CN208537347U - 一种高温高压钻井液流动性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温高压钻井液流动性能测试装置，该装置主要由流体管道、控温装置1、压力传感器、采样容器17、三相磁力驱动装置18、驱动电机19组成，所述流体管道的垂直管段3、水平管段4和倾斜管段2首尾相接，形成似三角形的钻井液循环系统，旁通管段5两端接在水平管段4上，旁通管段两端之间的水平管段为取样管段6，取样管段连接采样容器17；驱动电机19通过三相磁力驱动装置18驱动流体管道内的钻井液循环流动。利用该装置能够模拟深井和超深井钻井过程中，在高温高压条件下对钻井液上返过程中的流动速度和剪切速率等流动性能进行测试。本实用新型原理可靠，操作简便，对钻井液流型判断和相关流体计算提供了实验和理论指导。

Description

一种高温高压钻井液流动性能测试装置

技术领域

本实用新型涉及石油勘探开发领域钻井过程中一种高温高压钻井液流动性能测试装置。

背景技术

在深井及超深井钻井过程中，钻井液在井底受到高温高压的影响，体积较小，流速较慢，随着钻井液从井底返回到地面的过程中，钻井液的温度、压力随井深变浅而变低，钻井液体积变大，流速变快，因而钻井液在上返过程中流动速率和剪切率等流动参数不断变化，对流体计算及钻井液参数选择带来困难。因此，研究钻井液在高温高压条件下流动速率和剪切速率的变化是深井及超深井钻井的一个极其重要的问题。

钻井液在井下处于高温高压的状态，流动性能受高温高压影响很大，而当前国内对钻井液流动性能测试的实验方法都是针对常温常压下钻井液的流动性能测试或在高温高压釜中进行静止状态下钻井液的流变性能测试。

专利“一种高温高压流变性能测试仪”（CN201594064U）主要通过高温高压釜进行钻井液流变性能测试，未考虑钻井液处于流动循环状态。专利“水平井偏心环空顶替参数优化设计方法”（CN103277067）在常温常压下通过模拟水平井偏心环空状态测量钻井液的流变参数，未考虑钻井液处于高温高压状态。专利“异型管式钻井液流变性测量方法”（CN103076263A）通过钻井液在异型管中流动，进行钻井液的流变性自动化在线测量，也未考虑钻井液处于高温高压状态。

总的来说，目前室内实验设备没有全面考虑在深井及超深井中钻井液同时处于流动和高温高压两个状态。因此，建立实际井下钻井液流动状态进行流动性能测试的实验装置，对于深井及超深井钻井过程中钻井液的流动性能研究具有十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高温高压钻井液流动性能测试装置，该装置原理可靠，操作简便，能够模拟深井和超深井钻井过程中，在高温高压条件下对钻井液上返过程中的流动速度和剪切速率等流动性能进行测试。

为达到以上技术目的，本实用新型采用以下技术方案。

一种高温高压钻井液流动性能测试装置，包括流体管道单元、流体管道加热控温单元、压力采集单元、取样单元、泄压单元、三相磁力驱动单元、注气单元和注液单元。

所述流体管道单元包括垂直管段、水平管段、倾斜管段、旁通管段和取样管段，管径均为25mm，不锈钢材质，最大承压为150MPa，耐温极限为250℃。垂直管段、水平管段和倾斜管段首尾相接，形成似三角形的钻井液循环系统，旁通管段两端分别接在水平管段上，取样管段为水平管段的一部分。

所述流体管道加热控温单元包括总功率为100KW的不锈钢加热圈、Pt100温度传感器、保温层，保温层及不锈钢加热圈覆盖于整个流动管段上。

所述压力采集单元包括4套量程为0~120MPa，精度为±0.2%FS的316L膜片的带通讯接口的PID智能仪表，在垂直管段上部和下部各安装一套，在水平管段与旁通管段的连接处各安装一套。

