專利名稱：堵漏實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油鉆井中對鉆井液、完井液、修井液在高壓下的濾失性測試和堵漏實驗裝置。
目前，國內(nèi)油田及一些研究單位對鉆井液、完井液、修井液(泥漿)在高壓下的濾失性和堵漏問題的研究時，往往僅考慮井壁受一定壓力作用的靜態(tài)滲漏情況，因而一般是用巖芯夾持器夾持巖芯，置于一個盛有泥漿的容器中，用氮氣在液體表面加壓，然后測試巖芯滲漏液體的多少；堵漏材料通常是加于泥漿中，因而在測試巖芯對泥漿的滲漏情況的同時，也測出了堵漏材料的堵漏效果。這種靜態(tài)堵漏實驗裝置，沒有考慮實際井壁除受泥漿壓力作用外，還受泥漿流動時的剪切速度的作用，因而不能真實模擬井下情況。國外有的考慮了泥漿的流動對井壁的作用，采用巖芯夾持器夾持巖芯，置于盛泥漿的桶內(nèi)，然后攪拌泥漿，測出巖芯的滲漏情況。這種裝置中的泥漿不循環(huán)，易發(fā)熱升溫，影響測試效果，且其流動狀態(tài)與井眼環(huán)空泥漿的流動狀態(tài)有較大差異。為了對各種巖層的堵漏情況進行深入地研究，并提高固井質(zhì)量，必須研制出一種能更好地模擬井下條件的動態(tài)堵漏實驗裝置，以滿足堵漏實驗研究的急需。
本實用新型的目的在于，提出一種能夠模擬井壁在受一定壓力和泥漿流動剪切速度作用條件下的堵漏實驗裝置。
為達到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案堵漏實驗裝置包括巖芯夾持器(5)、測量滲漏液體積的測量容器以及氮氣瓶、截止閥、壓力表等，其特征在于，巖芯夾持器(5)具有平板縫隙流道(A)，而且在巖芯夾持器(5)的上流，設(shè)置了直流調(diào)速電機(1)、高壓低揚程離心泵(2)、活塞式容器(4)、平衡液缸(17)以及油泵(21)；在巖芯夾持器(5)的下流，設(shè)置了活塞式量筒(7)及反驅(qū)液缸(6)。離心泵(2)的出口管路接通活塞式容器(4)的下腔，再連通巖芯夾持器(5)的平板縫隙流道(A)的一端，平板縫隙流道(A)的另一端，通過管道與離心泵(2)的入口接通，構(gòu)成一閉合的泥漿循環(huán)回路。平衡液缸(17)的一腔與離心泵(2)的泥漿進口管路相通，另一腔與潤滑油路相通，由油泵(21)、平衡液缸(17)的一腔、置于油泵(21)與平衡液缸(17)之間的溢流閥(20)、二通閥(19)以及離心泵(2)的滑動軸承(18)和與滑動軸承(18)相通的二通閥(3)構(gòu)成平衡潤滑油路。巖芯夾持器(5)內(nèi)的頂桿孔道(B)通過管道與活塞式量筒(7)的下腔及反驅(qū)液缸(6)的無桿腔相通。
巖芯夾持器(5)的平板縫隙流道(A)的一壁面與巖芯(13)的一端面齊平，另一壁面是方板活塞(9)。方板活塞(9)的中心孔與螺桿(22)的凸臺相配合，螺桿(22)與螺母(10)聯(lián)接。旋轉(zhuǎn)螺母(10)，可調(diào)節(jié)平板縫隙流道(A)的寬度。
螺桿(22)的中心具有孔道(C)，孔道(C)的一端與平板縫隙流道(A)的巖芯壁面相通，另一端與二通閥(11)相連。
