CN216477309U - 一种模拟钻井液流动测温控制装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种模拟钻井液流动测温控制装置，其中钻柱位于井筒内，且钻柱与井筒之间形成环空，钻柱底部设有带喷嘴的钻头，钻头底部与井筒底部之间具有间隙，钻柱内部入口和环空出口均设有用于钻井液流通的循环管线，靠近钻柱内部入口处设有流量测量装置，井筒内的预设高度处设有温度测量装置，环空出口处设有压力测量装置和压力控制阀，井筒上设有加热装置和用于给井筒四周加压的压力控制器，流量测量装置、温度测量装置、压力测量装置、压力控制阀和压力控制器分别与处理单元电性连接。本申请能够在模拟钻井液循环流过程中实现对钻井液温度的实时监测，从而能够真实有效地反应出钻井液在井下的实际温度和测试钻井液在循环过程中的温度变化规律。

Description

一种模拟钻井液流动测温控制装置

技术领域

本实用新型涉及石油开采钻井液辅助评价装置技术领域，具体涉及一种模拟钻井液流动测温控制装置。

背景技术

随着对能源需求的不断增加及钻井技术的快速发展，在传统油气勘探发展的基础上，新能源如地热、可燃冰、干热岩等开发日渐突出，目前影响这类能源高效开发一个重要因素就是钻井液温度技术。实践表明，温度对钻井液性能、井下测量仪器使用寿命、井筒安全等影响很大，一方面较高温度引起钻井液增稠、胶凝、固化，影响井下测量仪器电子元器件的测量精度和使用寿命，同时井筒内温度变化产生的温差将导致井壁失稳，尤其是对天然气水合物钻探，井筒温度升高导致井壁受热膨胀，对井壁稳定性影响更大。如油气勘探领域深井超深井部分地区井底温度可达180℃以上，地热及干热岩井底温度一般在150～200℃以上，通过循环来降低井底温度。同样，对于冻土层的天然气水合物钻探必须要求钻井液温度保持0℃以下。因此，监测钻井液在井底的循环温度变化对于井下工具的安全性和可靠性以及钻井液抗温性能评价具有重要意义。

文章《超深井筒温度分布及其对围岩力学性质的影响研究》，建立了基于非稳态温度分布的数值计算方法，探究时间、工程参数对井筒温度分布的影响。分析得出钻井液开始循环后井口附近温度随时间增加呈上升趋势，井底附近呈下降趋势。

文章《海洋深水井钻井过程中井筒温度的变化规律》指出，为了给深水钻井的钻井液密度设计、井壁稳定性分析等相关工作提供更加准确可靠的依据，在循环钻井液过程的温度模型求解温度场的基础上，分析了深水钻井井筒温度纵向变化规律的影响。以期为深水钻井过程中钻井液密度设计、井壁稳定性分析等相关工作提供更加准确可靠的依据。

以上均是通过建立钻井液循环过程中温度变化的数值模型，计算求解钻井液的温度随井深的变化，不能真实有效地反应出钻井液在井下的实际温度。因此设计了一种模拟钻井液流动测温控制装置，实时监测钻井液在井筒内的温度变化。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种模拟钻井液流动测温控制装置，能够在模拟钻井液循环流过程中实现对钻井液温度的实时监测，从而能够真实有效地反应出钻井液在井下的实际温度和测试钻井液在循环过程中的温度变化规律，为评价钻井液的抗温性以及降温剂的降温效果提供依据。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种模拟钻井液流动测温控制装置，包括井筒、钻柱和处理单元，其中，钻柱位于井筒内，且钻柱与井筒之间形成环空，钻柱底部设有带喷嘴的钻头，钻头底部与井筒底部之间具有间隙，钻柱内部入口和环空出口均设有用于钻井液流通的循环管线，靠近钻柱内部入口处设有流量测量装置，井筒内的预设高度处设有温度测量装置，环空出口处设有压力测量装置和压力控制阀，井筒上设有加热装置和用于给井筒四周加压的压力控制器，流量测量装置、温度测量装置、压力测量装置、压力控制阀和压力控制器分别与处理单元电性连接。

