CN205139114U - 一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置，它包括模拟容器和裂缝模块，模拟容器由模拟井筒、裂缝模块定位套、余液出口联管、堵漏液出口管以及设置在模拟井筒顶部的针型截止阀组成，裂缝模块定位套的一端经模拟井筒联接法兰连接在模拟井筒侧壁上且与模拟井筒连通，裂缝模块定位套的另一端经堵漏液出口联接法兰连接有堵漏液出口管，余液出口联管上设置有余液排泄阀，裂缝块A与裂缝块B经紧固螺钉连接于一体。本实用新型的有益效果是：适用于不同岩性地层中具有不同壁面粗糙度的裂缝堵漏研究，进行堵漏材料的评价和堵漏钻井液、完井液以及其它油气井工作液堵漏效果以及配方研究，所研究结果更能反映不同裂缝壁面状况下的堵漏效果。

Description

一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置

技术领域

本实用新型涉及油气钻井中裂缝性地层堵漏研究的技术领域，特别是一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置。

背景技术

裂缝性井漏是油气钻井井漏最普遍的一种井漏方式。模拟裂缝井漏的堵漏试验测试装置不可谓不多，如美国研发的API堵漏仪，我国研究的高温高压裂缝堵漏实验装置，这些试验装置最大缺点是模拟裂缝块的壁面均为金属光滑裂缝壁面，与实际裂缝壁面，如砂岩裂缝壁面、部分灰岩裂缝壁面带有显著的粗糙度不相同，导致通过光滑裂缝壁面试验优选出的堵漏剂配方在承压力和粒度组配，甚至堵漏材料类型上都出现严重误差，未能真实反映实际裂缝漏失与堵漏状况。

如何才能够在钻井液堵漏实验中正确模拟漏失裂缝和建立裂缝性堵漏评价方法，为油气钻井液防漏堵漏技术提供科学依据，一直是困扰提高堵漏测试技术水平和准确程度的一大难题。目前国内普遍使用的是API室内静态堵漏评价试验装置，该装置由于漏床和缝板的位置及结构不合理，不能真实地模拟漏失地层的裂缝具有一定深度的状况，尤其是对于裂缝壁面的粗糙度没有加以考虑，实际地层中，岩性不同或裂缝成因不同，地层中的裂缝壁面有光滑和粗糙之分，堵漏材料在这两种裂缝中的堵漏效果差别较大，这就提出了新的要求：能否设计出一种新的裂缝堵漏测定装置，该装置模拟的裂缝具有可人为调整的粗糙和光滑面，且具有较长的深度或长度，试验完成后可以分开裂缝，观察到堵漏材料在不同裂缝壁面上不同位置堆积的深度，分析出封口、封喉、封腰、封尾的不同堵漏状况及其堵漏机理。进而分析评价出堵漏材料的封堵裂缝效果，为堵漏材料的优选，堵漏钻井液封堵裂缝效能的评价以及堵漏方案和工艺的确定，提供一种科学有效的试验评价手段。

实用新型内容

本实用新型适用于不同岩性地层中具有不同壁面粗糙度的裂缝堵漏研究，进行堵漏材料的评价和堵漏钻井液、完井液以及其他油气井工作液堵漏效果以及配方研究，所研究结果更能反映不同裂缝壁面状况下的堵漏效果，提供一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置，它包括模拟容器和裂缝模块，所述的模拟容器由模拟井筒、模拟井筒上盖、模拟井筒底盖、裂缝模块定位套、余液出口联管、堵漏液出口管以及设置在模拟井筒顶部的针型截止阀组成，所述的模拟井筒上盖和模拟井筒底盖分别设置在模拟井筒的上下端，所述的裂缝模块定位套的一端经模拟井筒联接法兰连接在模拟井筒侧壁上且与模拟井筒连通，裂缝模块定位套的另一端经堵漏液出口联接法兰连接有堵漏液出口管，堵漏液出口管上设置有堵漏液出口控制阀，所述的余液出口联管设置在模拟井筒的侧壁上且与模拟井筒连通，余液出口联管上设置有余液排泄阀，所述的裂缝模块设置于裂缝模块定位套内，裂缝模块由裂缝块A、裂缝块B和紧固螺钉组成，裂缝块A和裂缝块B均为半圆形柱状，裂缝块A与裂缝块B相对立设置且裂缝块A与裂缝块B之间形成有裂缝，裂缝块A与裂缝块B经紧固螺钉连接于一体。

它还包括支撑柱、立柱和底座，所述的支撑柱的下端设置在底座上，支撑柱的另一端固定在模拟井筒底盖底部，所述的立柱设置于底座与裂缝模块定位套之间。

所述的余液出口联管和堵漏液出口管分别设置在模拟井筒的左右侧。

所述的裂缝块A、裂缝块B的表面可以粘贴不同型号的砂纸或有点状、线状、交叉线状等刻痕的金属片来改变其表面粗糙度。

本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型具有加压功能，通过调压阀调节控制对堵漏流体施加压力，可以根据需要，选择模拟现场条件的恒定压差，也可以精确的按照一定速递增加或降低压力，压力调节范围为0-7MPa可调，使有关研究试验更加方便易行。

