CN209148314U - 一种应用3d技术全真模拟地层评价装置 - Google Patents

一种应用3d技术全真模拟地层评价装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种应用3D技术全真模拟地层评价装置,属于石油钻采研究实验装置技术领域。该评价装置包括:上端开口的反应釜,反应釜的内侧壁设有夹层,夹层内设有加热电阻丝,夹层围成的空间内设有液体收集桶,液体收集桶内设有3D模拟岩芯,反应釜的上端开口处设有盖子,盖子上设有第一通孔和第二通孔,盖子上设有动力马达,动力马达的输出端通过第一通孔连接有模拟钻具,第二通孔处通过管道和自动加压装置连接,自动加压装置的管道上设有压力表,反应釜的外侧还设有用于测量液体收集桶内的液体流量的流量计。本实用新型的应用3D技术全真模拟地层评价装置真实还原钻进过程中钻井液侵入地层的过程,数据可靠性好。

Description

一种应用3D技术全真模拟地层评价装置
技术领域
本实用新型涉及石油钻采研究实验装置技术领域,具体涉及一种应用3D技术全真模拟地层评价装置。
背景技术
近年来,致密砂岩气、页岩气等非常规油气资源的研究和开发实践逐渐增多,新疆、川渝地区的非常规油气勘探开发取得重大进展,而在钻井过程中的井壁失稳每年给世界石油工业造成大量的经济损失。井壁不稳定的原因很复杂,水进入近井壁泥页岩地层是井壁失稳的主要原因之一。当地层被钻开后,井筒中流体通过与地层孔隙流体之间的压力差、氢键力、温差、化学势差和地层毛细管力的驱动力作用,进入近井壁地层并产生方向指向井筒内的岩石坍塌压力。所以加强对钻井过程中对封堵性能的评价尤为重要,不仅能直观地了解钻井过程中封堵进程,而且对以后钻井液的改进、性能评价、岩石力学分析提供重要的依据。
自20世纪90年代以来,国内多所高校开展了3D打印技术的自主研发。清华大学在现代成型学理论、分层实体制造、FDM工艺等方面都有一定的科研优势;华中科技大学在分层实体制造工艺方面有优势,并已推出了HRP系列成型机和成型材料;西安交通大学自主研制了三维打印机喷头,并开发了光固化成型系统及相应成型材料,成型精度高;中国科技大学自行研制了八喷头组合喷射装置,有望在微制造、光电器件领域得到应用。3D打印技术有以下优点:1、制造复杂物品不增加成本;2、产品多样化不增加成本;3、零时间交付;4、设计空间无限;5、零技能制造;6、不占空间、便携制造;7、材料无限组合;8、精确的实体复制。然而目前尚没有能真实模拟地层实际情况来评级纳米封堵剂性能的装置,所以用3D打印技术来模拟地层岩心能真实地反映实际钻井过程中的问题,对以后推动钻井液科学技术的发展有着重要的作用。
2016年7月,宋碧涛、马成云等在《钻井与完井液》上发表的硬脆性泥页岩钻井液封堵性评价方法,介绍了一种用压力传递实验来评价各类封堵剂封堵性能的方法,它能反映出不同类型封堵剂在钻井液与泥页岩相互作用过程中,发生裂缝或孔喉尺寸变化情况下的封堵效果。但该技术存在以下缺点:1.压力传递实验时间长、操作复杂、精确度不高;2.实验温度只有摄氏度,与钻进过程中实际的地下岩层的温度相差较大,所模拟情景与地层真实状况不相符;3.实验所用的岩心为人工制作,孔隙度和渗透率受多方面因素影响,导致实验重复性较差。
2017年5月,侯杰在《石油钻探技术》上发表的硬脆性泥页岩微米-纳米级裂缝封堵评价新方法,介绍了一种用不锈钢粉末经特殊工艺压制成的薄片作为封堵介质来模拟微米和纳米级裂缝,对钻井过程中的封堵性能进行评价。以上现有技术的缺点:1.不锈钢薄片是经特殊工艺制成,工艺是否简单、重复性好不好无从得知;2.不锈钢材质与地层岩石在结构强度、吸水性能、表面亲水性、孔隙分布等方面存在较大差距,是否能代替有待地层岩心还验证;3.虽然能模拟封堵剂在裂缝中的堆积和封堵情况,但因为是不透明材料,验证方法繁琐、成本高、耗费时间长。
实用新型内容
本实用新型提供一种应用3D技术全真模拟地层评价装置,可以解决现有技术中的上述问题。
本实用新型提供了一种应用3D技术全真模拟地层评价装置,包括:上端开口的反应釜,所述反应釜的内侧壁设有夹层,所述夹层内设有加热电阻丝,所述夹层围成的空间内设有液体收集桶,所述液体收集桶内设有3D模拟岩芯,所述反应釜的上端开口处设有盖子,所述盖子上设有第一通孔和第二通孔,所述盖子上设有动力马达,所述动力马达的输出端通过第一通孔连接有模拟钻具,所述第二通孔处通过管道和自动加压装置连接,所述自动加压装置的管道上设有压力表,所述反应釜的外侧还设有用于测量所述液体收集桶内的液体流量的流量计;
所述自动加压装置、动力马达、流量计均分别和控制器连接,所述自动加压装置、动力马达、流量计、控制器均分别和电源连接。
优选地,所述盖子和所述反应釜之间设有密封垫圈。
优选地,所述夹层内还设有温度传感器,所述温度传感器和控制器连接,所述温度传感器和电源连接。
