CN205047217U - 模拟环空流动状态的堵漏实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模拟环空流动状态的堵漏实验装置，包括一模拟井筒，所述模拟井筒侧壁上设有至少一个与所述模拟井筒连通的模拟漏层装置，所述模拟漏层装置包括试样容器和设置在试样容器中的岩心试样，其特征在于：所述模拟井筒上设有工作液入口，同时试样容器上设有工作液出口，所述模拟井筒中还容置有螺旋搅拌器，所述螺旋搅拌器沿所述模拟井筒轴向设置。本实用新型的堵漏实验装置，通过在侧部连通有模拟漏层装置的模拟井筒内设置螺旋搅拌器，从而能够模拟堵漏液对井筒侧壁的轴向和周向剪切作用，达到模拟环空流动状态的目的。方便在各种模拟情况下为封堵效果评价提高科学实验手段。

Description

模拟环空流动状态的堵漏实验装置

技术领域

本发明涉及一种石油工程中的模拟堵漏实验装置。

背景技术

随着深层油气资源的勘探开发，钻进过程中遇的地层越来越复杂，可能钻遇不同压力体系地层、裂缝发育地层、地质破碎带、压力衰竭地层等等，井漏事故也频繁发生，严重影响着油气资源的勘探开发效率。

井漏是指环空中的工作流体向地层进而发生漏失的现象，是石油工程中常见的井下复杂事故之一。井漏不仅会造成钻井工作液漏失，增加钻井成本，还会引起卡钻、坍塌、井喷等井下负责事故，影响油气勘探开发进程，严重时可能导致整个油气井的报废。井漏造成重大的经济损失，有文献统计过，井漏发生频率在逐年上升，由1998年的井漏发生频率18％到如今的28.4％，石油工程中的井漏每年将近造成数亿美元的损失。

如果采取相应的措施，预防和减少井漏事故的发生，保证安全顺利钻进，缩短建井周期，提高经济效益，这对油气资源的勘探开发意义重大。因此，研究钻井防漏、堵漏技术至关重要。目前，国内钻井防漏堵漏技术发展迅速，不断研究开发新技术和堵漏材料。但是由于堵漏试验仪器以及评价方法不符合漏失地层真实情况、不能准确评价堵漏剂封堵效果，导致堵漏材料室内评价效果与现场堵漏效果差别大，井漏问题仍然十分突出。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种适用性强，能够对堵漏材料进行正确、科学评价，对现场防漏堵漏能够进行科学指导的防漏堵漏实验装置，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够模拟堵漏工作液对井壁裂缝存在轴向和周向剪切时的动态漏失情况的堵漏实验装置。

本发明一种模拟环空流动状态的堵漏实验装置，包括一模拟井筒，所述模拟井筒侧壁上设有至少一个与所述模拟井筒连通的模拟漏层装置，所述模拟漏层装置包括试样容器和设置在试样容器中的岩心试样，其特征在于：所述模拟井筒上设有工作液入口，同时试样容器上设有工作液出口，所述模拟井筒中还容置有螺旋搅拌器，所述螺旋搅拌器沿所述模拟井筒轴向设置。

进一步的，所述岩心试样具有裂缝和/或孔隙。

进一步的，所述岩心试样具有裂缝，且形成有裂缝面，所述裂缝面的粗糙度模拟真实地层。

进一步的，所述岩心试样具有裂缝，所述裂缝柱高度在6.4mm-160mm，裂缝宽度在1mm-5mm。

进一步的，所述岩心试样为圆柱状，包括对半开的两块单体，两块单体间间隔一定距离，形成裂缝，且两单体之间夹有金属片，

进一步的，所述岩心试样的直径为54-56mm，所述裂缝沿岩心试样径向的长度为34-36mm。

进一步的，所述模拟井筒上设有加热装置。

进一步的，所述模拟井筒还连通一加压系统。

进一步的，所述模拟井筒和模拟漏层装置的连通处形成有通孔，所述试样容器上设有一旋转螺杆，所述旋转螺杆的一端伸入试样容器，能够顶压岩心试样在所述试样容器器壁、并对准所述通孔。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1、本发明的堵漏实验装置，通过在侧部连通有模拟漏层装置的模拟井筒内设置螺旋搅拌器，从而能够模拟堵漏液对井筒侧壁的轴向和周向剪切作用，达到模拟环空流动状态的目的。方便在各种模拟情况下为封堵效果评价提高科学实验手段。