根据本实用新型的模拟钻井液流动测温控制装置，能够模拟高温高压条件下，钻井液在井下循环时的温度变化，采用加热装置加热井筒来模拟地层温度，通过压力控制阀模拟环空的压力，通过循环管线实现了钻井液在钻柱内部与环空之间的循环流动，利用温度测量装置实现对钻井液温度的实时监测，测试钻井液在循环过程中的温度变化规律，为评价钻井液的抗温性以及降温剂的降温效果提供依据，具有操作简便，模拟真实的特点。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本实用新型的模拟钻井液流动测温控制装置，在一个优选的实施方式中，还包括循环池和泵。其中，循环池内设有钻井液，泵通过循环管线分别与循环池和钻柱内部入口连接，环空出口通过循环管线与循环池连接。

具体地，循环池存储预设量的钻井液，满足整个装置循环的要求，泵靠近循环池，由泵将钻井液从循环池泵入到钻柱内部，钻井液到达井底通过钻头上的喷嘴进入环空，环空返出进入循环管线达到循环池，完成钻井液的一次循环，整个过程稳定可靠，易于操作。

具体地，在一个优选的实施方式中，泵为真空泵。

真空泵能够进一步确保钻井液的循环过程稳定可靠和提高工作效率。

具体地，在一个优选的实施方式中，温度测量装置至少包括两组，分别位于井筒内靠近井底位置及井筒内不同的预设高度处。

温度测量装置设置在井筒内的不同高度，监测不同井深处的钻井液温度，从而可以监测井筒内钻井液的温度变化以及测试钻井液随井筒高度的变化规律。

具体地，在一个优选的实施方式中，加热装置为包裹在井筒四周的加热套。

加热套包裹在井筒四周，方便给井筒手动加热。

具体地，在一个优选的实施方式中，钻井液包括水基钻井液、油基钻井液或泡沫钻井液中的任意一种。

上述几种钻井液，均能够很好地实现模拟钻井液流动测温控制装置的测量结果的准确性。

具体地，在一个优选的实施方式中，钻井液的循环温度范围为25℃～200℃。

上述循环温度范围，能够确保模拟测温过程的真实可靠。

具体地，在一个优选的实施方式中，流量测量装置为流量计。

流量计便于布置连接，成本低，且能够非常直观的获得测量数据，便于是操作。

具体地，在一个优选的实施方式中，温度测量装置为温度传感器。

采用温度传感器作为温度测量装置，便于布置连接，测量数据精准可靠，易于处理单元采集。

具体地，在一个优选的实施方式中，压力测量装置为压力表。

压力表便于布置连接，成本低，且能够非常直观的获得测量数据，便于是操作。

相比现有技术，本实用新型的优点在于：能够模拟高温高压条件下，钻井液在井下循环时的温度变化，采用加热装置加热井筒来模拟地层温度，通过压力控制阀模拟环空的压力，通过循环管线实现了钻井液在钻柱内部与环空之间的循环流动，利用温度测量装置实现对钻井液温度的实时监测，测试钻井液在循环过程中的温度变化规律，为评价钻井液的抗温性以及降温剂的降温效果提供依据，具有操作简便，模拟真实的特点。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本实用新型实施例的模拟钻井液流动测温控制装置的整体结构。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

图1示意性显示了本实用新型实施例的模拟钻井液流动测温控制装置的整体结构。

如图1所示，本实用新型实施例的模拟钻井液流动测温控制装置10，包括井筒1、钻柱2、循环池3、泵4和处理单元，其中，钻柱2位于井筒1内，且钻柱2与井筒1之间形成环空5，钻柱2底部设有带喷嘴的钻头21，钻头21底部与井筒1底部之间具有间隙，循环池3内设有钻井液，泵4通过循环管线6分别与循环池3和钻柱2内部入口连接，环空5出口通过循环管线6与循环池3连接，钻柱2内部入口和环空5出口均设有用于钻井液流通的循环管线6，靠近钻柱2内部入口处设有流量计7，井筒1内的预设高度处设有温度传感器8，环空5出口处设有压力表9和压力控制阀101，井筒1上设有加热装置102和用于给井筒1四周加压的压力控制器103，流量计7、温度传感器8、压力表9、压力控制阀101和压力控制器103分别与处理单元电性连接。

根据本实用新型实施例的模拟钻井液流动测温控制装置，能够模拟高温高压条件下，钻井液在井下循环时的温度变化，采用加热装置加热井筒来模拟地层温度，通过压力控制阀模拟环空的压力，通过循环管线实现了钻井液在钻柱内部与环空之间的循环流动，利用温度传感器实现对钻井液温度的实时监测，测试钻井液在循环过程中的温度变化规律，为评价钻井液的抗温性以及降温剂的降温效果提供依据，具有操作简便，模拟真实的特点。

