CN218782007U - 井周裂缝打印模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井周裂缝打印模拟试验装置，打印工具位于花岗岩竹节井筒的内腔且两者共轴线，井筒由多节叠置而成，井筒内壁切割有模拟裂缝，井筒底部及外周浇筑有钢筋混凝土，井筒顶部覆盖且固定有井口盖板和上盖板；打印工具打印段外周均匀设有多块由活塞驱动的铅模托，各铅模托的外壁分别贴合有铅模；筒体母扣中旋接有筒体上接头，筒体上接头的中心孔上端口焊接有向上延伸的中心竖管，中心竖管从井口盖板及上盖板的中心孔中穿过且相互密封，中心竖管的上端安装有中心竖管三通，中心竖管三通的上端口安装有筒内压力表，中心竖管三通的中部入口通过筒内注水阀与筒内注水管相连。该装置可以模拟井下环境，对井壁打印效果进行验证。

Description

井周裂缝打印模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种井周裂缝打印模拟试验装置，属于石油钻井试验装置技术领域。

背景技术

地层深处的孔隙和裂缝是石油、煤炭、地热等业界十分关注的问题，它牵扯到对地层构造的认识、能源丰度的评估、施工难易的评判，针对性措施的制定等等，因此，多年来，大家一直在探寻弄清孔隙和裂缝的途径、手段、技术和工具。

为了弄清井下岩石裂缝的发育程度，传统上人们采取井壁取心及成像测井来观察地层裂缝。

⑴取心：通过取心技术，把岩心取到地面。优势：可直接观测岩心裂缝状态。缺点：岩心取到地面后，失去原始压力系统，不能反映裂缝的真实状况；保压密闭取心，工序繁复，耗时长，成本高。

⑵成像测井：一是微电阻率成像：采用微电极，扫描井下附近电阻率大小，把电信号转换为图像，识别井下附近岩性变化、层理、裂缝、孔洞发育等地质现象。优势：操作性好、对地层定性准确；缺点：分辨率不够，无法定量描述缝隙尺寸、形状和数量。二是“鹰眼”成像：利用曝光灯和摄像头，像给人做胃镜一样，深入到井筒内拍照。优势：图像清晰，能反映裂缝真实状况；缺点：对井筒工作液透明度、井下清洁程度要求高，主要用于有管柱井段，如观察套管破损状况等。

随着技术的进步，出现了井壁打印技术。公布号为CN 109162710A的中国发明专利申请，公开了一种井壁裂隙打印装置，包括：内架结构体，其具有中心通道，内架结构体上沿轴向方向设有至少一个安装环槽；至少一个打印机构，能径向移动地安装在至少一个安装环槽内，打印机构具有沿圆周方向设置的至少三个安装托，安装托的外侧均设有打印结构层。该井壁裂隙打印装置，能够获得地层中不同岩性在井壁上的裂缝和孔洞，其形状、长短、宽窄、数量分布及方向等参数，装置结构简单，操作方便。

该井壁裂缝打印装置未能真正下到井内进行打印，主要原因如下：1、打印效果尚未在地面获得过验证，打印参数无法确定，直接下井作业的风险过大。

2、因为钻井过程中造成井下复杂的裂缝或裂缝性油藏的储油裂缝多存在于诸如花岗岩、辉绿岩、灰岩等较硬的埋藏较深的岩层中，且大小、多少、走向不尽相同，浅地层多为硬度不高、裂缝较少的泥岩，不易打印。如果将打印装置直接下到深井内进行打印，无法观测到打印装置在机构运动时的合理性和可靠性，而且周期长，容易造成井下事故。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种井周裂缝打印模拟试验装置，可以模拟井下环境，在地面对井壁打印效果进行验证，获取准确的打印参数。

为解决以上技术问题，本实用新型的一种井周裂缝打印模拟试验装置，包括打印工具，所述打印工具位于的内腔且两者共轴线，所述花岗岩竹节井筒由多节花岗岩筒圈依次叠置而成，各花岗岩筒圈的内壁切割有模拟裂缝，所述花岗岩竹节井筒的底部及外周浇筑有钢筋混凝土，所述花岗岩竹节井筒的顶部覆盖且固定有井口盖板，所述井口盖板的上方覆盖有上盖板；所述打印工具包括筒体，所述筒体的下端设有筒体公接头，所述筒体的上端设有筒体母扣，所述打印工具的打印段位于筒体中部，所述打印段的筒体外周均匀设有多块铅模托，各铅模托的外壁分别贴合有铅模，各铅模托分别由多个活塞驱动，各活塞分别嵌于筒体的径向孔中；所述筒体母扣中旋接有筒体上接头，筒体上接头的中心孔上端口焊接有向上延伸的中心竖管，所述中心竖管从井口盖板及上盖板的中心孔中穿过且相互密封，所述中心竖管的上端安装有中心竖管三通，中心竖管三通的上端口安装有筒内压力表，中心竖管三通的中部入口通过筒内注水阀与筒内注水管相连。