2、设置岩心试样具有裂缝和/或孔隙，可以模拟不同开口度和深度等情况的裂缝型漏失，为相关封堵效果提供参考。

3、尤其设置岩心试样具有裂缝时，可以设计其裂缝面的粗糙度模拟真实地层，从而提高其用于模拟堵漏实验对实际堵漏效果的参考价值。

4、岩心试样可进一步设置裂缝柱高度在6.4mm-160mm，裂缝宽度在1mm-5mm，能够更好的模拟裂缝尺寸，提高模拟实验的真实度。

5、岩心试样设计为圆柱状，包括对半开的两块单体，两块单体间间隔一定距离，形成裂缝，且两单体之间夹有金属片，可以充分真实的模拟岩心以及裂缝的结构，提高模拟实验的真实度。尤其是岩心试样的尺寸控制在直径54-56mm，裂缝沿岩心试样径向的长度为34-36mm。

6、模拟井筒上可设置加热装置，以便模拟不同的环境温度尤其是高温环境下的堵漏效果。

7、模拟井筒连通一加压系统，则也可以改变环境压力，模拟高压环境下的堵漏效果。

8、设置旋转螺杆夹持和定位岩心试样，方便可靠。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1本发明优选实施例堵漏实验装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中岩心试样的结构示意图；

图3是本发明优选实施例中模拟漏层装置的正视图；

图4是本发明优选实施例中模拟漏层装置的俯视图；

其中：2、模拟井筒，22、螺旋搅拌器，24、无级变速装置，26、压力检测装置，27、通孔，28、加热装置，29、温度-压力表；

4、模拟漏层装置，42、试样容器，422、翻边，424、工作液排出口，43、耐高温高压橡胶筒，44、岩心试样，442、单体，444、金属片，446、裂缝，45、液压油，46、夹持装置，462、旋转螺杆，464、螺杆底座，466、手柄，472、回压阀，474、回压调压阀，476、回压泄压阀，478、计量装置，479、围压加压泵；

62、高压气瓶，64、增压泵装置，66、加压阀；

12、工作液储存装置，14、调压阀；

8、回收装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1-4，本发明一较佳实施例所述的一种模拟环空流动状态的堵漏实验装置，包括一模拟井筒2，模拟井筒2侧壁上设有至少一个与模拟井筒2连通的模拟漏层装置4，模拟漏层装置4包括试样容器42和设置在试样容器42中的岩心试样44，模拟井筒2上设有工作液入口，同时试样容器42上设有工作液出口，模拟井筒2中还容置有螺旋搅拌器22，螺旋搅拌器22沿模拟井筒2轴向设置。

具体的，本实施例中，模拟井筒2上部装有无级变速装置24，无级变速装置24包括一无级变速电动机，驱动螺旋搅拌器22旋转。模拟井筒2还连通一加压系统，加压系统包括高压气瓶62、增压泵装置64，具体是模拟井筒2的上部与高压气瓶62相连，并装有压力检测装置26，包括压力传感器和压力表，以便监控模拟井筒2内的压力，同时高压气瓶62和模拟井筒2之间通过增压泵装置64相连，而增压泵装置64与模拟井筒2之间的连接通路上还设有加压阀66。而模拟井筒2的下部则连通用于容置实验后液体的回收装置8以及工作液储存装置12。回收装置8以及工作液储存装置12分别可以是中空的箱体。同时，工作液储存装置12还与增压泵装置64相连，因此借助增压泵装置64就可以将工作液储存装置12中储存的工作液压入模拟井筒2内，并且工作液储存装置12还与增压泵装置64之间设有调压阀14。此外，模拟井筒2上还设有加热装置28，可以模拟井内高温环境且优选为电加热装置，加热装置28具体为附着于模拟井筒2的井壁内侧的层状加热材料，例如导电膜，覆盖范围优选井壁一周，有利于加热的均匀。同时加热装置28的内侧还设置有温度-压力表29。

模拟井筒2侧壁、对应模拟漏层装置4的连通处开设有通孔27，同时试样容器42的相应端也开口并对准通孔27安装，使得试样容器42和模拟井筒2连通。岩心试样44为圆柱状，装在试样容器42中，通过一夹持装置46固定。夹持装置46包括穿设在试样容器42中的一旋转螺杆462，具体的，试样容器42背离模拟井筒2的一端开设螺孔，旋转螺杆462穿设在螺孔中，并通过外螺纹与螺孔旋接，同时旋转螺杆462的一端沿轴向伸入试样容器42，连接一螺杆底座464，且通过螺杆底座464能够顶压岩心试样44在试样容器42器壁、并对准通孔27，使其能够接收到模拟井筒2中飞出的工作液，另一端则伸出试样容器42、连接一手柄466，方便旋压。具体的，试样容器42面向模拟井筒2的一端端部设有周向向内延伸的一圈翻边422，因此，旋转螺杆462能够将岩心试样44顶压在翻边422上。

