CN214616504U - 一种模拟井筒与地层物质交流的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟井筒与地层物质交流的实验装置，该实验装置包括：井筒模拟系统、井筒液注入系统、地层模拟系统、地层流体注入系统和数据采集系统；井筒模拟系统包括竖直设置的用于模拟井筒的筒体；地层模拟系统包括水平设置的用于模拟地层的密封体以及填充在密封体内的砂浆填充物；井筒液注入系统与筒体的上端连接，用于向筒体内注入井筒液；地层流体注入系统与密封体的一端连接，用于向密封体内注入地层流体；密封体的另一端与筒体的底端连通；数据采集系统分别连接井筒模拟系统和地层模拟系统，用于采集模拟数据。该实验装置可进行不同压差下井筒与地层之间流体流动规律的模拟，以及不同物性地层在压差作用下流体交换形式的模拟。

Description

一种模拟井筒与地层物质交流的实验装置

技术领域

本实用新型属于油气开采技术领域，特别涉及一种模拟井筒与地层物质交流的实验装置。

背景技术

油气资源钻井过程中，将井筒内工作液产生的液柱压力P_h与地层孔隙中流体压力P_p之差ΔP定义为压差，控制压差是关系到钻井安全和储层保护的关键。在压差的作用下，井筒内的工作液和地层孔隙中的流体将发生相对流动。当ΔP＝0时为平衡钻井方式，井筒中的工作液不能进入地层，地层中的流体也不能进入井筒。当ΔP>0时为过平衡钻井方式，井筒中的工作液进入地层，近井地带的储层将受到工作液的污染，导致产能不达预期，严重时会导致井筒工作液大量流失而造成巨大的经济损失。当ΔP<0时为欠平衡钻井方式，地层流体进入井筒形成井侵，如果不加以控制将造成井涌甚至井喷等恶性事故。在一些“三低”油气藏的钻井过程中，有意采用欠平衡钻井方式，允许地层流体进入井筒，以达到尽早发现油气层和保护储层的目的。并且不同物性参数的地层在压差的作用下流体交换的形式是不一样的，交换量和交换速度需要进行研究确定，需要兼顾钻井安全和储层保护来合理确定钻井液压差。

因此，需要通过模拟实验对井筒与地层之间的流体流动规律，以及不同物性参数的地层在压差作用下流体交换的形式进行研究。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型公开了一种模拟井筒与地层物质交流的实验装置，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型公开一种模拟井筒与地层物质交流的实验装置，所述实验装置包括：井筒模拟系统、井筒液注入系统、地层模拟系统、地层流体注入系统和数据采集系统；

所述井筒模拟系统包括竖直设置的用于模拟井筒的筒体；

所述地层模拟系统包括水平设置的用于模拟地层的密封体以及填充在所述密封体内的砂浆填充物；

所述井筒液注入系统与所述筒体的上端连接，用于向所述筒体内注入井筒液；所述地层流体注入系统与所述密封体的一端连接，用于向所述密封体内注入地层流体；所述密封体的另一端与所述筒体的底端连通；所述数据采集系统分别连接所述井筒模拟系统和所述地层模拟系统，用于采集模拟数据。

进一步地，所述井筒液注入系统包括：液槽、第一增压泵和第一阀门；

所述液槽依次通过所述第一增压泵和所述第一阀门与所述筒体上端连接。

进一步地，所述地层流体注入系统包括：流体源、第二增压泵和第二阀门；

所述流体源依次通过所述第二增压泵和所述第二阀门与所述密封体的一端连接。

进一步地，所述第一增压泵和第二增压泵为恒压泵。

进一步地，所述第一阀门和所述第二阀门为单向阀。

进一步地，所述筒体和所述密封体之间设有第三阀门。

进一步地，所述筒体的上端设有第一测压单元，所述筒体的底端设有第二测压单元，所述密封体上均匀设有若干第三测压单元，各所述测压单元与所述数据采集系统连接。

进一步地，所述测压单元为压力传感器或压力表。

进一步地，所述筒体底端设有排液管，所述排液管上设有排放阀。

进一步地，所述筒体包括若干节透明玻璃管；

所述筒体上标有刻度线。

本实用新型的优点及有益效果是：

本实用新型的实验装置中，通过设置用于模拟井筒的竖直筒体和用于模拟地层的水平密封体，可进行不同压差下井筒与地层之间流体流动规律的模拟；并且通过改变密封体内的砂浆填充物，还可进行不同物性地层在压差作用下流体交换形式的模拟。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型的一个实施例中模拟井筒与地层物质交流的实验装置的连接结构示意图。