作为本实用新型的改进，下方花岗岩筒圈的上端口设有弧形凹槽，上方花岗岩筒圈的下端口设有弧形凸榫，所述弧形凸榫对应嵌入相应的弧形凹槽中。

作为本实用新型的进一步改进，相邻花岗岩筒圈对接的端口分别设有筒圈定位孔，各筒圈定位孔中分别插接有筒圈定位销实现上下花岗岩筒圈之间的准确定位。

作为本实用新型的进一步改进，所述花岗岩竹节井筒的底部设有井底板，所述井底板的下端面焊接有嵌于钢筋混凝土中的底板锚爪，所述井底板的外周焊接有向上竖起的筒体定位环，底部花岗岩筒圈的下端嵌于所述筒体定位环中。

作为本实用新型的进一步改进，所述井底板的上端面中心焊接有中心定位环，所述中心定位环的内腔嵌有橡胶锥套，所述筒体公接头的下端插接在橡胶锥套中且相互适配。

作为本实用新型的进一步改进，所述井口盖板及上盖板的通孔中插接有偏心竖管，所述偏心竖管偏离花岗岩竹节井筒的轴线且下端插入花岗岩竹节井筒的上部内腔，所述偏心竖管的上端安装有偏心竖管三通，偏心竖管三通的上端口安装有环空压力表，偏心竖管三通的中部入口通过环空注水阀与环空注水管相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述井底板的上端面中心安装有加温装置，加温装置的供电电缆位于加温电缆套管中，所述加温电缆套管嵌于钢筋混凝土中。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：由于花岗岩竹节井筒内可以使用不同类型的介质，这样可以安装摄像头，观察打印装置的机构在井下的运动情况；各花岗岩筒圈的内壁切割有模拟裂缝，实验简单迅速，铅模可以反复利用，发生问题容易处理，周期短，成本低，便于验证出最佳的打印参数。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。

图1为本实用新型中打印工具的剖视图；

图2为本实用新型中花岗岩竹节井筒的剖视图；

图3为本实用新型中井底板的主视图；

图4为花岗岩竹节井筒外周浇筑钢筋混凝土后的示意图；

图5为本实用新型井周裂缝打印模拟试验装置的结构示意图；

图6为图5上部的放大图。

图中：1.打印工具；1a.筒体母扣；1b.筒体公接头；1c.活塞；1d.铅模托；1e.铅模；2.花岗岩竹节井筒；2a.筒圈定位销；2b.模拟裂缝；3.井底板；3a.底板锚爪；3b.筒体定位环；3c.中心定位环；3d.橡胶锥套；4.井口盖板；4a.预埋螺栓；4b.测温套管；4c.井盖密封圈；5.上盖板；6.筒体上接头；7.筒内注水管；7a.筒内注水阀；7b.筒内压力表；7c.中心竖管；8.环空注水管；8a.环空注水阀；8b.环空压力表；8c.偏心竖管；9.加温装置；10.加温电缆套管；11.钢筋混凝土。

具体实施方式

在本实用新型的以下描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指装置必须具有特定的方位。

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型的打印工具1包括筒体，筒体的下端设有筒体公接头1b，筒体公接头1b用于与下方的钻杆旋接，筒体的上端设有筒体母扣1a，便于与上方的钻杆旋接。打印段位于筒体中部，打印段的筒体外周均匀设有多块铅模托1d，各铅模托1d的外壁分别贴合有铅模1e，各铅模托1d分别由多个活塞1c驱动，各活塞1c分别嵌于筒体的径向孔中。在筒体的圆周上对称设有三块或四块铅模1e，便于对应打印井眼内壁各个方向的裂缝。

在筒体内没有建压时，铅模1e缩在筒体上、下台阶所形成圆周内侧，即铅模1e的外壁所在圆周的直径小于筒体上、下台阶外壁圆周的直径，使铅模1e缩在工具外周内。当筒体建压时，各活塞1c在相应筒体径向孔中向外顶出，通过铅模托1d推动铅模1e向井筒内壁移动，便于打印出井筒内壁的裂缝。

如图2所示，制作花岗岩竹节井筒2，作为模拟井筒。

竹节井筒实施例一：下方花岗岩筒圈的上端口设有弧形凹槽，上方花岗岩筒圈的下端口设有弧形凸榫，弧形凸榫对应嵌入相应的弧形凹槽中，多节花岗岩筒圈沿轴向依次叠置。

竹节井筒实施例二：相邻花岗岩筒圈对接的端口分别设有筒圈定位孔，各筒圈定位孔中分别插接有筒圈定位销2a实现上下花岗岩筒圈之间的准确定位，多节花岗岩筒圈沿轴向依次叠置。