优选地,所述模拟钻具为具备钻头的钻杆。
优选地,所述自动加压装置为自动增压泵。
优选地,所述评价装置还包括3D打印机,所述3D打印机和扫描设备连接,所述3D模拟岩芯由所述3D打印机打印而成。
优选地,所述3D模拟岩芯采用透明光敏树脂打印。
优选地,所述第一通孔位于所述盖子的中心部位。
优选地,所述3D模拟岩芯为竖直方向上设有圆形凹槽的圆柱体。
优选地,所述液体收集桶的底部设有第三通孔,通过第三通孔设有液体输出管,所述液体输出管上设有所述流量计。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
1、使用3D打印模拟岩芯,精度高、实验重复性好;
2、该实验装置真实还原钻进过程中钻井液侵入地层的过程,数据可靠性好;
3、3D模拟岩芯采用透明光敏树脂打印,实验结束后,可观察钻井液在地层中侵入过程和对侵入机理进行研究;
4、温度、转速都可由控制器进行控制,可根据实际情况对其进行调节。
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3D模拟岩芯主视图;
图3为本实用新型的3D模拟岩芯俯视图。
附图标记说明:
1、自动加压装置;2、反应釜;3、加热电阻丝;4、密封垫圈;5、压力表;6、动力马达;7、模拟钻具;8、3D模拟岩芯;9、温度传感器;10、控制器;11、流量计;12、液体收集桶。
具体实施方式
下面结合附图,对本实用新型的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供的一种应用3D技术全真模拟地层评价装置,如图1所示,包括:上端开口的反应釜2,所述反应釜2的内侧壁设有夹层,所述夹层内设有加热电阻丝3,所述夹层围成的空间内设有液体收集桶12(即夹层的内侧设有液体收集桶12),所述液体收集桶12内设有3D模拟岩芯8,3D模拟岩芯8是进行试验时放进去的。所述反应釜2的上端开口处设有盖子,所述盖子上设有第一通孔和第二通孔,所述盖子上设有动力马达6,所述动力马达6的输出端通过第一通孔连接有模拟钻具7,模拟钻具7是在3D模拟岩芯8放进去之后再放进去的。所述第二通孔处通过管道和自动加压装置1连接,所述自动加压装置1的管道上设有压力表5,所述反应釜2的外侧还设有用于测量所述液体收集桶12内的液体流量的流量计11。
所述自动加压装置1、动力马达6、流量计11均分别和控制器10连接,所述自动加压装置1、动力马达6、流量计11、控制器10均分别和电源连接。利用控制器10给自动加压装置1、动力马达6、流量计11等设置好参数,分别控制其压力、转速、显示流量数值。流量计11会把测量到的液体流量数据发送给控制器10。
进一步地,所述盖子和所述反应釜之间设有密封垫圈4,保证反应釜。2的密封性,模拟试验环境。
进一步地,所述夹层内还设有温度传感器9,所述温度传感器9和控制器10连接,所述温度传感器9和电源连接。温度传感器9实时监测夹层内的温度,即监控钻井过程中的试验温度,为评估结论提供依据。同时,加热电阻丝3可以选用能够调加热温度的装置,把加热电阻丝3和控制器10连接,利用控制器10控制加热温度。根据试验需要,给控制器10设定一个试验所需温度范围说温度数值,温度传感器9把实时温度数据传输给控制器10,当传输的温度数值低于设定值时,控制器10控制加热电阻丝3继续加热或加大加热功率;反之则降低加热功率。
进一步地,所述模拟钻具7为具备钻头的钻杆,钻杆是可以上下移动的,用于模拟钻井过程,从而用来对钻井液进行性能评价。
进一步地,所述自动加压装置1为自动增压泵,用来为装置提供所需的压力。
进一步地,所述评价装置还包括3D打印机,所述3D打印机和扫描设备连接,所述3D模拟岩芯8由所述3D打印机打印而成。通过扫描设备对真实的岩芯进行扫描,得到岩芯的数据,然后把对应的数据通过计算机等传输给3D打印机,之后打印出3D模拟岩芯8。
进一步地,所述3D模拟岩芯8采用透明光敏树脂打印,采用透明材质,可以更好地观察整个钻井过程,有利于评价试验的进行。
进一步地,所述第一通孔位于所述盖子的中心部位,这样能够把钻杆很好地放进3D模拟岩芯8的凹陷处进行模拟钻井试验。
进一步地,如图2和图3所示,所述3D模拟岩芯8为竖直方向上设有圆形凹槽的圆柱体。这是岩芯的常规形状,用于模拟试验对钻井液进行评价。其圆形凹槽内用来盛放钻井液以及模拟钻具7。
进一步地,所述液体收集桶12的底部设有第三通孔,通过第三通孔设有液体输出管,所述液体输出管上设有所述流量计11。液体收集桶12可以设计成底部为U型的桶,液体收集桶12内放置着3D模拟岩芯8,液体收集桶12用来对3D模拟岩芯8渗出来的钻井液进行收集,之后通过流量计11进行计量。
本实用新型的应用3D技术全真模拟地层评价装置的使用过程:
