持系统包括釜体、胶套、入口柱塞、出口柱塞和入口管线，釜体为中空的柱体结构，入口柱塞固定于釜体的顶部，出口柱塞固定于釜体的底部，胶套安装于釜体内，釜体内壁与胶套外壁之间形成用于对岩心施加围压的密闭空腔，胶套内壁、入口柱塞和出口柱塞所形成的空腔内固定有岩心，岩心的中心圆孔两端分别插入入口管线和堵头，并形成密闭空间，入口管线穿过入口柱塞，堵头穿过出口柱塞，岩心固定在釜体内，同时也将入口管线和堵头紧密固定在岩心内，入口管线的另一端与外筒顶盖的出口连通；所述的釜体的外壁上还设置有进液孔；

所述的压力控制与计量系统包括围压泵、驱替泵、围压监测、驱替压监测、岩心内孔压力监测和计算机，围压泵上安装有围压监测，围压泵与进液孔连通，驱替泵上安装有驱替压监测，驱替泵与外筒底盖内部连通，所述的计算机与压力传感器连接。

所述的岩心夹持系统还包括岩心夹持底座和支架，支架竖直固定在底座上，支架与釜体固定连接。

所述的入口管线与岩心内孔之间、堵头与岩心内孔之间分别设置有密封胶圈。

本实用新型具有以下优点：

1、该承压堵漏压裂试验装置能够模拟三轴应力条件，更接近真实地层的受压环境，岩心使用水泥砂浆浇筑，其各个组分可以调整，从而可以得到不同孔隙度、渗透率以及不同强度的岩心，能够根据需求模拟不同岩性、物性的地层。

2、该装置使用完整岩心模拟易破裂地层进行提高承压能力研究，通过调整钻井液性能最大程度的提高岩心的承压能力；使用被钻井液压裂的岩心模拟裂缝性地层，研究封堵材料对裂缝性地层的封堵能力以及提高裂缝性地层的承压能力。试验研究的结果可以为薄弱易漏失地层的承压理论研究以及钻井现场应用提高依据。

3、该装置中对岩心内孔的密封设计巧妙，堵头与入口管线与岩心内孔紧密贴合，入口柱塞和出口柱塞将入口管线和堵头紧压在岩心两端，最终实现对岩心内孔的密封。

4、该实验装置中位于活塞容器顶盖上端的压力传感器可以实时精确的测量岩心内孔压力，得到不同钻井液、封堵材料等对岩心的承压能力提高值，能够很好的再现不同岩心在不同钻井液体系作用下的承压堵漏过程。此外，岩心的物性和力学性能可根据需求调整，能够更广泛的满足不同岩性地层的承压堵漏试验。

附图说明

图1 为本实用新型的结构示意图；

图中：1-油液转换系统，11-外筒底座，12-外筒，13-活塞，14-外筒顶盖，15-外筒底盖，16-压力传感器，2-岩心夹持系统，21-岩心夹持底座，22-支架，23-釜体，24-胶套，25-入口管线，26-堵头，27-入口柱塞，28-出口柱塞，29-进液孔，210-密封胶圈，3-压力控制与计量系统，31-围压泵，32-驱替泵，33-围压监测，34-驱替压监测，35-岩心内孔压力监测，4-岩心。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种钻井液承压堵漏压裂试验装置，包括油液转换系统1、岩心夹持系统2和压力控制与计量系统3，所述的油液转换系统1包括外筒底座11、外筒12、活塞13、外筒顶盖14和外筒底盖15，外筒底盖15固定安装在外筒底座11上，外筒12的下端固定在外筒底盖15内，外筒顶盖14盖设于外筒12的顶部，活塞13配合安装在外筒12内，外筒顶盖14的顶部设置有压力传感器16；所述的岩心夹持系统2包括釜体23、胶套24、入口柱塞27、出口柱塞28和入口管线25，釜体23为中空的柱体结构，入口柱塞27固定于釜体23的顶部，出口柱塞28固定于釜体23的底部，胶套24安装于釜体23内，釜体23内壁、胶套24外壁形成用于对岩心施加围压的密闭空腔，胶套24内壁、入口柱塞27和出口柱塞28所形成的空腔内固定有岩心4，岩心4上裹有滤网，避免胶套24与岩心4紧密贴合导致钻井液或钻井液滤液不能及时排出，岩心4的中心圆孔两端分别插入入口管线25和堵头26，并形成密闭空间，入口管线25穿过入口柱塞27，堵头26穿过出口柱塞28，岩心4固定在釜体23内，同时也将入口管线25和堵头26紧密固定在岩心4内，入口管线25的另一端与外筒顶盖14的出口连通；所述的釜体23的外壁上还设置有进液孔29；所述的压力控制与计量系统3包括围压泵31、驱替泵32、围压监测33、驱替压监测34、岩心内孔压力监测35和计算机，围压泵31上安装有围压监测33，围压泵31与进液孔29连通，驱替泵32上安装有驱替压监测34，驱替泵32与外筒底盖14内部连通，所述的计算机与压力传感器16连接。