试样容器42内，岩心试样44外围设置耐高温高压橡胶筒43密封，耐高温高压橡胶筒43和试样容器42之间形成的环形空间内填充液压油45。试样容器42的下侧、远离开口的一端则设置工作液排出口424，用于排出岩心试样44漏失的工作液。工作液排出口424连接一出口管道，出口管道上设置一回压阀472且回压阀472与高压气瓶62连通，从而利用高压气瓶62对试样容器42内加压密封，另外回压阀472与高压气瓶62的连接通路上还设有回压调压阀474，同时回压阀472还连接有回压泄压阀476，而出口管道的末端还连接计量装置478，可接收工作液排出口424排出的岩心试样44遗失的工作液，并进行计量。

此外，模拟漏层装置4上还设置有围压加压泵479。

岩心试样44为人造岩心，包括纵向对半开的两块单体442，两块单体442间间隔一定距离，形成裂缝，且两单体442之间夹有金属片444，整个岩心试样44通过外围设置的耐高温高压橡胶筒43固定。具体的，岩心试样44的直径为54-56mm，两单体442之间对称夹有两条金属片444，两条金属片444之间形成裂缝446。裂缝446沿岩心试样44径向的长度A为34-36mm，裂缝柱高度B在6.4mm-160mm，裂缝446宽度C也即金属片444厚度在1mm-5mm。裂缝446形成有裂缝446面，裂缝446面的粗糙度模拟真实地层。更具体的，优选岩心试样44直径D为55mm，裂缝446长度A为35mm。裂缝柱高度B可为6.4mm，20mm，40mm，80mm，160mm。缝隙宽度C可为1mm，1.5mm，2mm，2.5mm，3mm，4mm，5mm。

此外，岩心试样44的单体442上还具有孔隙。

本发明模拟环空流动状态的堵漏实验装置工作原理如下：

实验时，按照需要模拟的裂缝446宽度及深度，选择相应的两块岩心试样44单体442夹入相应厚度及长度的金属片444，安装好后放入试样容器42，使用旋转螺杆462夹紧岩心试样44，使用围压加压泵479增加围压，确保岩心试样44密封。然后将配置好的堵漏液作为工作液装入工作液储存装置12中，打开气源即高压气瓶62以及增压泵装置64，打开调压阀14，将堵漏液压入模拟井筒2中，随后加热装置28工作，加热到预定温度，之后无级变速装置24工作带动螺旋搅拌器22旋转，调节加压阀66以及回压阀472，达到实验所需压力，通过观察计量装置478中的漏失液，即能评价堵漏液的堵漏效果，实验结束后，可以取试样容器42，拿出岩心试样44观察堵漏材料在裂缝446中的封堵情况。整个实验过程中，可通过人工或者计算机实时记录压力、温度、流量等数据。加热装置28的加热工作和温度也可采用计算机控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种模拟环空流动状态的堵漏实验装置，包括一模拟井筒，所述模拟井筒侧壁上设有至少一个与所述模拟井筒连通的模拟漏层装置，所述模拟漏层装置包括试样容器和设置在试样容器中的岩心试样，其特征在于：所述模拟井筒上设有工作液入口，同时试样容器上设有工作液出口，所述模拟井筒中还容置有螺旋搅拌器，所述螺旋搅拌器沿所述模拟井筒轴向设置。

2.根据权利要求1所述的模拟环空流动状态的堵漏实验装置，其特征在于：所述岩心试样具有裂缝和/或孔隙。

3.根据权利要求2所述的模拟环空流动状态的堵漏实验装置，其特征在于：所述岩心试样具有裂缝，且形成有裂缝面，所述裂缝面的粗糙度模拟真实地层。

4.根据权利要求2所述的模拟环空流动状态的堵漏实验装置，其特征在于：所述岩心试样具有裂缝，所述裂缝柱高度在6.4mm-160mm，裂缝宽度在1mm-5mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的模拟环空流动状态的堵漏实验装置，其特征在于：所述岩心试样为圆柱状，包括对半开的两块单体，两块单体间间隔一定距离，形成裂缝，且两单体之间夹有金属片。

6.根据权利要求5所述的模拟环空流动状态的堵漏实验装置，其特征在于：所述岩心试样的直径为54-56mm，所述裂缝沿岩心试样径向的长度为34-36mm。

7.根据权利要求2所述的模拟环空流动状态的堵漏实验装置，其特征在于：所述模拟井筒上设有加热装置。

8.根据权利要求2所述的模拟环空流动状态的堵漏实验装置，其特征在于：所述模拟井筒还连通一加压系统。

9.根据权利要求5所述的模拟环空流动状态的堵漏实验装置，其特征在于：所述模拟井筒和模拟漏层装置的连通处形成有通孔，所述试样容器上设有一旋转螺杆，所述旋转螺杆的一端伸入试样容器，能够顶压岩心试样在所述试样容器器壁、并对准所述通孔。