專利名稱：應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種鉆井堵漏模擬評價實驗系統(tǒng)，尤其涉及一種應力敏感性地層 鉆井堵漏模擬評價裝置。
背景技術：
我國西部地區(qū)許多山前構(gòu)造帶的大中型油氣田，由于裂縫、孔隙極為發(fā)育，力口 之高陡構(gòu)造的存在，表現(xiàn)為典型的應力敏感性地層鉆探特征，導致實際鉆井過程中井漏 頻繁發(fā)生，漏失后又造成卡鉆和溢流等事故和其它復雜情況，壓力平衡極難調(diào)整，嚴重 制約著油田的發(fā)展。目前所應用的鉆井堵漏評價裝置，主要采用不同寬度的剛性割封板和不同大小 的鋼球來模擬裂縫型和孔隙型漏失地層，在漏失地層的上部添加堵漏液，然后使用氣壓 驅(qū)動設備將堵漏液壓入到漏失地層，以評價堵漏材料的性能。但是，現(xiàn)有的鉆井堵漏評 價裝置存在如下缺陷(1)現(xiàn)有的堵漏評價裝置無法實現(xiàn)堵漏漿(液)的循環(huán)，會導致堵漏材料沉積在 模擬井筒底部，降低堵漏評價的效果。(2)現(xiàn)有的堵漏評價裝置只能模擬均勻?qū)挾鹊牧芽p，與真實形態(tài)的裂縫差距較 大；即使有些實驗裝置采用人造巖心來模擬漏層，但也無法完全滿足真實巖心的參數(shù)特 征。(3)現(xiàn)有的堵漏裝置沒有通過對巖心加載圍壓來研究應力敏感性對堵漏效果的影 響，由于西部地區(qū)的實際漏失地層都在幾千米的深部地層，因此，對堵漏材料的評價結(jié) 果會與現(xiàn)場實際堵漏情況差別較大。(4)目前所有的堵漏評價裝置都是采用單一漏失通道進行試驗研究，而實際的漏 失地層都是由多個漏失通道組成，因此，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不能用于同時對多個漏失通道進行堵 漏研究和評價。有鑒于此，本發(fā)明人提出一種應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，以克服 現(xiàn)有技術的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，該堵漏模 擬評價裝置利用真實巖心試樣對裂縫性和孔隙性地層堵漏過程中的堵漏材料進行評價模 擬實驗，在對真實巖心試樣加載圍壓的條件下，使堵漏漿在模擬井筒內(nèi)循環(huán)的過程中對 模擬漏層進行有效封堵，真實模擬漏層處巖石的受力狀態(tài)和井下的實際堵漏過程，以對 應力敏感性地層堵漏工藝的研究以及不同堵漏材料的封堵效果的評價提供理論依據(jù)。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，該 堵漏模擬評價裝置包括一模擬井筒，該模擬井筒側(cè)壁上固定設有多個與模擬井筒連通的 模擬漏層裝置，該模擬漏層裝 置由試樣容器和設置在試樣容器中的真實巖心試樣構(gòu)成，所述試樣容器一端導通于模擬井筒側(cè)壁的透孔，試樣容器另一端設有一通孔，所述真實 巖心試樣兩端分別對應透孔和通孔設置，真實巖心試樣的周面與試樣容器內(nèi)壁之間構(gòu)成 密封的圍壓腔，該圍壓腔通過管路與液壓穩(wěn)壓源連通；所述模擬井筒一端為堵漏漿進 口，另一端為堵漏漿出口，該堵漏漿進口與一泥漿泵連通，該堵漏漿出口設有一溢流 閥，該溢流閥由管路連通于所述泥漿泵，形成堵漏漿的循環(huán)流動。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述真實巖心試樣為圓柱形結(jié)構(gòu)；所述試樣 容器包括一圍壓筒，圍壓筒一端對應模擬井筒側(cè)壁的透孔，圍壓筒另一端設有一圍壓筒 壓蓋，該圍 壓筒壓蓋與模擬井筒側(cè)壁固定連接，由此，將圍壓筒固定設于模擬井筒側(cè)壁 上；該圍壓筒壓蓋上還固定設有一堵頭，所述與真實巖心試樣端部對應的通孔設置在該 堵頭上。