所述取样单元包括取样管段、3只200℃/100MPa的高温高压阀门和500mL/100MPa的采样容器。在水平管段与旁通管段连接处之间放置2只高温高压阀门，两阀门之间为取样管段，取样管段与采样容器通过管段相连，在取样管段与采样容器通过一只高温高压阀门相连。

所述泄压单元包括旁通管段和1只200℃/100MPa的高温高压阀门。

所述三相磁力驱动单元包括气、液、固三相磁力驱动装置和驱动电机，三相磁力驱动装置工作压力为100MPa，工作温度为200℃。三相磁力驱动装置的一端分别连接气体增压机和氮气瓶、液体增压泵和清水池，另一端连接流体管道，驱动电机通过变频调速可改变流体循环速度。

所述注气单元包括氮气瓶、量程为0~100MPa的气体增压机和50℃/100MPa的高压阀门。氮气瓶与气体增压机通过管线相连，气体增压机通过管线和阀门与三相磁力驱动装置相连。

所述注液单元包括清水池、量程为0~100MPa的液体增压泵和50℃/100MPa的高压阀门。清水池与液体增压泵通过管线相连，液体增压泵通过管线和阀门与三相磁力驱动装置相连。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

在模拟高温高压钻井液循环过程中，同时考虑了井筒流体压力、温度随钻井液上返而降低，流速变快等因素，较为完善地考虑了地层条件、流动条件与实际工况对钻井液循环的流动速率和剪切速率的影响，对钻井液流型判断和相关流体计算提供了实验和理论指导。

附图说明

图1是高温高压钻井液流动性能测试装置的结构示意图。

图中：1—控温装置，2—倾斜管段，3—垂直管段，4—水平管段，5—旁通管段，6—取样管段，7、8、9、10—高温高压阀门，11、12—高压阀门，13、14、15、16—压力传感器，17—采样容器，18—三相磁力驱动装置，19—驱动电机，20—氮气瓶，21—气体增压机，22—液体增压泵，23—清水池。

具体实施方式

下面根据附图和实施例进一步说明本实用新型。

参看图1。

一种高温高压钻井液流动性能测试装置，由流体管道、控温装置1、压力传感器13—16、采样容器17、三相磁力驱动装置18、驱动电机19、气体增压机21、氮气瓶20、液体增压泵22、清水池23组成。

所述流体管道包括垂直管段3、水平管段4、倾斜管段2、旁通管段5，垂直管段3、水平管段4和倾斜管段2首尾相接，形成似三角形的钻井液循环系统，旁通管段5两端分别接在水平管段4上，旁通管段两端之间的水平管段为取样管段6；所述控温装置1包括加热圈、保温层和温度传感器，加热圈、保温层覆盖于整个流体管道上；所述垂直管段3上下两端、所述水平管段4与旁通管段5的左右连接处分别安装压力传感器13—16；所述取样管段6连接采样容器17，取样管段6两端、取样管段6与采样容器17之间、旁通管段5上均设置高温高压阀门7—10；所述三相磁力驱动装置18分别通过高压阀门12、11连接气体增压机21、液体增压泵22，气体增压机21连接氮气瓶20，液体增压泵22连接清水池23，三相磁力驱动装置18还连接驱动电机19，驱动电机通过三相磁力驱动装置18驱动流体管道内的钻井液循环流动。

安装在垂直管段3上的压力传感器13和14，可采集垂直管段3上不同位置的压力数据，安装在水平管段4与旁通管段5的连接处的压力传感器15和16，可采集水平管段4上不同位置的压力数据。

所述三相磁力驱动装置驱动钻井液的循环流动方向为垂直管段3—倾斜管段2—水平管段4—垂直管段3。

所述驱动电机19通过变频调速改变流体循环速度，所述三相磁力驱动装置18采集钻井液流动速率和剪切速率数据。

在取样管段两端设置高温高压阀门7、8，取样管段6与采样容器17之间也有高温高压阀门10，关闭高温高压阀门7、8，打开高温高压阀门10可将取样管段中6中的钻井液放入采样容器17中，用于分析钻井液相关特性参数。