例如模拟Φ311mm的井眼，井径扩大率按2.9%设计，制作长度0.5m，内径Φ320mm、壁厚较厚的花岗岩筒圈若干节。两实施例中，各花岗岩筒圈的内壁均切割有模拟裂缝2b，可以用不同规格的切刀直接在井筒内壁切割出宽窄不一的模拟裂缝2b，还可以用同一规格的切刀先在井筒内壁切割出较宽的槽口，然后在槽口内填胶，胶体中心加金属薄片，再将金属薄片抽出，如此可制作形状不一、数量不等、走向不同的模拟裂缝2b。

然后再制作井口盖板4和上盖板5，井口盖板4和上盖板5均为圆形，外周均设有大于竹节井筒外径的法兰，井口盖板4和上盖板5的法兰相互配套，螺纹孔相对应。在井口盖板4上焊接测温套管4b和偏心竖管8c，加工出井口盖板中心孔。

接着制作固定井口盖板4和上盖板5用的预埋螺栓4a，各预埋螺栓4a的上端铰制一段螺纹，预埋螺栓4a的光杆段焊接多道横向杆，以确保预埋螺栓4a在钢筋混凝土11中锚固可靠。

如图3所示，焊接制作井底板3，井底板3为圆形，在井底板3的下端面焊接多个底板锚爪3a，井底板3的上端面外缘焊接有向上竖起的筒体定位环3b，筒体定位环3b的内径与花岗岩筒圈的外径相适配。在井底板3的上端面中心焊接有中心定位环3c，中心定位环3c的内径大于筒体公接头1b的下端外径。中心定位环3c、筒体定位环3b与井底板3均共轴线。中心定位环3c的内腔嵌有橡胶锥套3d，橡胶锥套3d与打印工具1下端的筒体公接头1b相互适配，既对打印工具1进行准确定位，又保护筒体公接头1b的螺纹不会损坏。

如图4所示，在地面挖一坑，先在坑底浇筑混凝土底座，将井底板3水平放入坑底，底板锚爪3a嵌于混凝土中，加温电缆套管10的底部也预埋在混凝土底座中。

在中心定位环3c中放置加温装置9，井底板3的中心开孔供加温装置9的供电电缆通过，将供电电缆与加温装置9连接好，供电电缆在加温电缆套管10中穿行，并延伸在地面，接电后，测试其加温功能正常。

混凝土底座凝固后，在井底板3上逐节叠置花岗岩竹节井筒2，底部花岗岩筒圈的下端嵌于筒体定位环3b中，上方各节依次嵌套，或相互通过筒圈定位销2a相互定位，这样叠置而成的花岗岩竹节井筒2与井底板3上的中心定位环3c共轴线。

通过木模将各预埋螺栓4a悬挂在花岗岩竹节井筒2的外周，然后在花岗岩竹节井筒2的外周扎钢筋笼，钢筋笼扎制完毕后浇筑混凝土，在花岗岩竹节井筒2的外周形成钢筋混凝土层，模拟井眼周边的岩石环境，侯凝等待钢筋混凝土11达到强度。

如图5、图6所示，在打印工具1上端的筒体母扣1a中旋接筒体上接头6，筒体上接头6的中心孔上端口焊接有向上伸出井口的中心竖管7c。

起吊打印工具1，将其放入花岗岩竹节井筒2的内腔，其下端的筒体公接头1b插入橡胶锥套3d中，确保打印工具1与花岗岩竹节井筒2共轴线。

将井口盖板4覆盖在花岗岩竹节井筒2的顶部，将预埋螺栓4a的上端从井口盖板4的法兰螺栓孔中穿出，中心竖管7c从井口盖板中心孔中伸出。偏心竖管8c偏离花岗岩竹节井筒2的轴线且下端插入花岗岩竹节井筒2的上部内腔。测温套管4b的上端开口，位于花岗岩竹节井筒2内腔的部位封闭，向测温套管4b中插入热电阻即可测试钻井液的温度，也可以向测温套管4b中注入导热油，插入温度计直接观察温度读数。

井口盖板4的上方覆盖上盖板5，偏心竖管8c的上端从上盖板5的通孔中伸出，上盖板5上还设有与测温套管4b的上端口相对应的洞口。井口盖板4顶面中心与上盖板中心孔外周之间通过井盖密封圈4c相互密封，然后在各预埋螺栓4a的上端旋上紧固螺母和并帽螺母将井口盖板4和上盖板5固定在井口。