图中：1、数据采集系统；2、筒体；3、密封体；4、液槽；5、第一增压泵；6、第一阀门；7、第二增压泵；8、第二阀门；9、第三阀门；10、第一测压单元；11、第二测压单元；12、第三测压单元；13、排放阀；14、油源；15、气源；16、水源；17、三通阀；18、第四阀门。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

本实用新型一个实施例中公开一种模拟井筒与地层物质交流的实验装置，如图1所示，该实验装置包括：井筒模拟系统、井筒液注入系统、地层模拟系统、地层流体注入系统和数据采集系统1。

井筒模拟系统包括竖直设置的用于模拟井筒的筒体2。

地层模拟系统包括水平设置的用于模拟地层的密封体3以及填充在密封体3内的砂浆填充物；砂浆填充物为不同配比的水泥和沙子混合后与适量清水搅拌凝固后形成，可根据模拟不同渗透率和孔隙度地层的需要，改变水泥和沙子的配比，调整达到实际地层的物性参数。例如：需要模拟高渗透率地层时，则提高沙子的占比率。

井筒液注入系统与筒体2的上端连接，用于向筒体2内注入井筒液；地层流体注入系统与密封体3的一端连接，用于向密封体3内注入地层流体，模拟地层远端；密封体3的另一端与筒体2的底端连通；数据采集系统1分别连接井筒模拟系统和地层模拟系统，用于采集模拟数据。

综上，本实施例的实验装置中，通过设置用于模拟井筒的竖直筒体和用于模拟地层的水平密封体，可进行不同压差下井筒与地层之间流体流动规律的模拟；并且通过改变密封体内的砂浆填充物，还可进行不同物性地层在压差作用下流体交换形式的模拟。

在一个实施例中，如图1所示，井筒液注入系统包括：液槽4、第一增压泵5和第一阀门6。

液槽4依次通过第一增压泵5和第一阀门6与筒体2上端连接，筒体2内的压力可以通过第一增压泵5进行调节，进而模拟真实井筒内的压力。液槽4内装有井筒液，第一增压泵5可以根据实验需要把预设量的井筒液注入筒体2内，使筒体2内的井筒液产生预定的液柱压力，用于模拟井筒内的工作液。

在一个实施例中，如图1所示，地层流体注入系统包括：流体源、第二增压泵7和第二阀门8。

流体源依次通过第二增压泵7和第二阀门8与密封体3的一端连接，密封体3内的压力可以通过第二增压泵7进行调节，进而模拟真实地层的压力。其中，流体源包括油源14、气源15和水源16，三者混合形成地层流体，然后通过三通阀17与第二增压泵7连接，油源14、气源15和水源16的出口处单独设有第四阀门18，用于控制油、气、液三者的混合比例，进而模拟不同性质的流体。

优选地，第一增压泵5和第二增压泵7为恒压泵，保证第一增压泵5和第二增压泵7在恒定压力下注入井筒液和地层流体，使筒体2的底端和密封体3的地层流体注入端的压力差始终保持为一个定值。

优选地，为了防止筒体2内的井筒液反向流到第一增压泵5处，以及防止密封体3内的地层流体反向流到第二增压泵7处，第一阀门6和第二阀门8设为单向阀。

在一个实施例中，如图1所示，在筒体2和密封体3之间设有第三阀门9，用于控制筒体2和密封体3间的通断。

在一个实施例中，如图1所示，筒体2的上端设有第一测压单元10，筒体2的底端设有第二测压单元11，分别监测筒体2上端和底端的压力；密封体3上均匀设有若干第三测压单元12，用于监测密封体3各处的压力，具体地，密封体3上可以根据需要开设若干个测压单元的安装接口，密封体3内的地层流体可以流到该接口处，并将该处的流体压力传递给第三测压单元12。各测压单元与数据采集系统1连接，数据采集系统1可根据实时监测到的压力，分析出筒体2与密封体3之间的流体流动状态，进而分析出井筒与地层之间流体流动状态。

优选地，测压单元为压力传感器或压力表。

在一个实施例中，筒体2底端设有排液管，排液管上设有排放阀13，用于控制筒体2内的液柱高度，进而调整筒体2底端的压力。

在一个实施例中，筒体2包括若干节透明玻璃管，透过透明玻璃管可以直接观察筒体2内气液两相的流动状态，可视化效果好。相邻两节透明玻璃管通过多组螺栓组连接固定，并设有密封圈，来提高密封性。并且，该透明玻璃管具有一定的耐压能力，可以承受模拟试验中井筒液产生的压力。

