CN210049892U - 模拟流体循环地层的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种模拟流体循环地层的装置，包括流体存放机构、模拟机构、搅拌机构、加热机构、真空泵和流体测量仪，模拟机构包括升降台、透明观测箱、底座、岩芯和用于抽气且上端封端的筒形构件，筒形构件下端与透明观测箱顶壁的上板面密封连接且筒形构件中孔通过透明观测箱顶壁上的通孔与透明观测箱内部空腔流体导通，透明观测箱设置在底座上且与底座密封连接，底座设置在升降台上，岩芯设置在透明观测箱内且位于筒形构件的正下方，岩芯上端与透明观测箱顶壁密封连接，岩芯下端与底座上板面密封连接。本实用新型可加快钻井液性能测试的速度，还可使所模拟出的地层压力与实际井孔的地层压力更为接近，从而使测得的数据更具有参考价值。

Description

模拟流体循环地层的装置

技术领域

本实用新型涉及石油钻井工程技术领域。具体地说是一种模拟流体循环地层的装置。

背景技术

随着钻井液在钻井作业上用量增加以及应用范围扩大，钻井地区地质差异性对钻井液性能的要求越来越高，仅仅依靠根据钻井地区地质特性配备相应的钻井液已使钻井液研发走到了瓶颈阶段，因此人们开始利用模拟流体循环地层来对钻井液性能进行测试，以期获得与钻井地区地质特性匹配度较好的钻井液。现有模拟流体循环地层的装置虽然可以模拟流体在地层循环的过程，但由于岩芯内外侧之间的压力差相对较小，与实际井孔中的地层压力相比有较大的差距。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种可以调控岩芯内外两侧压力差的模拟流体循环地层的装置，不仅可以加快钻井液性能测试的速度，同时还可以使实验室测定钻井液性能时所模拟出的地层压力与实际井孔的地层压力更为接近，从而使测得的数据更具有参考价值。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

模拟流体循环地层的装置，包括流体存放机构、模拟机构、搅拌机构、加热机构、真空泵和流体测量仪，所述模拟机构包括升降台、透明观测箱、底座、岩芯和用于抽气且上端封端的筒形构件，所述筒形构件下端与所述透明观测箱顶壁的上板面密封连接且所述筒形构件中孔通过所述透明观测箱顶壁上的通孔与所述透明观测箱内部空腔流体导通，所述透明观测箱设置在所述底座上且与所述底座密封连接，所述底座设置在所述升降台上，所述岩芯设置在所述透明观测箱内且位于所述筒形构件的正下方，所述岩芯上端与所述透明观测箱顶壁密封连接，所述岩芯下端与所述底座上板面密封连接，所述岩芯中孔孔径大于或等于所述通孔孔径，位于所述岩芯所在圆柱形空间外侧所述透明观测箱顶壁上设有排气管，所述排气管上设有截止阀；所述流体存放机构出液端通过流体输送管、泥浆泵以及安装在所述底座上的流体输入管与位于所述透明观测箱和所述岩芯之间的空腔流体导通连接，位于所述透明观测箱和所述岩芯之间的空腔通过溢流管和回流管与所述流体存放机构进液端流体导通连接，所述溢流管上安装有溢流阀；所述筒形构件中孔通过空气排放管和空气导管与所述真空泵进气端流体导通连接且所述空气排放管的进气端设置在所述筒形构件中孔内，所述空气排放管的中段安装在所述底座内；所述岩芯中孔通过滤失流体排放管和滤失流体导管与所述流体测量仪进液端流体导通连接，所述滤失流体排放管中段安装在所述底座内，所述流体测量仪进液端上安装有截止阀；所述搅拌机构的搅拌桨和所述加热机构的加热端分别设置所述流体存放机构的流体存放腔内。

上述模拟流体循环地层的装置，所述筒形构件下端与连接管螺纹密封连接，所述连接管下端与所述透明观测箱顶壁固定密封连接。

上述模拟流体循环地层的装置，所述岩芯上端通过上橡胶密封圈与所述透明观测箱顶壁密封连接，所述上橡胶密封圈上端嵌装在所述透明观测箱顶壁内。

上述模拟流体循环地层的装置，所述岩芯上端端头上设有与所述岩芯同轴的第一环形凸起，所述第一环形凸起突起方向朝向所述上橡胶密封圈；所述第一环形凸起与所述上橡胶密封圈的接触面为弧形面。