(2)本实用新型具备多种模拟裂缝试验模块，因井下漏层复杂，裂缝形态多变根据试验要求，配备了多种模拟不同裂缝的试验模块，特别是可以通过在裂缝块的金属表面粘贴不同型号的砂纸或有点状、线状、交叉线状等刻痕的金属片改变裂缝面的粗糙度，来模拟不同岩性地层中的裂缝，达到更真实的模拟地层裂缝的目的。

(3)裂缝模块为圆柱形，中间有裂缝，且裂缝块可分为上下两块组合，由空心圆柱管定位，由紧固螺钉固定连接于一体，因此可以根据井下不同裂缝层特征，选择适宜的裂缝模块进行试验，具有更换方便的特点，且更能迅速达到预期目的。

(4)为了科学地评价裂缝堵漏试验结果，模拟裂缝漏层具有较大的深度，可根据研究需要，调整模拟裂缝漏层横向剖面为单层或多层，能直观地观察分析堵漏材料在每一层模拟裂缝中的分布情况。分析评价有关堵漏材料的性能，堵漏效果具有直观、准确地观察，分析试验结果，得出正确结论。为防漏、堵漏的科研工作，提供了一种有效的试验手段。

(5)根据研究需要，可将组合的模拟裂缝漏层纵向的剖面口分开，直观地观察出堵漏材料的分布、厚度、疏密程度等，综合分析堵漏剂的性能，以便调整堵漏剂的加量，粒经及不同组合配比以能达到理想的堵漏效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的裂缝模块的结构示意图；

图中，1-模拟容器，2-裂缝模块，3-模拟井筒，4-模拟井筒上盖，5-模拟井筒底盖，6-裂缝模块定位套，7-余液出口联管，8-堵漏液出口管，9-针型截止阀，10-模拟井筒联接法兰，11-堵漏液出口联接法兰，12-堵漏液出口控制阀，13-余液排泄阀，14-裂缝块A，15-裂缝块B，16-紧固螺钉，17-裂缝，18-支撑柱，19-立柱，20-底座。

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，本实用新型的保护范围不局限于以下所述：

如图1和图2所示，一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置，它包括模拟容器1和裂缝模块2，所述的模拟容器1由模拟井筒3、模拟井筒上盖4、模拟井筒底盖5、裂缝模块定位套6、余液出口联管7、堵漏液出口管8以及设置在模拟井筒3顶部的针型截止阀9组成，所述的模拟井筒上盖4和模拟井筒底盖5分别设置在模拟井筒3的上下端，所述的裂缝模块定位套6的一端经模拟井筒联接法兰10连接在模拟井筒3侧壁上且与模拟井筒3连通，裂缝模块定位套6的另一端经堵漏液出口联接法兰11连接有堵漏液出口管8，堵漏液出口管8上设置有堵漏液出口控制阀12，所述的余液出口联管7设置在模拟井筒3的侧壁上且与模拟井筒3连通，余液出口联管7上设置有余液排泄阀13，所述的裂缝模块2设置于裂缝模块定位套6内，裂缝模块2由裂缝块A14、裂缝块B15和紧固螺钉16组成，裂缝块A14和裂缝块B15均为半圆形柱状，裂缝块A14与裂缝块B15相对立设置且裂缝块A14与裂缝块B15之间形成有裂缝17，裂缝块A14与裂缝块B15经紧固螺钉16连接于一体，因此裂缝模块2可以拆分，可以根据井下不同裂缝层特征，选择适宜的试验模块进行试验，更换方便，能迅速达到预期目的。如图1所示，它还包括支撑柱18、立柱19和底座20，所述的支撑柱18的下端设置在底座20上，支撑柱18的另一端固定在模拟井筒底盖5底部，所述的立柱19设置于底座20与裂缝模块定位套6之间。所述的余液出口联管7和堵漏液出口管8分别设置在模拟井筒3的左右侧。所述裂缝块A14、裂缝块B15的表面可以粘贴不同型号的砂纸或有点状、线状、交叉线状等刻痕的金属片来改变其表面粗糙度，达到模拟不同岩性地层中裂缝壁面的实际状况的。

裂缝块A14和裂缝块B15均为金属制作，表面坚硬光滑，可以用来模拟碳酸盐岩类地层中的裂缝，或者在裂缝面上粘贴有刻痕的铁片，以避免模拟裂缝面过于光滑而与地层中的实际情况产生过大的差异；此外，在裂缝面上粘贴不同型号的砂纸，用于模拟砂岩类地层中的表面较为粗糙的裂缝，砂纸型号的选取可以根据实际地层中的岩石颗粒的平均粒度来选取。

