CN207976363U - 用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，实验装置包括实验箱(1)、可调转速电动机(2)、流体泵(3)、回收槽(4)，实验箱为一密封空心箱体，实验箱的顶壁和底壁上分别设置有返出口(5)和注入口(6)，实验箱内部沿竖向设置有旋转轴(7)，可调转速电动机通过传动轴(8)与旋转轴连接以驱动旋转轴转动，实验箱(1)的侧壁内侧设置有岩心放置槽(9)，注入口(6)通过注入弯管(10)与流体泵(3)连接，返出口(5)通过返出弯管(11)与回收槽(4)连接。本实用新型具有结构简单、投资成本低，可重复使用、实验操作方便、钻井液抑制性评价精度高等优点，能够广泛应用于钻井液体系抑制性评价。

Description

用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置

技术领域

本实用新型属于石油天然气钻井工程的技术领域，具体涉及一种用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置和实验方法。

背景技术

钻井液抑制性能力对石油勘探开发作业起着至关重要的作用，特别是在钻探泥页岩等粘土含量高、易水化地层中，钻井液抑制能力的好坏直接影响钻屑膨胀、分散和井壁稳定、作业安全等问题。

钻井作业过程中，井筒内充满钻井液，与井内岩石密切接触，受泥浆泵排量影响，钻井液具有不同的环空流速；受井内钻具旋转影响，钻井液具有离心力，具有不同流态，对井内岩石产生不一样的作用，同时不同的钻井液密度、温度对钻井液抑制性也会产生不同影响。目前国内外石油行业对钻井液抑制性评价方法很多，较为通用的检测方法包括：1)页岩体积膨胀实验；2)页岩线性膨胀试验；3)抑制膨润土造浆试验；4)页岩滚动回收率试验等；这些试验方法仅考虑了钻井液性能和环境温度的影响，均未综合考虑不同环空返速、不同流态、不同密度、不同温度条件下钻井液抑制性变化情况，因而无法精确评价钻井液抑制性是否能够满足现场安全作业需求。

由于海洋钻机日费高，对作业安全要求极高，必须保障井下作业安全，才能本质上实现降本增效目标。钻井液抑制性是否能够满足井壁稳定需求是安全作业的前提，而目前的钻井液抑制性评价方法存在太多不确定性，为安全作业埋下安全隐患。因此，很有必要实用新型一种用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，综合考虑环空返速、流态、密度、温度等影响因素，精确评价钻井液抑制性，从而选择最优钻井液体系保障现场安全作业。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，其可精确评价井内钻井液在受环空返速、流态、密度、温度和钻具扰动离心力等影响下的综合抑制性。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一方面，提供一种用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，包括实验箱、可调转速电动机、流体泵、回收槽，所述实验箱为一密封空心箱体，实验箱的顶壁和底壁上分别设置有返出口和注入口，所述实验箱内部沿竖向设置有旋转轴，所述可调转速电动机通过传动轴与旋转轴连接以驱动旋转轴转动，所述实验箱的侧壁内侧设置有岩心放置槽，所述注入口通过注入弯管与流体泵连接，所述返出口通过返出弯管与回收槽连接。

作为进一步的改进，所述实验箱的至少一个侧壁由与顶壁铰接的活动挡板形成，所述岩心放置槽设置在活动挡板的内侧面上。

作为进一步的改进，所述实验箱的顶壁和底壁在与活动挡板上的岩心放置槽相对应的位置设置有凹槽。

作为进一步的改进，所述实验箱与活动挡板之间的接触面上设置有密封圈安装槽，密封圈安装槽中安装有密封圈。

作为进一步的改进，所述活动挡板的下端设置有用于与实验箱的底壁固定连接的快速闭合扣。

作为进一步的改进，所述注入弯管与流体泵之间设置有中间容器，所述中间容器由缸筒和设置在缸筒中的活塞组成，所述缸筒的一端与注入弯管连接，缸筒的另一端与所述流体泵的出口端连接，所述流体泵的入口端通过吸水弯管连接水箱。