上述模拟流体循环地层的装置，所述岩芯下端通过下橡胶密封圈与所述底座上板面密封连接，所述下橡胶密封圈下端嵌装在所述底座内。

上述模拟流体循环地层的装置，所述岩芯下端端头上设有与所述岩芯同轴的第二环形凸起，所述第二环形凸起突起方向朝向所述下橡胶密封圈；所述第二环形凸起与所述下橡胶密封圈的接触面为弧形面。

本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本实用新型利用真空泵和溢流阀使得岩芯内外两侧压力差增加，通过调整溢流阀的限压阈值和真空泵的真空度来调整岩芯内外两侧压力差，以期模拟出不同地层压力，从而便于利用本实用新型测出钻井液在不同地层压力下的性能，从而使所测得的钻井液性能数据具有更高的参考价值。

附图说明

图1为本实用新型模拟流体循环地层的装置的结构示意图；

图2为本实用新型模拟流体循环地层的装置的模拟机构的结构示意图；

图3为图2中A部分的放大图。

图中附图标记表示为：1-流体存放机构；2-泥浆泵；3-升降台；4-透明观测箱；5-底座；6-岩芯；7-筒形构件；8-真空泵；9-流体测量仪；10-溢流管；11-回流管；12-搅拌机构；13-加热机构；14-流体输送管；15-滤失流体导管；16-空气导管；17-连接管；18-滤失流体排放管；19-流体输入管；20-空气排放管；21-上橡胶密封圈；22-下橡胶密封圈。

具体实施方式

如图1～3所示，本实用新型模拟流体循环地层的装置，包括流体存放机构1、模拟机构、搅拌机构12、加热机构13、真空泵8和流体测量仪9，所述模拟机构包括升降台3、透明观测箱4、底座5、岩芯6和用于抽气且上端封端的筒形构件7，所述筒形构件7下端与所述透明观测箱4顶壁的上板面密封连接且所述筒形构件7中孔通过所述透明观测箱4顶壁上的通孔与所述透明观测箱4内部空腔流体导通，所述透明观测箱4设置在所述底座5上且与所述底座5密封连接，所述底座5设置在所述升降台3上，所述岩芯6设置在所述透明观测箱4内且位于所述筒形构件7的正下方，所述岩芯6上端与所述透明观测箱4顶壁密封连接，所述岩芯6下端与所述底座5上板面密封连接，所述岩芯6中孔孔径大于或等于所述通孔孔径，位于所述岩芯6所在圆柱形空间外侧所述透明观测箱4顶壁上设有排气管，所述排气管上设有截止阀；所述流体存放机构1出液端通过流体输送管14、泥浆泵2以及安装在所述底座5上的流体输入管19与位于所述透明观测箱4和所述岩芯6之间的空腔流体导通连接，位于所述透明观测箱4和所述岩芯6之间的空腔通过溢流管10和回流管11与所述流体存放机构1进液端流体导通连接，所述溢流管10上安装有溢流阀；所述筒形构件7中孔通过空气排放管20和空气导管16与所述真空泵8进气端流体导通连接且所述空气排放管20的进气端设置在所述筒形构件7中孔内，所述空气排放管20的中段安装在所述底座5内；所述岩芯6中孔通过滤失流体排放管18和滤失流体导管15与所述流体测量仪9进液端流体导通连接，所述滤失流体排放管18中段安装在所述底座5内，所述流体测量仪9进液端上安装有截止阀；所述搅拌机构12的搅拌桨和所述加热机构13的加热端分别设置所述流体存放机构1的流体存放腔内。其中，所述流体存放机构1可以选用流体存放池。利用所述溢流阀、所述透明观测箱4、所述岩芯6、所述排气管上的截止阀和所述泥浆泵2构成一个有限制条件的密封空间，当这个密封空间内部压力大于所述溢流阀的限压阈值时，所述溢流阀就会打开，密封空间内的部分钻井液就会经所述溢流管10和所述回流管11回流到所述流体存放机构1内，以使密封空间的压力维持在所述溢流阀的限压阈值内。

