專利名稱：鉆井液半透膜測定裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種判斷在高壓、液相淹沒條件下，鉆井完井液能否在井壁巖石上形成半透膜，以及測定鉆井完井液膜效率的半透膜測定裝置，屬于鉆井液性能測量儀器。
背景技術：
目前，利用半透膜理論及活度控制原理來控制地層與井筒之間的水流方向已成為一種防塌和保護儲層的新思路。國內(nèi)采用的半透膜評價方法有液面高度法、溶質(zhì)截留濃度測定法、掃描電鏡法(SEM)、原子力顯微鏡法(AFM)、高溫高壓膜效率測定法、膨脹量測定法。其中，液面高度法、掃描電鏡法(SEM)、原子力顯微鏡法(AFM)法所測定的膜對象不是在本身儀器內(nèi)形成的，而是濾失實驗后取出的濾餅膜，因此，濾餅上即使形成了半透膜，也可能是由于溶劑揮發(fā)干燥后由相轉化分離原理產(chǎn)生的膜，與實際井下淹沒條件下形成的膜并不相同；由于在分子的形狀、濃差極化現(xiàn)象等要影響測試結果，截留分子數(shù)量及濃度的測定比較復雜，溶質(zhì)截留濃度測定法也不適用于鉆井液半透膜評價；高溫高壓膜效率測定法和膨脹量測定法的原理均是利用泥頁巖產(chǎn)生的膨脹壓力來評價半透膜和膜效率。由此可見，現(xiàn)有的半透膜評價方法實際上都沒有利用半透膜的特殊性質(zhì)(即選擇性和滲透性)來作為膜存在性和膜效率的評價指標，大部分方法根本沒有考慮成膜條件，直接以大氣環(huán)境下形成的固體膜作為評價對象，而沒有考慮鉆井液形成的半透膜是在高壓、液相淹沒條件下所形成，因此，如何有效地判斷半透膜的存在性及測定膜效率已成為該技術亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是在液相淹沒環(huán)境下、壓力為0至3.5MPa范圍內(nèi)，利用具有半透膜的滲透介質(zhì)(巖心)兩端不同活度的溶液所產(chǎn)生的滲透壓差，來研究半透膜的形成及形成后半透膜效率高低，特提供一種鉆井液半透膜測定裝置。
本實用新型的基本原理是選擇性和滲透性是半透膜的固有特征，用半透膜分隔兩種不同濃度的溶液(或一種純?nèi)芤号c一種溶質(zhì))時，由于膜允許溶劑通過而不允許溶質(zhì)通過，所以會產(chǎn)生滲透壓。如果膜兩端產(chǎn)生了滲透壓，則該膜必為半透膜。因此，由純水、鹽水及巖心構成研究體系，將滲濾介質(zhì)兩端裝入蒸餾水和鹽水，平衡后觀察兩邊壓差的變化。若平衡后兩邊壓差為零，說明介質(zhì)不存在半透膜，即介質(zhì)可以讓無機電解質(zhì)通過；若平衡后巖心兩端存在滲透壓差，則說明介質(zhì)存在半透膜。滲透壓差的大小取決于半透膜的完善程度、鹽水的種類和濃度。當測得最大滲透壓差時，由下式估算模擬液的膜效率σ=p2p1p1=RTVWln(awfoawdf)]]>式中，σ為鉆井液的膜效率；p1和p2分別為巖樣的理論滲透壓和實際滲透壓，實際滲透壓即測得的最大滲透壓差Δp；R為氣體常數(shù)(0.082L·atm·mol-1·K-1)；T為絕對溫度，K；Vw為純水的偏摩爾體積，0.018L/mol；αwfo、αwdf分別為巖樣和模擬液的水活度。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是一種鉆井液半透膜測定裝置，主要是由氣壓閥組件、中間容器、截止閥、巖心套、盛液釜及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，其特征是該裝置的結構采用左右對稱結構，氣源調(diào)壓閥1通過高壓管線與左右中間容器3頂端相聯(lián)接，提供實驗所需要的壓力；中間容器3頂端有進料口2，進料完畢后用螺紋堵頭密封；中間容器3與盛液釜9用管線聯(lián)接，管線中間安裝有截止閥7；左右盛液釜9通過巖心套8正、反螺紋進行聯(lián)接，左右盛液釜9上同時安裝有壓力表4，排液閥10、排氣閥6和壓力傳感器5；壓力傳感器5與電腦通過USB數(shù)據(jù)連接，在電腦上安裝有數(shù)據(jù)采集程序11(DEMO)，該程序可更精確地監(jiān)測兩個盛液釜9內(nèi)的壓力變化。
本實用新型的有益效果是(1)該裝置通過半透膜兩側的滲透壓差及過膜體積量來反映半透膜的存在性及其膜效率，考慮了鉆井液在高壓，液相淹沒條件下所形成半透膜，更具有真實性、準確性；(2)該裝置結構簡單，用于研究半透膜的形成及形成后半透膜效率高低，適合于鉆井研究室及泥漿室使用。
以下結合附圖