作为进一步的改进，所述的旋转轴的外周设置有螺纹或叶片。

本实用新型提供的用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，包括实验箱、可调转速电动机、流体泵、回收槽，所述实验箱为一密封空心箱体，实验箱的顶壁和底壁上分别设置有返出口和注入口，所述实验箱内部沿竖向设置有旋转轴，所述可调转速电动机通过传动轴与旋转轴连接以驱动旋转轴转动，所述实验箱的侧壁内侧设置有岩心放置槽，所述注入口通过注入弯管与流体泵连接，所述返出口通过返出弯管与回收槽连接。使用时，根据要求调整可调转速电动机的转速，开启流体泵，钻井液在流体泵的作用下通过注入弯管进入实验箱，钻井液充满实验箱并通过返出弯管进入回收槽，实验箱内的钻井液除了受到向上的推力外，还受到实验箱内的旋转轴提供的离心力，从而动态模拟不同流速、不同流态、不同密度、不同温度和钻具扰动离心力条件下钻井液对岩心冲刷作用，精确评价井内钻井液在受环空返速、流态、密度、温度和钻具扰动离心力等影响下的综合抑制性，从而指导现场选择合适钻井液体系，确保井壁稳定，实现安全作业目标。本实用新型具有结构简单、投资成本低，可重复使用、实验操作方便、钻井液抑制性评价精度高等优点，能够广泛应用于钻井液体系抑制性评价。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置的实验箱的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

结合图1至图3所示，本实用新型实施例提供的一种用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，包括实验箱1、可调转速电动机2、流体泵3、回收槽4。所述实验箱1为一密封空心箱体，长8cm，宽8cm，高10cm，主要提供岩心和钻井液接触空间，同时对钻井液提供旋转离心力。实验箱1的顶壁和底壁上分别设置有两个返出口5和两个注入口6，两注入口位置与两返出口位置对应，返出口5为钻井液流出实验箱提供通道，注入口6为钻井液流入实验箱提供通道。所述实验箱1内部沿竖向设置有旋转轴7，所述的旋转轴外径2cm，带右旋螺纹，可自由转动，为钻井液提供离心力。所述可调转速电动机2通过传动轴8与旋转轴7连接以驱动旋转轴7转动，所述的可调转速电动机可实现无级调速，调速范围0～200转/分钟；可调转速电动机转动后，将转速通过传动轴传给实验箱内的旋转轴，从而为实验箱内的钻井液提供离心力。在实验箱1顶壁中心位置有一个传动轴孔，提供传动轴进入实验箱通道，所述传动轴外径与传动轴孔配套，通过传动轴实现可调转速电动机带动旋转轴旋转，传动轴与传动轴孔可实现密封转动。在实验箱1底壁中心位置有一个旋转轴孔，深约1cm，旋转轴孔支撑旋转轴7的下端。所述实验箱1的两个相对的侧壁内侧设置有岩心放置槽9，所述注入口6通过注入弯管10与流体泵3连接，所述返出口5通过返出弯管11与回收槽4连接。所述的注入弯管10下端为一根管，上端分支为两根管，分别与实验箱下部的两个注入口连接，为钻井液进入实验箱提供通道。所述的返出弯管11上端为一根管，下端为两根分管，分别与实验箱上的两个返出口连接，下端两根分管汇合成一根弯管后插入回收槽4，为钻井液回收提供通道。

作为进一步优选的实施方式，所述实验箱1的左右两个侧壁由与顶壁铰接的活动挡板12形成，所述岩心放置槽9设置在活动挡板12的内侧面上。所述活动挡板长10cm，宽8cm，厚2cm，活动挡板内面居中位置设置了岩心放置槽，岩心放置槽宽4cm，高8cm，内凹深1cm；活动挡板的上端通过复位门轴连接在实验箱的顶壁左右两端，所述的复位门轴当活动挡板打开时可以自动复位。所述活动挡板12的下端设置有用于与实验箱1的底壁固定连接的快速闭合扣15，快速闭合扣15与实验箱底部上的闭合扣配套使用，实现活动挡板与实验箱密封配合。所述快速闭合扣也可以由两部分构成，一部分位于活动挡板下端，一部分位于实验箱底壁下面，配套使用，提供活动挡板与实验箱密封配合紧固力。

作为进一步优选的实施方式，所述实验箱1的顶壁和底壁在与活动挡板12上的岩心放置槽9相对应的位置设置有凹槽13，凹槽13长1cm，高1cm。所述岩心放置槽与凹槽配套，实验过程中可将岩心静止放置此处并提供紧固力。

作为进一步优选的实施方式，所述实验箱1与活动挡板12之间的接触面上设置有密封圈安装槽14，密封圈安装槽14中安装有方形的密封圈。所述密封圈安装槽14位于实验箱的顶壁、底壁，前挡板、后挡板上，形成一个完整的方形，用于放置方形密封圈，所述的方形密封圈安装在密封圈安装槽内，当活动挡板锁紧好后，方形密封圈使整个实验箱严格密封。