3D模拟岩芯制作过程:1、采集数据,先对所需的实际岩芯进行扫描采集数据,2、建模,把数据输入计算机,用CAD软件设计相应的岩芯模型;3、切片,将3D模型切成一片片的平面,设置好打印路径和参数后传输到3D打印机;4、打印,用3D打印机将数字模型打印成实体;5、后处理,有些打印方式可能需要后处理技术来除去多余的材料。
实验过程:
1、根据实验需求打印相应的3D模拟岩芯,处理成所需的形状;
2、将3D模拟岩芯放入反应釜的液体收集桶中,把配制好的钻井液倒入3D模拟岩芯凹槽中,盖好密封垫圈和盖子,同时模拟钻具也放进凹槽内;
3、开启自动加压装置,向内注入设置好的压力;
4、设置反应温度,待反应釜内温度稳定后开启动力马达,调节至设定好转速;
5、反应30min后,3D模拟岩芯周围和底部的液体通过液体收集桶进入第三通孔,再由第三通孔进入液体输送管,用流量计检测其流量,最后由控制器读出测得的液体流量;
6、结合反应后3D模拟岩芯内封堵情况,对钻井液封堵性能进行评价。
其中,控制器的型号可以选用ARMSTM32F型号的PLC控制器或者AT89C52型号控制器,成本低廉,通用性强。
本实用新型的有益效果是:
1、使用3D打印模拟岩芯,精度高、实验重复性好;
2、该实验装置真实还原钻进过程中钻井液侵入地层的过程,数据可靠性好;
3、3D模拟岩芯采用透明光敏树脂打印,实验结束后,可观察钻井液在地层中侵入过程和对侵入机理进行研究;
4、温度、转速都可由控制器(或者计算机)进行控制,可根据实际情况对其进行调节。
本实用新型中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实施。
以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例,但是,本实用新型实施例并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,包括:上端开口的反应釜(2),所述反应釜(2)的内侧壁设有夹层,所述夹层内设有加热电阻丝(3),所述夹层围成的空间内设有液体收集桶(12),所述液体收集桶(12)内设有3D模拟岩芯(8),所述反应釜(2)的上端开口处设有盖子,所述盖子上设有第一通孔和第二通孔,所述盖子上设有动力马达(6),所述动力马达(6)的输出端通过第一通孔连接有模拟钻具(7),所述第二通孔处通过管道和自动加压装置(1)连接,所述自动加压装置(1)的管道上设有压力表(5),所述反应釜(2)的外侧还设有用于测量所述液体收集桶(12)内的液体流量的流量计(11);
所述自动加压装置(1)、动力马达(6)、流量计(11)均分别和控制器(10)连接,所述自动加压装置(1)、动力马达(6)、流量计(11)、控制器(10)均分别和电源连接。
2.如权利要求1所述的应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,所述盖子和所述反应釜(2)之间设有密封垫圈(4)。
3.如权利要求1所述的应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,所述夹层内还设有温度传感器(9),所述温度传感器(9)与控制器(10)和电源分别连接。
4.如权利要求1所述的应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,所述模拟钻具(7)为具备钻头的钻杆。
5.如权利要求1所述的应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,所述自动加压装置(1)为自动增压泵。
6.如权利要求1所述的应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,所述评价装置还包括3D打印机,所述3D打印机和扫描设备连接,所述3D模拟岩芯(8)由所述3D打印机打印而成。
7.如权利要求1所述的应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,所述3D模拟岩芯(8)采用透明光敏树脂打印。
8.如权利要求1所述的应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,所述第一通孔位于所述盖子的中心部位。
9.如权利要求1所述的应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,所述3D模拟岩芯(8)为竖直方向上设有圆形凹槽的圆柱体。
10.如权利要求1所述的应用3D技术全真模拟地层评价装置,其特征在于,所述液体收集桶(12)的底部设有第三通孔,通过第三通孔设有液体输出管,所述液体输出管上设有所述流量计(11)。
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