为了便于对所述透明观测箱4内的残留液体的清理，同时便于对所述筒形构件7与所述透明观测箱4顶壁之间连接状态的调整，本实施例中，将所述筒形构件7下端与连接管17螺纹密封连接，所述连接管17下端与所述透明观测箱4顶壁固定密封连接，这样设置便于长期使用后所述筒形构件7与所述连接管17之间的螺纹连接密封性变差之后，可以通过增设密封材料层来提高所述筒形构件7与所述连接管17之间的连接密封性，例如在所述连接管17的螺纹段上缠绕生胶带。

本实施例中，所述岩芯6上端通过上橡胶密封圈21与所述透明观测箱4顶壁密封连接，所述上橡胶密封圈21上端嵌装在所述透明观测箱4顶壁内，所述岩芯6上端端头上设有与所述岩芯6同轴的第一环形凸起，所述第一环形凸起突起方向朝向所述上橡胶密封圈21；所述第一环形凸起与所述上橡胶密封圈21的接触面为弧形面，且所述岩芯6下端通过下橡胶密封圈22与所述底座5上板面密封连接，所述下橡胶密封圈22下端嵌装在所述底座5内，所述岩芯6下端端头上设有与所述岩芯6同轴的第二环形凸起，所述第二环形凸起突起方向朝向所述下橡胶密封圈22；所述第二环形凸起与所述下橡胶密封圈22的接触面为弧形面。所述岩芯6上端端头上的所述第一环形凸起可以提高所述岩芯6和所述上橡胶密封圈21之间的密封性，所述岩芯6下端端头上的所述第二环形凸起可以提高所述岩芯6和所述下橡胶密封圈22之间的密封性，同时还可以提高所述岩芯6安装位置的稳定性，相对于所述岩芯6与所述上橡胶密封圈21或所述下橡胶密封圈22之间的接触面为平面的情况而言，本实施例中的所述第一环形凸起和所述第二环形凸起可以增加所述岩芯6受到径向推力时滑动的阻力，从而避免所述岩芯6沿所述第一环形凸起径向发生移动。

使用本实用新型时，在所述流体存放机构1的流体存放腔内添加需要进行测试的钻井液并开启所述搅拌机构12，如有需要，则可开启所述加热机构13，然后关闭所述流体测量仪9进液端上的所述截止阀，同时使所述排气管上的所述截止阀打开，开启所述泥浆泵2，当所述透明观测箱4与所述岩芯6之间的空腔内充满泥浆，即可关闭所述排气管上的截止阀，然后打开所述真空泵8，当所述透明观测箱4与所述岩芯6之间空腔内的压力大于所述溢流阀限压阈值，则所述所述透明观测箱4与所述岩芯6之间空腔内的部分钻井液则会经由所述溢流管10和所述回流管11回流至所述流体存放机构1的流体存放腔内。而在所述透明观测箱4与所述岩芯6之间空腔与所述岩芯6内部之间的压力差作用下，钻井液在所述岩芯6表面形成泥饼，同时钻井液向所述岩芯6中孔内渗透，而所述真空泵8将所述筒形构件7及所述岩芯6中孔内的空气部分抽出，有利于钻井液在所述岩芯6表面形成泥饼以及钻井液向所述岩芯6中孔内渗透。在一定时间后，可以关停所述泥浆泵2和所述真空泵8，然后打开所述流体测量仪9进液端上的所述截止阀，用所述流体测量仪9测量进入所述岩芯6内侧的钻井液的体积，从而得出钻井液的渗透和滤失情况。而当将钻井液更换为冲洗液的时候，可以利用本实用新型测试冲洗液对所述岩芯6表面附着的泥饼和岩芯6内部的冲洗能力。