直流調(diào)速電機(1)帶動離心泵(2)工作，使泥漿循環(huán)流動。巖芯夾持器(5)的橡皮筒(14)內(nèi)的巖芯(13)的一端與平板縫隙流道(A)的壁面齊平安裝，于是，巖芯(13)的該端面便受到具有一定流速的泥漿的剪切作用，調(diào)節(jié)電機(1)的電壓，即可改變離心泵(2)的轉(zhuǎn)速和流量，從而改變泥漿流過巖芯端面的剪切速度。在活塞式容器(4)的上腔通入一定壓力的氮氣，使其下腔及整個循環(huán)回路的泥漿壓力(驅(qū)壓)達到預(yù)定值，從而使巖芯端面承受預(yù)定壓力。從巖芯(13)滲漏出來的液體，經(jīng)巖芯夾持器頂桿孔道(B)及連接管線流入活塞式量筒(7)的下腔，關(guān)閉活塞式量筒(7)出口的二通閥(8)，量筒(7)的活塞桿將在滲漏液的推動下往上移動，從其指針移動的刻度數(shù)讀出滲漏液的體積量。在活塞式量筒(7)的上腔，通入一定壓力的氮氣，使其下腔的滲漏液壓力(即回壓)達到預(yù)定值，用以模擬井下在地層壓力下的滲漏實驗(回壓實驗)。
當(dāng)泥漿在巖芯一端流過一段時間后，該端面上將形成一層泥餅，可起到堵漏作用?？梢酝ㄟ^在反驅(qū)液缸(6)的無桿腔吸入驅(qū)動液，有桿腔通入一定壓力的氮氣，來進行反驅(qū)實驗，測試泥餅的強度，從另一角度衡量堵漏材料的堵漏效果。
平衡液缸(17)的作用是使離心泵(2)內(nèi)潤滑油的壓力和離心泵(2)入口泥漿的壓力基本相等，使油與泥漿之間密封壓差很小，且能補償油與空氣之間的高壓軸封的泄漏。這樣便將含固相顆粒的泥漿介質(zhì)的高壓旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)化為以油為介質(zhì)的高壓旋轉(zhuǎn)密封和泥漿與油之間的低壓密封，從而可延長軸密封的使用壽命。采用油泵(21)給平衡液缸(17)充油，操作方便，且當(dāng)離心泵(2)運轉(zhuǎn)時間較長時，可用油泵(21)來循環(huán)潤滑油，冷卻滑動軸承(18)和密封。
本實用新型的優(yōu)點是1．可做不同剪切速度下的動態(tài)堵漏實驗，比靜態(tài)堵漏實驗更真實地模擬井下條件，且速度調(diào)節(jié)方便。
2．采用平板縫隙流道，比管式流道更接近井眼環(huán)空流道，且縫隙寬度調(diào)節(jié)方便。
3．采用活塞式加壓容器使泥漿具有一定壓力，保證循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)流體加壓穩(wěn)定，且避免了用氣體加壓而導(dǎo)致氣體進入測試液的缺點。
4．采用離心泵循環(huán)測試液，流動狀態(tài)穩(wěn)定，發(fā)熱溫升小，對實驗結(jié)果影響小。
5．能做有一定回壓的實驗，以滿足各種井下情況的需要。
6．具有多種功能，既可做動態(tài)堵漏實驗，又可做靜態(tài)堵漏實驗；既可做孔隙性巖層的堵漏實驗，也可做縫隙性巖層的堵漏實驗；可用于研究動失水和泥餅形成規(guī)律；可用于做巖芯的沖蝕性實驗研究；可代替流動裝置做油層污染和保護油層的實驗研究。
7．結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，消耗功率少，易損件少，操作維修方便。
附圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合
本實用新型的實施例本堵漏實驗裝置包括巖芯夾持器(5)、測量滲漏液體的測量容器以及氮氣瓶、截止閥、壓力表等，其特征在于，本裝置采用的巖芯夾持器(5)具有平板縫隙流道(A)，平板縫隙流道(A)的一壁與巖芯(13)的一端齊平，另一壁是方板活塞(9)。方板活塞(9)的中心孔與螺桿(22)的凸臺相配合，螺桿(22)與螺母(10)聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)螺母(10)，可調(diào)節(jié)平板縫隙流道(A)的寬度。在巖芯夾持器(5)的上流，設(shè)置了直流調(diào)速電機(1)、高壓低揚程離心泵(2)、活塞式容器(4)、平衡液缸(17)及油泵(21)；在巖芯夾持器(5)的下流，設(shè)置了活塞式量筒(7)及反驅(qū)液缸(6)。