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述圍壓筒壓蓋設有凸緣，由多個螺栓穿過凸 緣連接于模擬井筒側(cè)壁。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述真實巖心試樣為裂縫性巖心試樣或孔隙性 巖心試樣；巖心試樣內(nèi)具有隨機裂縫或隨機孔隙。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述真實巖心試樣的周面套設有一圓筒形熱縮套。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述圍壓筒壓蓋內(nèi)側(cè)設有第一階梯形環(huán)槽，所 述模擬井筒側(cè)壁的透孔周圍設有第二階梯形環(huán)槽，所述真實巖心試樣一端卡設在該第一 階梯形環(huán)槽內(nèi)，所述真實巖心試樣另一端卡設在該第二階梯形環(huán)槽內(nèi)；所述第一階梯形 環(huán)槽和第二階梯形環(huán)槽的側(cè)壁與真實巖心試樣之間分別設有一 O形密封圈。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述真實巖心試樣的尺寸為Φ25Χ50ιηιη或 Φ 38 X 76mm。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述通孔連接有一電子式流量計；所述模擬井 筒的內(nèi)壁設有壓力傳感器。在本發(fā)明的一較佳實施方式中，所述模擬井筒橫截面為正方形，其內(nèi)部筒徑為5 英寸。本發(fā)明的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，應用于裂縫性地層和孔隙性 漏失地層堵漏模擬實驗，在室內(nèi)采用真實巖心，既可以模擬巖心的周向壓力，還可以讓 堵漏漿在模擬井筒內(nèi)實現(xiàn)循環(huán)流動，使得堵漏材料在堵漏漿中均勻分布；還可對一個或 多個漏失通道進行堵漏研究，通過控制周向壓力變化來評價不同堵漏材料封堵效果；該 堵漏模擬評價裝置對應力敏感性地層堵漏工藝的研究以及不同堵漏材料的封堵效果的評 價提供了理論依據(jù)，對山前構(gòu)造帶的堵漏研究有著重要意義。


以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其 中，圖1 為本發(fā)明應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2:為本發(fā)明應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 為圖2的俯視示意圖。
圖4 為圖2的側(cè)視示意圖。圖5 為圖2中的局部結(jié)構(gòu)放大示意圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本 發(fā)明的具體實施方式
。如圖1 圖5所示，本發(fā)明提供一種應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置 100，該堵漏模擬評價裝置100包括一模擬井筒1，該模擬井筒1側(cè)壁上固定設有多個與 模擬井筒1連通的模擬 漏層裝置2，該模擬漏層裝置2由試樣容器21和設置在試樣容器 21中的真實巖心試樣22構(gòu)成，所述真實巖心試樣22是從鉆井現(xiàn)場井底的實際地層取出的 真實巖心，該真實巖心試樣22為裂縫性巖心試樣或孔隙性巖心試樣，裂縫性巖心試樣內(nèi) 具有隨機裂縫，孔隙性巖心試樣內(nèi)具有隨機孔隙；該巖心試樣22為圓柱形，其結(jié)構(gòu)尺寸 為Φ 25 X 50mm或Φ 38 X 76mm (兩個尺寸都是進行巖心試驗的國標尺寸)；在本實施方 