所述旁通管段5上安装高温高压阀门9，当需要泄压时打开高温高压阀门9进行泄压。

所述氮气瓶20、气体增压机21通过管线、高压阀门12与三相磁力驱动装置18相连，可对循环管段内的流体流动压力进行控制。

所述清水池23、液体增压泵22通过管线、高压阀门11与三相磁力驱动装置18相连，可对循环管段内的流体流动压力进行控制。

利用上述装置对高温高压钻井液流动性能进行测试的方法，依次包括以下步骤：

a、实验前期准备：

安装水平管段、垂直管段和倾斜管段及相关装置，检查氮气瓶和储水池中流体是否充足；将所有阀门均设为关闭状态；检查所有仪器仪表是否正常工作。

b、开启实验设备：

打开气体增压机、液体增压泵与三相磁力驱动装置连接的阀门，同时打开水平管段上的两个阀门，将钻井液充满流动管道并通过三相磁力驱动装置使其循环流动，通过气体增压机和液体增压泵将循环管段内的流体压力增压到最深地层压力；开启控温装置开关，对管道内流体加热到设定温度；通过驱动电机带动三相磁力驱动装置将管道中流体的流速增加到设定速度，关闭气体增压机、液体增压泵，关闭控温装置。

c、进行高温高压钻井液流动性能测试实验：

当4个压力传感器的压力数据及倾斜管段控温装置的温度数据稳定且等于设定的地层最深处的温度、压力时，记录此时的温度压力数据和三相磁力驱动装置得到的管段内流体流动的流动速率和剪切速率作为第一组数据。然后通过每次均匀地从取样管段取出一定体积的钻井液用来模拟钻井液在上返过程中所受压力降低的实际工况，通过散热来模拟钻井液在上返过程中地层温度降低的实际工况，通过取样容器中的流体气、液、固含量分析每组实验的钻井液特性参数，通过三相磁力驱动装置增加循环管段内流体速度模拟钻井液在上返过程中流速变快的实际工况，每取出一次钻井液，调节一次钻井液循环流速、压力和温度，记录所有压力、温度、流动速率和剪切速率数据作为一组实验数据，直到井筒流体压力降低到设定值为止，实验结束。

d、实验结果整理：

整理及分析所采集数据。

Claims (3)

1.一种高温高压钻井液流动性能测试装置，由流体管道、控温装置（1）、压力传感器、采样容器（17）、三相磁力驱动装置（18）、驱动电机（19）、气体增压机（21）、氮气瓶（20）、液体增压泵（22）、清水池（23）组成，其特征在于，所述流体管道包括垂直管段（3）、水平管段（4）、倾斜管段（2）、旁通管段（5），垂直管段（3）、水平管段（4）和倾斜管段（2）首尾相接，形成似三角形的钻井液循环系统，旁通管段（5）两端分别接在水平管段（4）上，旁通管段两端之间的水平管段为取样管段（6）；所述控温装置（1）包括加热圈、保温层和温度传感器，加热圈、保温层覆盖于整个流体管道上；所述垂直管段（3）上下两端、所述水平管段（4）与旁通管段（5）的左右连接处分别安装压力传感器；所述取样管段（6）连接采样容器（17）；所述三相磁力驱动装置（18）分别连接气体增压机（21）、液体增压泵（22），气体增压机（21）连接氮气瓶（20），液体增压泵（22）连接清水池（23），三相磁力驱动装置（18）还连接驱动电机（19），驱动电机通过三相磁力驱动装置（18）驱动流体管道内的钻井液循环流动。

2.如权利要求1所述的一种高温高压钻井液流动性能测试装置，其特征在于，所述取样管段（6）两端、取样管段（6）与采样容器（17）之间均设置高温高压阀门。

3.如权利要求1所述的一种高温高压钻井液流动性能测试装置，其特征在于，所述旁通管段（5）上安装高温高压阀门（9），当需要泄压时打开高温高压阀门（9）进行泄压。