作为进一步优选的实施方式，所述注入弯管10与流体泵3之间设置有中间容器16，所述中间容器16由缸筒和设置在缸筒中的活塞组成，所述的中间容器内容积为10～50L，所述缸筒的一端与注入弯管10连接，缸筒的另一端与所述流体泵3的出口端连接，所述流体泵3的入口端通过吸水弯管17连接水箱18，所述的水箱容积比中间容器大10～20L。使用时，所述缸筒的一端装满钻井液，所述的流体泵将水箱18中的水抽入至缸筒的另一端，从而推动活塞向缸筒的一端移动，活塞挤压钻井液使其经注入弯管10进入实验箱1。所述流体泵泵速可调，根据需要的环空返速调节泵速。采用上述结构，流体泵不与钻井液直接接触，可降低流体泵的性能要求，提高流体泵的使用寿命。

作为进一步优选的实施方式，所述的旋转轴7的外周设置有螺纹或叶片，这样，旋转轴7在实验箱1内部转动时，可更好地搅动实验箱1内的钻井液，从而模拟钻具扰动离心力。

下面结合图1至图3来说明本实用新型采用如上所述用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置进行实验的方法，具体包括以下步骤：

S1、准备作业：

①检查流体泵与可调转速电动机运转情况，确保工作正常，检查旋转轴是否转动顺畅，将可调转速电动机与传动轴连接；

②将吸入弯管一端插入水箱，一端与流体泵连接，流体泵另一端与中间容器连接，中间容器另一端与注入弯管连接，注入弯管两分支管分别与两个注入口连接，两个返出口分别与返出弯管两分支管连接，返出弯管另一端插入回收槽内；

③提前检查好方形密封圈状态并提前安装在密封圈安装槽内；

④准备好2块长2cm，宽4cm，高6cm岩心19，打开活动挡板并将其分别装入实验箱内的岩心放置槽内，关闭活动挡板，关上快速闭合扣；

⑤提前准备好相应密度的钻井液；

⑥提前将钻井液加热至需要的温度，并将其注入到连接注入弯管一端的中间容器内，并将钻井液充满实验箱；

⑦提前将水箱盛满水，提前清空回收槽。

S2、实验：

①开启可调转速电动机，根据要求调整转速；

②开启流体泵，根据要求调整泵速，使实验箱内返速符合要求；

③观察中间容器内钻井液排出和回收槽钻井液回收情况，当中间容器内钻井液排完后停止流体泵和可调转速电动机；

④排空实验箱内的剩余钻井液；

⑤打开快速闭合扣，打开活动挡板，取出实验岩心，观察岩心状态，评价钻井液抑制性；

⑥称量剩余岩心重量，评价钻井液抑制性。

S3、保养：

①清洗循环路线上的中间容器、管线、实验箱、回收槽等，拆除各装置连接，单独保养和放置；

②取出实验箱内的方形密封圈；

③复位门轴、传动轴、旋转轴等涂抹黄油。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

总之，本实用新型虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本实用新型的范围，否则都应该包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，其特征在于：包括实验箱(1)、可调转速电动机(2)、流体泵(3)、回收槽(4)，所述实验箱(1)为一密封空心箱体，实验箱(1)的顶壁和底壁上分别设置有返出口(5)和注入口(6)，所述实验箱(1)内部沿竖向设置有旋转轴(7)，所述可调转速电动机(2)通过传动轴(8)与旋转轴(7)连接以驱动旋转轴(7)转动，所述实验箱(1)的侧壁内侧设置有岩心放置槽(9)，所述注入口(6)通过注入弯管(10)与流体泵(3)连接，所述返出口(5)通过返出弯管(11)与回收槽(4)连接。

2.根据权利要求1所述的用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，其特征在于：所述实验箱(1)的至少一个侧壁由与顶壁铰接的活动挡板(12)形成，所述岩心放置槽(9)设置在活动挡板(12)的内侧面上。

3.根据权利要求2所述的用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，其特征在于：所述实验箱(1)的顶壁和底壁在与活动挡板(12)上的岩心放置槽(9)相对应的位置设置有凹槽(13)。

4.根据权利要求2所述的用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，其特征在于：所述实验箱(1)与活动挡板(12)之间的接触面上设置有密封圈安装槽(14)，密封圈安装槽(14)中安装有密封圈。

5.根据权利要求2所述的用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，其特征在于：所述活动挡板(12)的下端设置有用于与实验箱(1)的底壁固定连接的快速闭合扣(15)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，其特征在于：所述注入弯管(10)与流体泵(3)之间设置有中间容器(16)，所述中间容器(16)由缸筒和设置在缸筒中的活塞组成，所述缸筒的一端与注入弯管(10)连接，缸筒的另一端与所述流体泵(3)的出口端连接，所述流体泵(3)的入口端通过吸水弯管(17)连接水箱(18)。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于评价钻井液抑制性的动态模拟实验装置，其特征在于：所述的旋转轴(7)的外周设置有螺纹或叶片。