離心泵(2)的揚程約為7～10M，額定流量為190～210ml/S，配備的直流電機(1)的功率約為0.9～1.1kW，離心泵(2)的最大工作壓力為9～11MPa。為解決離心泵(2)的高壓旋轉(zhuǎn)密封問題，本裝置采用平衡液缸(17)，把高壓含固相顆粒的泥漿介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)密封轉(zhuǎn)變成高壓油的旋轉(zhuǎn)密封和泥漿與油之間的低壓密封。高壓油軸封采用摩擦系數(shù)小的耐摩材料聚四氟乙烯，油與泥漿之間的低壓軸封采用橡膠材料，從而保證軸封可靠地工作。采用一個小排量油泵(21)給平衡液缸(17)充油，操作方便，且當(dāng)離心泵運行時間太長時，可采用油泵循環(huán)潤滑油，冷卻滑動軸承(18)和密封，此時應(yīng)將閥(3)稍開，并調(diào)節(jié)溢流閥(20)，使油泵出口壓力略高于泥漿壓力。離心泵(2)的出口管路接通活塞式容器(4)的下腔，再連通巖芯夾持器(5)的平板縫隙流道(A)，由平板縫隙流道(A)出來的泥漿經(jīng)管道流回離心泵(2)的入口，構(gòu)成閉合的泥漿循環(huán)回路。平衡液缸(17)的一腔與離心泵(2)的泥漿進口管路相通，另一腔與潤滑油路相通。由油泵(21)、平衡液缸(17)、置于油泵(21)與平衡液缸(17)之間的溢流閥(20)、二通閥(19)以及離心泵(2)的滑動軸承(18)和與滑動軸承(18)相連的二通閥(3)構(gòu)成平衡潤滑油路。巖芯夾持器(5)內(nèi)的頂桿孔道(B)通過管道與活塞式量筒(7)的下腔及反驅(qū)液缸(6)的無桿腔相通。
直流調(diào)速電機(1)帶動離心泵(2)旋轉(zhuǎn)，使回路中的泥漿循環(huán)流動，泥漿以一定速度流過巖芯夾持器(5)的平板縫隙流道(A)，巖芯夾持器(5)的橡皮筒(14)內(nèi)的巖芯(13)的一端面與平板縫隙流道(A)的一壁面齊平安裝，于是，巖芯的該端面受到具有一定剪切速度的泥漿作用。調(diào)節(jié)電機(1)的電壓，即可改變離心泵(2)的轉(zhuǎn)速和流量，從而改變泥漿流過巖芯端面的剪切速度。在活塞式容器(4)的上腔通入一定壓力的氮氣，使活塞下腔的泥漿壓力(驅(qū)壓)達到需要值，從而使巖芯端面承受預(yù)定壓力。從巖芯滲漏出來的液體經(jīng)巖芯夾持器(5)內(nèi)的頂桿孔道(B)及連接管線，進入活塞式量筒(7)的下腔，關(guān)閉活塞式量筒(7)出口的二通閥(8)，量筒(7)的活塞桿將在滲漏液的作用下往上移動，可從活塞桿指針移動的刻度數(shù)讀出滲漏液體的體積量。在量筒(7)活塞的上腔通入一定壓力的氮氣，使下腔的滲漏液的壓力(即回壓)達到預(yù)定值，用以模擬井下在地層壓力下的滲漏實驗(回壓實驗)。如果滲漏量較大，可將活塞式量筒(7)出口二通閥(8)稍開一點，并用量杯收集流出的液體，此時要注意不讓量筒(7)的活塞移到頭。
在加驅(qū)壓和回壓之前，應(yīng)先加圍壓，即先給巖芯夾持器橡皮筒(14)外腔通入氮氣，氮氣的壓力應(yīng)高于驅(qū)壓1.3倍，以使其夾持住巖芯，并防止泥漿從巖芯園柱面泄漏。為保證橡皮筒(14)外面施加圍壓的氮氣不向泥漿中竄漏，橡皮筒(14)的一端帶有凸沿，并用壓蓋(12)壓緊。