试验时，先根据所研究地层的实际情况选取所需粗糙度的裂缝块，组装成裂缝模块2，再通过模拟井筒联接法兰10将裂缝模块定位套6连接至模拟井筒3上，随后将裂缝模块2装入裂缝模块定位套6中，然后将堵漏液出口管经堵漏液出口联接法兰11连接在模拟井筒3上，并关闭堵漏液出口控制阀12及关闭余液排泄阀13，将配制好的堵漏材料倒入模拟井筒3中并旋紧模拟井筒上盖4，将针型截止阀9安装在模拟井筒上盖4上，之后将针型截止阀9连接至高压氮气瓶，最后向模拟井筒3内加压1或2MPa，打开堵漏液出口控制阀12，堵漏材料在正压差作用下进入裂缝形成封堵，随后进一步加压，观察封堵材料对裂缝的封堵强度和稳定性，当试验结束后，关闭氮气瓶，卸去模拟井筒内的压力，取下堵漏液出口管8，将裂缝模块2从裂缝模块定位套6中拉出，拧松紧固螺钉16，打开裂缝模块2，观察堵漏材料在裂缝内的封堵情况。

在研究中，开展大量的试验来对比光滑裂缝和粗糙裂缝的堵漏效果，在下表中列出了多组试验结果，对比相同配方条件下堵漏材料在光滑裂缝和粘贴砂纸的粗糙裂缝中的堵漏效果。本实施例中采用不同目数的碳酸钙颗粒作为堵漏材料，配制堵漏钻井液，并选取裂缝宽度为2mm的光滑裂缝和粘贴砂纸的粗糙裂缝进行堵漏试验，同样堵漏材料，在光滑裂缝内材料在裂缝的尾部形成封堵，而在粗糙裂缝内，材料在裂缝的腰部形成封堵，其堵漏的效果优于光滑裂缝。本实例还采用核桃壳堵漏材料分别在光滑裂缝和粘有3#砂纸的粗糙裂缝中进行堵漏试验，同样的堵漏材料，堵漏材料在光滑裂缝中的堵漏效果比粗糙裂缝中差，堵漏材料在光滑裂缝中形成桥堵的难度要远大于粗糙裂缝。表中的泄压压力指的是试验所加的最大压力；封堵位置指的是材料在裂缝内形成桥堵的位置，以裂缝的口部为起始点计算，裂缝总长约30cm。

通过试验结果可以得到，相同条件下，光滑裂缝和粗糙裂缝堵漏效果有很大的差别，粗糙裂缝更容易被堵漏材料封堵，因此，不能用单一的光滑的金属模块裂缝来模拟所有的堵漏实验，而应该增强针对性，根据实际地层条件，选取具有合适粗糙度的裂缝来模拟堵漏实验，以得到最优的堵漏配方和最佳的堵漏效果，在节约成本的同时提高效率。

Claims (4)

1.一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置，其特征在于：它包括模拟容器（1）和裂缝模块（2），所述的模拟容器（1）由模拟井筒（3）、模拟井筒上盖（4）、模拟井筒底盖（5）、裂缝模块定位套（6）、余液出口联管（7）、堵漏液出口管（8）以及设置在模拟井筒（3）顶部的针型截止阀（9）组成，所述的模拟井筒上盖（4）和模拟井筒底盖（5）分别设置在模拟井筒（3）的上下端，所述的裂缝模块定位套（6）的一端经模拟井筒联接法兰（10）连接在模拟井筒（3）侧壁上且与模拟井筒（3）连通，裂缝模块定位套（6）的另一端经堵漏液出口联接法兰（11）连接有堵漏液出口管（8），堵漏液出口管（8）上设置有堵漏液出口控制阀（12），所述的余液出口联管（7）设置在模拟井筒（3）的侧壁上且与模拟井筒（3）连通，余液出口联管（7）上设置有余液排泄阀（13），所述的裂缝模块（2）设置于裂缝模块定位套（6）内，裂缝模块（2）由裂缝块A（14）、裂缝块B（15）和紧固螺钉（16）组成，裂缝块A（14）和裂缝块B（15）均为半圆形柱状，裂缝块A（14）与裂缝块B（15）相对立设置且裂缝块A（14）与裂缝块B（15）之间形成有裂缝（17），裂缝块A（14）与裂缝块B（15）经紧固螺钉（16）连接于一体。

2.根据权利要求1所述的一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置，其特征在于：它还包括支撑柱（18）、立柱（19）和底座（20），所述的支撑柱（18）的下端设置在底座（20）上，支撑柱（18）的另一端固定在模拟井筒底盖（5）底部，所述的立柱（19）设置于底座（20）与裂缝模块定位套（6）之间。

3.根据权利要求1所述的一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置，其特征在于：所述的余液出口联管（7）和堵漏液出口管（8）分别设置在模拟井筒（3）的左右侧。

4.根据权利要求1所述的一种模拟光滑与粗糙裂缝壁面堵漏试验装置，其特征在于：所述的裂缝块A（14）、裂缝块B（15）的表面可以粘贴不同型号的砂纸或有点状、线状、交叉线状刻痕的金属片来改变其表面粗糙度。