及實施例對本實用新型作進一步說明。
附圖為本實用新型鉆井液半透膜測定裝置的結構示意圖。該結構圖為左右對稱結構。圖中1.調(diào)壓閥，2.進料口，3.中間容器，4.壓力表，5.壓力傳感器，6.排氣閥，7.截止閥，8.巖心套，9.盛液釜，10.排液閥，11.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
具體實施方式
先篩選不同目數(shù)的砂礫，按一定比例與土粉混合，加入一定量的添加劑，混合均勻后裝入巖心套8中。在20MPa的壓力下壓制10分鐘后，取出巖心套8(含巖心)；在50℃的條件下烘干3小時備用。將巖心套8與左、右兩端的盛液釜9采用正、反螺紋聯(lián)接。關閉右端的排液閥10，再打開右端的截止閥7，打開右端進料口2上的堵頭，裝入500ml蒸餾水，并關閉進料口2的堵頭。打開排氣閥6，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥1，送入少量壓力直到排氣閥6有水連續(xù)溢出時關閉排氣閥6；壓力上升至1MPa，至巖心左端有水滲出時，打開右端進料口2堵頭泄壓；同時打開右端排液閥10放出蒸餾水，放水完畢后從巖心套8中取出巖心，放入蒸餾水中浸泡5小時。再稱取一定量的成膜劑和NaCl溶入500ml蒸餾水，攪拌30分鐘，得到模擬液。將浸泡后的巖心放入巖心套8，旋轉巖心套8與左、右端的盛液釜9密閉聯(lián)接，關閉兩端排液閥10，將左右兩端的進料口2和截止閥7同時打開，分別在左端進料口2裝入模擬液；右端進料口2裝入500ml蒸餾水。然后關閉兩端進料口2，打開兩端排氣閥6，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥1，加以少許壓力以排出盛液釜9中的氣體。開啟電腦，打開數(shù)據(jù)采集程序DEMO，選擇道號“a11”設置控制點“50”，選測試量程“others”，數(shù)據(jù)采集時間為“1000ms”。將兩端盛液釜9內(nèi)的壓力調(diào)至3.5Mpa后，并截斷氣源，關閉截止閥7。單擊測試程序上的“數(shù)據(jù)采集”系統(tǒng)，即開始采集數(shù)據(jù)，同時單擊“保存數(shù)據(jù)”按鈕保存數(shù)據(jù)。觀察實時數(shù)據(jù)曲線，至兩條曲線不再變化時測得最大滲透壓差，停止數(shù)據(jù)采集，退出測試程序。打開排液閥10，放出兩端液體，并泄掉壓力，取出巖心套8，清洗盛液釜9。最后通過膜效率計算公式，計算模擬液的膜效率。
權利要求1.一種鉆井液半透膜測定裝置，主要是由氣壓閥組件、中間容器、截止閥、巖心套、盛液釜及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，其特征是該裝置的結構采用左右對稱結構，氣源調(diào)壓閥(1)通過高壓管線與左右中間容器(3)頂端相聯(lián)接；中間容器(3)頂端有進料口(2)，用螺紋堵頭密封；中間容器(3)與盛液釜(9)用管線聯(lián)接，管線中間安裝有截止閥(7)；左右盛液釜(9)通過巖心套(8)正、反螺紋進行聯(lián)接，左右盛液釜(9)上同時安裝有壓力表(4)，排液閥(10)，排氣閥(6)和壓力傳感器(5)；壓力傳感器(5)與電腦通過USB數(shù)據(jù)連接，在電腦上安裝有數(shù)據(jù)采集程序(11)DEMO。
專利摘要本實用新型是一種判斷在高壓、液相淹沒條件下，鉆井完井液能否在井壁巖石上形成半透膜，及測定鉆井完井液膜效率的評價裝置。它是利用具有半透膜的滲透介質(zhì)兩端不同活度的溶液所產(chǎn)生的滲透壓差，來研究半透膜的形成及形成后半透膜效率高低。其技術方案是該裝置的結構采用左右對稱結構，氣源調(diào)節(jié)閥通過高壓管線與左右中間容器頂端相聯(lián)結，其頂端有進料口；中間容器通過截止閥用管線與盛液釜聯(lián)接；左右盛液釜通過巖心套正反螺紋進行聯(lián)接，在盛液釜上同時安裝有壓力表、排液閥、排氣閥和壓力傳感器；壓力傳感器與電腦通過USB數(shù)據(jù)連接，在電腦上安裝有數(shù)據(jù)采集程序。該裝置用于研究半透膜的形成及形成后半透膜效率高低，適合鉆井完井液研究使用。
文檔編號G01N33/00GK2927035SQ20062003470
公開日2007年7月25日 申請日期2006年6月21日 優(yōu)先權日2006年6月21日
發(fā)明者白小東, 蒲曉林, 侯勤立, 李方, 羅興樹 申請人:西南石油大學