當(dāng)巖芯(13)的一端經(jīng)泥漿流過一段時間后，該端面將形成一層泥餅，此層泥餅可起到堵漏作用?？赏ㄟ^反驅(qū)實驗測試該泥餅的強度，從測量出漏失液的體積、漏失時間、或者到完全不漏的時間，即可從另一角度評價堵漏材料的堵漏效果。在進行反驅(qū)實驗時，應(yīng)先將反驅(qū)液缸(6)的無桿腔吸入反驅(qū)液，停止泵循環(huán)泥漿，然后開啟活塞式容器(4)的閥(15)，排放出活塞式容器(4)上腔的氮氣(使其壓力為零)，關(guān)閉活塞式量筒(7)出口二通閥(8)，打開螺桿(22)孔道(C)端部的閥(11)，此時才能向反驅(qū)液缸有桿腔，通入一定壓力的氮氣，反驅(qū)液由反驅(qū)液缸(6)的無桿腔經(jīng)管路到達巖芯夾持器(5)內(nèi)的頂桿孔道(B)，滲過巖芯(13)及其端部的泥餅，再經(jīng)螺桿(22)內(nèi)的孔道(C)到達閥(11)，即可用量杯在閥(11)出口處收集液體。
權(quán)利要求1．一種堵漏實驗裝置，包括巖芯夾持器(5)、測量滲漏液體積的測量容器以及氮氣瓶、截止閥、壓力表等，其特征在于巖芯夾持器(5)具有平板縫隙流道(A)，而且在巖芯夾持器(5)的上流，設(shè)置了直流調(diào)速電機(1)、高壓低揚程離心泵(2)、活塞式容器(4)、平衡液缸(17)以及油泵(21)，在巖芯夾持器(5)的下流，設(shè)置了活塞式量筒(7)及反驅(qū)液缸(6)，離心泵(2)的出口管路接通活塞式容器(4)的下腔，再連通巖芯夾持器(5)的平板縫隙流道(A)的一端，平板縫隙流道(A)的另一端通過管道與離心泵(2)的入口接通，構(gòu)成一閉合的泥漿循環(huán)回路，平衡液缸(17)的一腔與離心泵(2)的泥漿進口管道相通，另一腔與潤滑油路相通，由油泵(21)、平衡液缸(17)的一腔、置于油泵(21)與平衡液缸(17)之間的溢流閥(20)、二通閥(19)以及離心泵(2)的滑動軸承(18)和與滑動軸承(18)相通的二通閥(3)構(gòu)成平衡潤滑油路，巖芯夾持器(5)內(nèi)的頂桿孔道(B)通過管道與活塞式量筒(7)的下腔及反驅(qū)液缸(6)的無桿腔相通。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的堵漏實驗裝置，其特征在于平板縫隙流道(A)的一壁面與巖芯(13)的一端面齊平，另一壁面是方板活塞(9)，方板活塞(9)的中心孔與螺桿(22)的凸臺相配合，螺桿(22)與螺母(10)聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)螺母(10)，可調(diào)節(jié)平板縫隙流道(A)的寬度。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的堵漏實驗裝置，其特征在于螺桿(22)的中心具有孔道(C)，孔道(C)的一端與平板縫隙流道(A)的巖芯壁面相通，另一端與二通閥(11)相通。
專利摘要本堵漏實驗裝置采用具有平板縫隙流道的巖芯夾持器,由直流調(diào)速電機帶動高壓低揚程離心泵循環(huán)泥漿,并由活塞式容器控制泥漿壓力,使巖芯端面同時受到泥漿壓力和剪切速度的作用,更能模擬井下條件進行堵漏實驗。本裝置還設(shè)置了反驅(qū)液缸和活塞式量筒,能進行反驅(qū)實驗和有一定回壓的實驗。本裝置結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,對深入開展各種巖層的堵漏研究、防止油層被污染以及提高固井質(zhì)量有重要的實用價值。
文檔編號G01N3/10GK2441137SQ0024443
公開日2001年8月1日 申請日期2000年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月14日
發(fā)明者王德玉, 蒲曉林, 施太和 申請人:西南石油學(xué)院