筒体2的横截面为圆形、椭圆形、正方形、矩形或菱形。当然，筒体2的横截面不局限于上述形状，具体形状可根据需要进行调整。

为了便于观测筒体2内井筒液的高度以及计算在模拟测试时井筒液高度变化值，筒体2上标有刻度线。

本实用新型中模拟井筒与地层物质交流的实验装置的使用步骤如下：

步骤1：制作密封体3内的砂浆填充物。根据模拟地层的物性参数，将水泥和沙子按照一定比例混合，并加入清水搅拌均匀，制成混合物，将混合物灌入密封体3内并加以捣实，等混合物凝固后，把密封体3连接到实验装置上。

步骤2：关闭所有阀门，然后根据模拟的地层内流体的性质，调整油源14、气源15和水源16的出口处的第四阀门18。

步骤3：打开第一阀门6、第二阀门8和三通阀17，并启动第一增压泵5和第二增压泵7，使井筒液注入筒体2内，使地层流体注入密封体3内。当第二测压单元11监测到的压力达到第一预设压力时关闭第一增压泵5和第一阀门6，当各第三测压单元12监测到的压力均达到第二预设压力时关闭第二增压泵7和第二阀门8。其中，第一预设压力为模拟的井筒内工作液产生的液柱压力，第二预设压力为模拟的地层孔隙中流体压力，第一预设压力与第二预设压力的差值为ΔP。

步骤4：打开第一阀门6、第二阀门8和第三阀门9，并启动第一增压泵5和第二增压泵7，筒体2与密封体3内的流体在压差ΔP的作用下发生物质交换，当ΔP>0时，筒体2内的井筒液将进入密封体3内，与地层流体混合；当ΔP<0时，密封体3内的地层流体将进入筒体2内，与井筒液混合。

步骤5：观察各测压单元的数值，以及观察记录筒体2内气液两相的体积变化，当第二测压单元11与各第三测压单元12监测到的压力值一致后，关闭第一增压泵5和第二增压泵7，停止数据采集。

步骤6：数据采集系统1根据监测到的压力数据进行分析。

当ΔP>0时，可以计算出井筒液入侵密封体3的量。

当ΔP<0时，可以计算出地层流体入侵筒体2的量，并且还能分析出筒体2内入侵流体的性质。根据筒体2内气相的体积变化和第一测压单元10监测的压力变化，可以判断入侵流体中是否有气体以及计算出气体的量。根据筒体2内液相的体积变化和第二测压单元11监测的压力变化，可以判断入侵流体中是否有油以及计算出油的量。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模拟井筒与地层物质交流的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：井筒模拟系统、井筒液注入系统、地层模拟系统、地层流体注入系统和数据采集系统；

所述井筒模拟系统包括竖直设置的用于模拟井筒的筒体；

所述地层模拟系统包括水平设置的用于模拟地层的密封体以及填充在所述密封体内的砂浆填充物；

所述井筒液注入系统与所述筒体的上端连接，用于向所述筒体内注入井筒液；所述地层流体注入系统与所述密封体的一端连接，用于向所述密封体内注入地层流体；所述密封体的另一端与所述筒体的底端连通；所述数据采集系统分别连接所述井筒模拟系统和所述地层模拟系统，用于采集模拟数据。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述井筒液注入系统包括：液槽、第一增压泵和第一阀门；

所述液槽依次通过所述第一增压泵和所述第一阀门与所述筒体上端连接。

3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述地层流体注入系统包括：流体源、第二增压泵和第二阀门；

所述流体源依次通过所述第二增压泵和所述第二阀门与所述密封体的一端连接。

4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述第一增压泵和第二增压泵为恒压泵。

5.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述第一阀门和所述第二阀门为单向阀。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述筒体和所述密封体之间设有第三阀门。

7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述筒体的上端设有第一测压单元，所述筒体的底端设有第二测压单元，所述密封体上均匀设有若干第三测压单元，各所述测压单元与所述数据采集系统连接。

8.根据权利要求7所述的实验装置，其特征在于，所述测压单元为压力传感器或压力表。

9.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述筒体底端设有排液管，所述排液管上设有排放阀。

10.根据权利要求1-9任一项所述的实验装置，其特征在于，所述筒体包括若干节透明玻璃管；

所述筒体上标有刻度线。

Images