在中心竖管7c的上端安装中心竖管三通，在中心竖管三通的上端口安装筒内压力表7b，中心竖管三通的中部入口安装筒内注水阀7a，在筒内注水阀7a的外端口连接筒内注水管7。

在偏心竖管8c的上端安装偏心竖管三通，偏心竖管三通的上端口安装环空压力表8b，在偏心竖管三通的中部入口安装环空注水阀8a，在环空注水阀8a的外端口连接环空注水管8。

试验时，根据所模拟的井深和钻井液密度，计算出相应井深处的液柱压力，记下P液柱的具体值。模拟打印时，先通过环空注水阀8a和筒内注水阀7a向花岗岩竹节井筒2注水，将井筒顶部的气体通过压力表下方的考克排空。

然后将模拟井筒的环空加压到等于P液柱，再通过筒内注水阀7a将打印工具1内腔继续加压到P试验，如果在该P试验下，铅模1e可以清晰打印出裂缝形状，则作用在打印工具1的活塞1c上的压力为P打印=P试验-P液柱。测试出各种缝宽的P打印后，用于指导实际的井下打印作业。

需要注意的是，P试验+P液柱的值不能大于花岗岩竹节井筒2的耐受压力P岩石，因为若大于P岩石，会导致井筒岩石变形，导致打印痕迹失真。

以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，非因此局限本实用新型的专利保护范围，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。除上述实施例外，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还可以有其他实施方式。本实用新型还会有各种变化和改进，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种井周裂缝打印模拟试验装置，包括打印工具，其特征在于：所述打印工具位于花岗岩竹节井筒的内腔且两者共轴线，所述花岗岩竹节井筒由多节花岗岩筒圈依次叠置而成，各花岗岩筒圈的内壁切割有模拟裂缝，所述花岗岩竹节井筒的底部及外周浇筑有钢筋混凝土，所述花岗岩竹节井筒的顶部覆盖且固定有井口盖板，所述井口盖板的上方覆盖有上盖板；

所述打印工具包括筒体，所述筒体的下端设有筒体公接头，所述筒体的上端设有筒体母扣，所述打印工具的打印段位于筒体中部，所述打印段的筒体外周均匀设有多块铅模托，各铅模托的外壁分别贴合有铅模，各铅模托分别由多个活塞驱动，各活塞分别嵌于筒体的径向孔中；所述筒体母扣中旋接有筒体上接头，筒体上接头的中心孔上端口焊接有向上延伸的中心竖管，所述中心竖管从井口盖板及上盖板的中心孔中穿过且相互密封，所述中心竖管的上端安装有中心竖管三通，中心竖管三通的上端口安装有筒内压力表，中心竖管三通的中部入口通过筒内注水阀与筒内注水管相连。

2.根据权利要求1所述的井周裂缝打印模拟试验装置，其特征在于：下方花岗岩筒圈的上端口设有弧形凹槽，上方花岗岩筒圈的下端口设有弧形凸榫，所述弧形凸榫对应嵌入相应的弧形凹槽中。

3.根据权利要求1所述的井周裂缝打印模拟试验装置，其特征在于：相邻花岗岩筒圈对接的端口分别设有筒圈定位孔，各筒圈定位孔中分别插接有筒圈定位销实现上下花岗岩筒圈之间的准确定位。

4.根据权利要求1所述的井周裂缝打印模拟试验装置，其特征在于：所述花岗岩竹节井筒的底部设有井底板，所述井底板的下端面焊接有嵌于钢筋混凝土中的底板锚爪，所述井底板的外周焊接有向上竖起的筒体定位环，底部花岗岩筒圈的下端嵌于所述筒体定位环中。

5.根据权利要求4所述的井周裂缝打印模拟试验装置，其特征在于：所述井底板的上端面中心焊接有中心定位环，所述中心定位环的内腔嵌有橡胶锥套，所述筒体公接头的下端插接在橡胶锥套中且相互适配。

6.根据权利要求1所述的井周裂缝打印模拟试验装置，其特征在于：所述井口盖板及上盖板的通孔中插接有偏心竖管，所述偏心竖管偏离花岗岩竹节井筒的轴线且下端插入花岗岩竹节井筒的上部内腔，所述偏心竖管的上端安装有偏心竖管三通，偏心竖管三通的上端口安装有环空压力表，偏心竖管三通的中部入口通过环空注水阀与环空注水管相连。

7.根据权利要求4所述的井周裂缝打印模拟试验装置，其特征在于：所述井底板的上端面中心安装有加温装置，加温装置的供电电缆位于加温电缆套管中，所述加温电缆套管嵌于钢筋混凝土中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的井周裂缝打印模拟试验装置，其特征在于：所述花岗岩竹节井筒的内腔安装有摄像头。

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