进一步地，所述的岩心夹持系统2还包括岩心夹持底座21和支架22，支架22竖直固定在底座21上，支架22与釜体23固定连接。

进一步地，所述的入口管线25与入口柱塞27之间、入口管线25与出口柱塞28之间分别设置有密封胶塞210。

试验时，首先将配制好的钻井液倒入油液转换系统1中的圆筒内，旋紧外筒顶盖14，将压力传感器16连接至计算机，外筒底盖15连接至压力控制与计量系统3；取完整的岩心4，将入口管线25和堵头26分别插入岩心中心圆孔内，然后，将岩心4放置到岩心夹持器系统2的釜体23内，并位于胶套24的中部，旋紧入口柱塞27和出口柱塞28固定岩心，用管线连接入口管线25和外筒顶盖14上端的出口，进液孔29经管线与压力控制与计量系统3相连；打开压力控制与计量系统3，通过计算机设置所需围压，开启围压泵31，将液压油注入釜体23和胶套24之间给岩心施加围压，围压达到所需值后，设置驱替压力，打开驱替泵32，液压油推动活塞13向上运动将钻井液驱替至岩心中心圆孔内，随着压力增加，岩心最终被压裂，期间围压监测33、驱替压监测34以及岩心内孔压力监测35分别记录了围压值、驱替压值以及岩心内孔的压力变化值，记录的数值用于后续的试验分析；岩心压裂后，沿裂缝流出的钻井液或钻井液滤液经出口柱塞28端面上的导流槽以及堵头26流出。

Claims (3)

1.一种钻井液承压堵漏压裂试验装置，其特征在于：包括油液转换系统（1）、岩心夹持系统（2）和压力控制与计量系统（3），

所述的油液转换系统（1）包括外筒底座（11）、外筒（12）、活塞（13）、外筒顶盖（14）和外筒底盖（15），外筒底盖（15）固定安装在外筒底座（11）上，外筒（12）的下端固定在外筒底盖（15）内，外筒顶盖（14）盖设于外筒（12）的顶部，活塞（13）配合安装在外筒（12）内，外筒顶盖（14）的顶部设置有压力传感器（16）；

所述的岩心夹持系统（2）包括釜体（23）、胶套（24）、入口柱塞（27）、出口柱塞（28）和入口管线（25），釜体（23）为中空的柱体结构，入口柱塞（27）固定于釜体（23）的顶部，出口柱塞（28）固定于釜体（23）的底部，胶套（24）安装于釜体（23）内，釜体（23）内壁与胶套（24）外壁之间形成用于对岩心施加围压的密闭空腔，胶套（24）内壁、入口柱塞（27）和出口柱塞（28）所形成的空腔内固定有岩心（4），岩心（4）的中心圆孔两端分别插入入口管线（25）和堵头（26），并形成密闭空间，入口管线（25）穿过入口柱塞（27），堵头（26）穿过出口柱塞（28），岩心（4）固定在釜体（23）内，入口管线（25）和堵头（26）紧密固定在岩心（4）内，入口管线（25）的另一端与外筒顶盖（14）的出口连通；所述的釜体（23）的外壁上还设置有进液孔（29）；

所述的压力控制与计量系统（3）包括围压泵（31）、驱替泵（32）、围压监测（33）、驱替压监测（34）、岩心内孔压力监测（35）和计算机，围压泵（31）上安装有围压监测（33），围压泵（31）与进液孔（29）连通，驱替泵（32）上安装有驱替压监测（34），驱替泵（32）与外筒底盖（14）内部连通，所述的计算机与压力传感器（16）连接。

2.根据权利要求1所述的一种钻井液承压堵漏压裂试验装置，其特征在于：所述的岩心夹持系统（2）还包括岩心夹持底座（21）和支架（22），支架（22）竖直固定在底座（21）上，支架（22）与釜体（23）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种钻井液承压堵漏压裂试验装置，其特征在于：所述的入口管线（25）与岩心（4）之间、堵头（26）与岩心（4）之间分别设置有密封胶圈（210）。