式中，所述多個模擬漏層裝置2固定設置在模擬井筒1的左右兩側(cè)，模擬井筒一側(cè)設置三 組均為模擬Φ25Χ50ιηιη巖心試樣的模擬漏層裝置2，模擬井筒另一側(cè)設置三組均為模擬 Φ 38 X 76mm巖心試樣的模擬漏層裝置2 ；左右兩側(cè)模擬漏層裝置2的試樣容器21結(jié)構(gòu)相 同，但尺寸不同，可根據(jù)實驗要求使用其中一組或多組模擬漏層裝置2;所述試樣容器 21—端導通于模擬井筒1側(cè)壁的透孔13，試樣容器21另一端設有一通孔211，所述真實 巖心試樣22兩端分別對應透孔13和通孔211設置，真實巖心試樣22的周面與試樣容器 21內(nèi)壁之間構(gòu)成密封的圍壓腔23，該圍壓腔23通過管路與一液壓穩(wěn)壓源3連通，液壓穩(wěn) 壓源3可將液壓油注入圍壓腔23內(nèi)向巖心試樣22外周面施加環(huán)向壓力，所述真實巖心試 樣22的周面套設有一圓筒形熱縮套221，熱縮套221受熱后會收縮，熱縮套221緊緊包 住巖心試樣22的側(cè)周面，巖心試樣22的兩個端面沒有被熱縮套包住，熱縮套221可以防 止圍壓腔23內(nèi)的液壓油侵入到巖心試樣22內(nèi)部，影響巖心試樣的力學性能和堵漏效果； 所述模擬井筒1 一端為堵漏漿進口 11，另一端為堵漏漿出口 12 ；該堵漏漿進口 11與一泥 漿泵4連通，可將泥漿池中的堵漏漿注入模擬井筒1中；該堵漏漿出口 12設有一溢流閥 5，該溢流閥5出口由管路連通于所述泥漿泵4，以形成堵漏漿的循環(huán)流動；所述通孔211 連接有一電子式流量計(圖中未示出)，以監(jiān)測堵漏漿的排出量，所述模擬井筒1的內(nèi)壁 設有壓力傳感器(圖中未示出)，記錄堵漏材料的承壓能力。本發(fā)明的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置100在使用時(以使用其中一組 模擬漏層裝置2為例，如圖2所示，其它不使用的模擬漏層裝置2可通過封堵板6封堵住 對應的模擬井筒側(cè)壁的透孔即可)，將真實巖心試樣22固定安裝在試樣容器21中，首先 啟動液壓穩(wěn)壓源3，由液壓穩(wěn)壓源3向圍壓腔23內(nèi)注入液壓油，試樣容器21內(nèi)壓力逐漸 升高，這時真實巖心試樣22的周向會產(chǎn)生恒定壓力，然后設定泥漿泵4的排量，并驅(qū)使 堵漏漿逐漸向模擬井筒1內(nèi)注入，此時堵漏漿可以從溢流閥5出口流回到泥漿泵4中，實 驗過程中逐漸關閉溢流閥5，這時堵漏漿會流進真實巖心試樣22的裂縫中并逐漸從試樣 容器21的通孔211流出，隨著模擬井筒1內(nèi)壓力的逐漸升高，堵漏漿會對模擬漏層裝置 2中真實巖性試樣22的裂縫形成封堵，通孔211沒有堵漏漿流出時，表示封堵成功；當 壓力超過封堵強度時，堵漏漿會沖破真實巖性試樣22的裂縫，再次從通孔211流出；在堵漏漿對裂縫形成有效封堵時，也就是通孔211沒有堵漏漿流出時，開始記錄模擬井筒 1內(nèi)的壓力變化，直到堵漏漿沖破裂縫再次由通孔211流出時結(jié)束，記錄此時的最大承壓 能力。通過對比不同堵漏材料的承壓能力可以有效評價堵漏材料的封堵效果。由上所述，本發(fā)明的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，應用于裂縫性地 層和孔隙性漏失地層堵漏模擬實驗，既可以模擬巖心的周向壓力，還可以讓堵漏漿在模 擬井筒內(nèi)實現(xiàn)循環(huán)流動，使得堵漏材料在堵漏漿中均勻分布；通過控制周向壓力變化來 評價不同堵漏材料封堵效果；該堵漏模擬評價裝置對應力敏感性地層堵漏工藝的研究以 及不同堵漏材料的封堵效果的評價提供了理論依據(jù)。進一步，在本實施方式中，如圖1、圖5所示，所述試樣容器21包括一圍壓筒 212，圍壓筒212—端對應模擬井筒1側(cè)壁的透孔13，圍壓筒212另一端設有一圍壓筒壓 蓋213，該圍壓筒壓蓋213與模擬井筒側(cè)壁固定連接，由此，以將圍壓筒212固定設于模 擬井筒側(cè)壁上；該圍壓筒壓蓋213上還固定設有一堵頭214，該堵頭214可螺設在圍壓筒 壓蓋213上的螺孔中；該堵頭214上設置所述與真實巖心試樣22端部對應的通孔211。 