本实用新型利用所述溢流阀、所述泥浆泵2、所述透明观测箱4、所述岩芯6和所述排气管上的截止阀制造一个具有限制条件的密封空间，从而可以根据钻井地区的地质特性来调整所述岩芯6中孔与位于所述岩芯6和所述透明观测箱4之间的空腔之间的压力差，使得测定钻井液性能和冲洗液性能结果更具有参考价值。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (6)

1.模拟流体循环地层的装置，其特征在于，包括流体存放机构(1)、模拟机构、搅拌机构(12)、加热机构(13)、真空泵(8)和流体测量仪(9)，所述模拟机构包括升降台(3)、透明观测箱(4)、底座(5)、岩芯(6)和用于抽气且上端封端的筒形构件(7)，所述筒形构件(7)下端与所述透明观测箱(4)顶壁的上板面密封连接且所述筒形构件(7)中孔通过所述透明观测箱(4)顶壁上的通孔与所述透明观测箱(4)内部空腔流体导通，所述透明观测箱(4)设置在所述底座(5)上且与所述底座(5)密封连接，所述底座(5)设置在所述升降台(3)上，所述岩芯(6)设置在所述透明观测箱(4)内且位于所述筒形构件(7)的正下方，所述岩芯(6)上端与所述透明观测箱(4)顶壁密封连接，所述岩芯(6)下端与所述底座(5)上板面密封连接，所述岩芯(6)中孔孔径大于或等于所述通孔孔径，位于所述岩芯(6)所在圆柱形空间外侧所述透明观测箱(4)顶壁上设有排气管，所述排气管上设有截止阀；所述流体存放机构(1)出液端通过流体输送管(14)、泥浆泵(2)以及安装在所述底座(5)上的流体输入管(19)与位于所述透明观测箱(4)和所述岩芯(6)之间的空腔流体导通连接，位于所述透明观测箱(4)和所述岩芯(6)之间的空腔通过溢流管(10)和回流管(11)与所述流体存放机构(1)进液端流体导通连接，所述溢流管(10)上安装有溢流阀；所述筒形构件(7)中孔通过空气排放管(20)和空气导管(16)与所述真空泵(8)进气端流体导通连接且所述空气排放管(20)的进气端设置在所述筒形构件(7)中孔内，所述空气排放管(20)的中段安装在所述底座(5)内；所述岩芯(6)中孔通过滤失流体排放管(18)和滤失流体导管(15)与所述流体测量仪(9)进液端流体导通连接，所述滤失流体排放管(18)中段安装在所述底座(5)内，所述流体测量仪(9)进液端上安装有截止阀；所述搅拌机构(12)的搅拌桨和所述加热机构(13)的加热端分别设置所述流体存放机构(1)的流体存放腔内。

2.根据权利要求1所述的模拟流体循环地层的装置，其特征在于，所述筒形构件(7)下端与连接管(17)螺纹密封连接，所述连接管(17)下端与所述透明观测箱(4)顶壁固定密封连接。

3.根据权利要求1或2所述的模拟流体循环地层的装置，其特征在于，所述岩芯(6)上端通过上橡胶密封圈(21)与所述透明观测箱(4)顶壁密封连接，所述上橡胶密封圈(21)上端嵌装在所述透明观测箱(4)顶壁内。

4.根据权利要求3所述的模拟流体循环地层的装置，其特征在于，所述岩芯(6)上端端头上设有与所述岩芯(6)同轴的第一环形凸起，所述第一环形凸起突起方向朝向所述上橡胶密封圈(21)；所述第一环形凸起与所述上橡胶密封圈(21)的接触面为弧形面。

5.根据权利要求1或2所述的模拟流体循环地层的装置，其特征在于，所述岩芯(6)下端通过下橡胶密封圈(22)与所述底座(5)上板面密封连接，所述下橡胶密封圈(22)下端嵌装在所述底座(5)内。

6.根据权利要求5所述的模拟流体循环地层的装置，其特征在于，所述岩芯(6)下端端头上设有与所述岩芯(6)同轴的第二环形凸起，所述第二环形凸起突起方向朝向所述下橡胶密封圈(22)；所述第二环形凸起与所述下橡胶密封圈(22)的接触面为弧形面。

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