具体地，在本实施例中，流量计7用来监测钻井液的循环流量，便于布置连接，成本低，且能够非常直观的获得测量数据，便于是操作，采用温度传感器8作为温度测量装置，便于布置连接，测量数据精准可靠，易于处理单元采集。压力表9在环空出口处用于测试环空压力大小，便于布置连接，成本低，且能够非常直观的获得测量数据，便于是操作。压力控制阀101在环空出口处用于控制环空出口压力大小。压力控制器103用于给井筒四周加压，模拟井下围压。

具体地，在本实施例中，循环池3存储预设量的钻井液，满足整个装置循环的要求，泵4靠近循环池3，由泵4将钻井液从循环池3泵入到钻柱2内部，钻井液到达井底通过钻头21上的喷嘴进入环空5，从环空5返出进入循环管线6达到循环池3，完成钻井液的一次循环，整个过程稳定可靠，易于操作。具体地，在本实施例中，泵4为真空泵。真空泵能够进一步确保钻井液的循环过程稳定可靠和提高工作效率。

具体地，在本实施例中，温度传感器8至少包括两组，分别位于井筒1底部、环空5出口处及井筒1中间位置。温度传感器设置在井筒内的不同高度，监测不同井深处的钻井液温度，从而可以监测井筒内钻井液的温度变化以及测试钻井液随井筒高度的变化规律。

具体地，在本实施例中，钻井液的循环温度范围为25℃～200℃。上述循环温度范围，能够确保模拟测温过程的真实可靠。具体地，在本实施例中，钻井液包括水基钻井液、油基钻井液或泡沫钻井液中的任意一种。上述几种钻井液，均能够很好地实现模拟钻井液流动测温控制装置的测量结果的准确性。

具体地，在本实施例中，加热装置102为包裹在井筒四周的加热套。加热套包裹在井筒四周，方便给井筒手动加热。具体地，在本实施例中，加热套设置到井底温度180℃。钻井液在循环两周后，3个温度传感器8分别测试钻井液在井口、井底以及井筒内部的温度。

根据上述实施例，可见，本实用新型涉及的模拟钻井液流动测温控制装置，能够模拟高温高压条件下，钻井液在井下循环时的温度变化，采用加热装置加热井筒来模拟地层温度，通过压力控制阀模拟环空的压力，通过循环管线实现了钻井液在钻柱内部与环空之间的循环流动，利用温度测量装置实现对钻井液温度的实时监测，测试钻井液在循环过程中的温度变化规律，为评价钻井液的抗温性以及降温剂的降温效果提供依据，具有操作简便，模拟真实的特点。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，包括井筒、钻柱和处理单元；其中，

所述钻柱位于所述井筒内，且所述钻柱与所述井筒之间形成环空；

所述钻柱底部设有带喷嘴的钻头，所述钻头底部与所述井筒底部之间具有间隙，所述钻柱内部入口和所述环空出口均设有用于钻井液流通的循环管线；

靠近所述钻柱内部入口处设有流量测量装置，所述井筒内的预设高度处设有温度测量装置，所述环空出口处设有压力测量装置和压力控制阀，所述井筒上设有加热装置和用于给所述井筒四周加压的压力控制器；

所述流量测量装置、所述温度测量装置、所述压力测量装置、所述压力控制阀和所述压力控制器分别与所述处理单元电性连接。

2.根据权利要求1所述的模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，还包括循环池和泵；其中，

所述循环池内设有钻井液，所述泵通过循环管线分别与所述循环池和所述钻柱内部入口连接，所述环空出口通过循环管线与所述循环池连接。

3.根据权利要求2所述的模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，所述泵为真空泵。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，所述温度测量装置至少包括两组，分别位于所述井筒内靠近井底位置及所述井筒内不同的预设高度处。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，所述加热装置为包裹在所述井筒四周的加热套。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，所述钻井液包括水基钻井液、油基钻井液或泡沫钻井液中的任意一种。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，所述钻井液的循环温度范围为25℃～200℃。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，所述流量测量装置为流量计。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，所述温度测量装置为温度传感器。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的模拟钻井液流动测温控制装置，其特征在于，所述压力测量装置为压力表。

Images