所述圍壓筒壓蓋213設有凸緣2131，由多個螺栓215穿過凸緣2131將圍壓筒壓蓋213固 定連接在模擬井筒1側(cè)壁上。在本實施方式中，如圖1所示，所述圍壓筒壓蓋213內(nèi)側(cè)設有第一階梯形環(huán)槽 2132，所述模擬井筒1側(cè)壁的透孔13周圍設有第二階梯形環(huán)槽131，所述真實巖心試樣 22 —端卡設在該第一階梯形環(huán)槽2132內(nèi)，所述真實巖心試樣22另一端卡設在該第二階梯 形環(huán)槽131內(nèi)；如圖5所示，為了防止液壓油侵入到巖心試樣22的兩個端面，所述第一 階梯形環(huán)槽2132和第二階梯形環(huán)槽131的側(cè)壁與真實巖心試樣22之間分別設有一 O形密 封圈222，密封圈222可以保證液壓油只給巖心試樣的周向方向施加圍壓。為了防止液壓 油從圍壓筒212兩端泄漏，可在圍壓筒212兩端分別與模擬井筒1側(cè)壁和圍壓筒壓蓋213 接觸位置設置O形密封圈2121。如圖3、圖4所示，在本實施方式中，所述模擬井筒1橫截面的外形為正方形， 模擬井筒1內(nèi)部筒徑為5英寸，與實際井筒內(nèi)徑的尺寸相符。由于在實際鉆井過程中井壁周圍會有很多裂縫，因此，本發(fā)明應力敏感性地層 鉆井堵漏模擬評價裝置在模擬井筒左右兩側(cè)各設置三個模擬漏層裝置，在進行堵漏試驗 時不僅可以模擬單一漏層(使用一個模擬漏層裝置)還可以進行多個漏層(使用多個模擬 漏層裝置)的模擬，這樣模擬更接近真實情況。所以，本裝置可以評價單縫 或多裂縫地 層，或者對裂縫性和孔隙性地層進行綜合評價，在實驗過程時可以針對不同類型地層的 特點同時對多個裂縫性巖心試樣、多個孔隙性巖心試樣或者多個裂縫性和孔隙性巖心試 樣進行綜合評價。在本實施方式中，所述裂縫性巖心試樣既可以采用天然裂縫性巖心試樣，也可 以提前先將真實巖心柱放置在垂直壓機內(nèi)，對其施加軸向壓力后在巖心內(nèi)形成隨機裂縫 再進行堵漏模擬實驗，更加接近真實鉆井過程中井壁附近的裂縫狀態(tài)。本發(fā)明的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，應用于裂縫性地層和孔隙性 漏失地層堵漏模擬實驗，在室內(nèi)采用真實巖心，既可以模擬巖心的周向壓力，還可以讓 堵漏漿在模擬井筒內(nèi)實現(xiàn)循環(huán)流動，使得堵漏材料在堵漏漿中均勻分布；還可對一個或 多個漏失通道進行堵漏研究，通過控制周向壓力變化來評價不同堵漏材料封堵效果；該堵漏模擬評價裝置對應力敏感性地層堵漏工藝的研究以及不同堵漏材料的封堵效果的評 價提供了理論依據(jù)，對山前構(gòu)造帶的堵漏研究有著重要意義。 以上所述僅為本發(fā) 明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任 何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修 改，均應屬于本發(fā)明保護的范圍。
權(quán)利要求
1.一種應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，其特征在于該堵漏模擬評價裝置 包括一模擬井筒，該模擬井筒側(cè)壁上固定設有多個與模擬井筒連通的模擬漏層裝置，該 模擬漏層裝置由試樣容器和設置在試樣容器中的真實巖心試樣構(gòu)成，所述試樣容器一端 導通于模擬井筒側(cè)壁的透孔，試樣容器另一端設有一通孔，所述真實巖心試樣兩端分別 對應透孔和通孔設置，真實巖心試樣的周面與試樣容器內(nèi)壁之間構(gòu)成密封的圍壓腔，該 圍壓腔通過管路與液壓穩(wěn)壓源連通；所述模擬井筒一端為堵漏漿進口，另一端為堵漏漿 出口，該堵漏漿進口與一泥漿泵連通，該堵漏漿出口設有一溢流閥，該溢流閥由管路連 通于所述泥漿泵，形成堵漏漿的循環(huán)流動。
2.如權(quán)利要求1所述的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，其特征在于所述 真實巖心試樣為圓柱形結(jié)構(gòu)；所述試樣容器包括一圍壓筒，圍壓筒一端對應模擬井筒側(cè) 壁的透孔，圍壓筒另一端設有一圍壓筒壓蓋，該圍壓筒壓蓋與模擬井筒側(cè)壁固定連接， 由此，將圍壓筒固定設于模擬井筒側(cè)壁上；該圍壓筒壓蓋上還固定設有一堵頭，所述與 真實巖心試樣端部對應的通孔設置在該堵頭上。
3.如權(quán)利要求2所述的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，其特征在于所述 圍壓筒壓蓋設有凸緣，由多個螺栓穿過凸緣連接于模擬井筒側(cè)壁。
4.如權(quán)利要求2所述的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，其特征在于所述 真實巖心試樣為裂縫性巖心試樣或孔隙性巖心試樣；巖心試樣內(nèi)具有隨機裂縫或隨機孔 隙。
5.如權(quán)利要求2所述的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，其特征在于所述 真實巖心試樣的周面套設有一圓筒形熱縮套。
6.如權(quán)利要求2所述的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，其特征在于所述 圍壓筒壓蓋內(nèi)側(cè)設有第一階梯形環(huán)槽，所述模擬井筒側(cè)壁的透孔周圍設有第二階梯形環(huán) 槽，所述真實巖心試樣一端卡設在該第一階梯形環(huán)槽內(nèi)，所述真實巖心試樣另一端卡設 在該第二階梯形環(huán)槽內(nèi)；所述第一階梯形環(huán)槽和第二階梯形環(huán)槽的側(cè)壁與真實巖心試樣 之間分別設有一 O形密封圈。
7.如權(quán)利要求2所述的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，其特征在于所述 真實巖心試樣的尺寸為Φ 25 X 50mm或Φ 38 X 76mm。
8.如權(quán)利要求1所述的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，其特征在于所述 通孔連接有一電子式流量計；所述模擬井筒的內(nèi)壁設有壓力傳感器。
9.如權(quán)利要求1所述的應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，其特征在于所述 模擬井筒橫截面為正方形，其內(nèi)部筒徑為5英寸。
全文摘要
本發(fā)明為一種應力敏感性地層鉆井堵漏模擬評價裝置，該裝置包括一模擬井筒，模擬井筒側(cè)壁上固定設有多個與模擬井筒連通的模擬漏層裝置，模擬漏層裝置由試樣容器和設置在試樣容器中的真實巖心試樣構(gòu)成，試樣容器一端導通于模擬井筒側(cè)壁的透孔，試樣容器另一端設有一通孔，真實巖心試樣兩端分別對應透孔和通孔設置，真實巖心試樣的周面與試樣容器內(nèi)壁之間構(gòu)成密封的圍壓腔，該圍壓腔通過管路與液壓穩(wěn)壓源連通；模擬井筒一端為堵漏漿進口，另一端為堵漏漿出口，該堵漏漿進口與一泥漿泵連通，該堵漏漿出口由管路連通于所述泥漿泵，形成堵漏漿的循環(huán)流動。該裝置對應力敏感性地層堵漏工藝的研究及不同堵漏材料的封堵效果的評價提供了理論依據(jù)。
文檔編號E21B49/00GK102011581SQ201010558398
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者侯冰, 金衍, 陳勉 申請人:中國石油大學(北京)