專利名稱：一種欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥性能測(cè)試儀及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥性能測(cè)試儀及其應(yīng)用，應(yīng)用于石 油勘探開(kāi)發(fā)的油氣田鉆井領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
欠平衡鉆井是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的新型鉆井技術(shù)，適應(yīng)了當(dāng)前石油工業(yè)的 勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)，具有很多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因此，發(fā)展十分迅速，并具有廣闊的應(yīng)用前景。但是， 常規(guī)欠平衡鉆井主要針對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程而言，而在換鉆頭、取心、中途測(cè)試以及處理事故過(guò)程中 仍然采用壓井的方法。實(shí)踐證明，這種做法對(duì)產(chǎn)層仍具有很強(qiáng)的污染作用。隨著欠平衡鉆井技術(shù)的深入研究和推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外油公司對(duì)欠平衡技術(shù)的要求 越來(lái)越高，如何實(shí)現(xiàn)全過(guò)程欠平衡鉆井作業(yè)，逐漸成為熱點(diǎn)問(wèn)題。凍膠閥作為一種新型的 控壓手段，可在欠平衡鉆井及完井過(guò)程中，通過(guò)在井口注入井下一定長(zhǎng)度的凍膠液，使其在 井下溫度、壓力下形成凍膠，利用自身的強(qiáng)度以及與井壁的粘結(jié)力來(lái)封隔井下壓力，避免打 入壓井液引起的過(guò)平衡作業(yè)對(duì)儲(chǔ)層保護(hù)的影響。但是在欠平衡鉆井作業(yè)過(guò)程中，凍膠閥的 某些性能參數(shù)還未能進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)1)在井下?tīng)顟B(tài)下，凍膠的實(shí)際存在狀態(tài)；2)在井下 溫度、壓力下，凍膠的形成時(shí)間及強(qiáng)度；3)不同時(shí)間、不同溫度下凍膠的成膠強(qiáng)度準(zhǔn)確描述 (凍膠整體氣密性及耐壓強(qiáng)度)；4)在井下溫度、壓力下破膠劑破膠效果評(píng)價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了全過(guò)程欠平衡鉆井及完井施工中所用凍膠閥的性能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)問(wèn)題 1)在井下?tīng)顟B(tài)下，凍膠的實(shí)際存在狀態(tài)；2)在井下溫度、壓力下，凍膠的形成時(shí)間及強(qiáng)度； 3)不同時(shí)間、不同溫度下凍膠的成膠強(qiáng)度準(zhǔn)確描述(凍膠整體氣密性及耐壓強(qiáng)度)；4)在 井下溫度、壓力下，破膠劑隨時(shí)間的破膠效果評(píng)價(jià)。通過(guò)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)可確定封堵一定壓差 井下流體所需要注入的凍膠的體積，井下凍膠隨時(shí)間的強(qiáng)度變化，以及凍膠閥所能封隔井 下壓力的時(shí)間。(凍膠長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性的問(wèn)題)。本發(fā)明提供了一種欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥性能測(cè)試儀，特征在于由以下 組件構(gòu)成氮?dú)馄?的減壓閥2連接流量計(jì)3，通過(guò)三通10與控溫成膠管體8下方的下端壓 力閥6連接，通過(guò)底蓋15輸入氣體壓力到控溫成膠管體8，氮?dú)馄?7的減壓閥14與控溫成 膠管體8上方的上端壓力閥16連接，通過(guò)頂蓋13向控溫成膠管體8內(nèi)提供壓力，三通10 上連接精密壓力表4，控溫儀5通過(guò)溫控探頭12與控溫成膠管體8連接，控溫成膠管體8外 部設(shè)有加熱電阻絲9。本發(fā)明還提供了一種測(cè)試欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥的凍膠強(qiáng)度的方法，包 括如下步驟(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計(jì)3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至測(cè)試溫度；
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(2)將墊片放入控溫成膠管體8中，使其平鋪于下端壓力孔，然后倒入配置好的待 成膠溶液，裝上頂蓋13，加熱所需時(shí)間，待測(cè)；(3)測(cè)試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12，卸去頂蓋13 ；(4)打開(kāi)下端壓力閥6(注意這時(shí)流量計(jì)關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開(kāi)的過(guò)大)，之后打開(kāi)減壓閥2，當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時(shí)，壓力不超過(guò)0. 02Mpa,當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時(shí)壓力不 超過(guò) 0. IMPa ；(5)緩慢開(kāi)啟流量計(jì)3，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體8 中開(kāi)始移動(dòng)時(shí)的最大讀數(shù)；(6)獲得讀數(shù)后，直接關(guān)閉氮?dú)馄?，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉 減壓閥2和流量計(jì)3，測(cè)得凍膠閥的凍膠強(qiáng)度。本發(fā)明還提供了一種測(cè)試欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥的凍膠氣密性強(qiáng)度的 方法，包括如下步驟(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計(jì)3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至測(cè)試溫度；(2)將配置好的待成膠溶液倒入控溫成膠管體8中，裝上頂蓋13，加熱所需時(shí)間， 待測(cè)；(3)測(cè)試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12 ；卸去頂蓋13 ；(4)打開(kāi)下端壓力閥6(注意這時(shí)流量計(jì)關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開(kāi)的過(guò)大)，之后打開(kāi)減壓閥2，當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時(shí)，壓力不超過(guò)0. 02Mpa,當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時(shí)壓力不 超過(guò) 0. IMPa ；(5)緩慢開(kāi)啟流量計(jì)3，利用底蓋上的小孔產(chǎn)生的高壓強(qiáng)，讓氣在凍膠中發(fā)生氣 穿，造成鼓泡現(xiàn)象，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠閥形成鼓泡最大壓力，待示數(shù)穩(wěn) 定后，確定氣密性強(qiáng)度；(6)獲得讀數(shù)后，直接關(guān)閉氮?dú)馄?，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉 減壓閥2和流量計(jì)3，測(cè)得凍膠閥的凍膠氣密性強(qiáng)度。本發(fā)明進(jìn)一步包括當(dāng)凍膠形成后，可在外徑7in、高IOOcm的控溫成膠管體中插入 現(xiàn)場(chǎng)所用的油管，觀察油管是否可以插入和拔出。以評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)凍膠形成后，能否進(jìn)行后續(xù)鉆 井作業(yè)。本發(fā)明進(jìn)一步包括利用控溫成膠管體中形成的凍膠，倒入一定濃度的破膠劑，在 一定溫度、壓力條件下，看成膠管中凍膠隨時(shí)間的變化情況，為現(xiàn)場(chǎng)制定破膠措施提供依 據(jù)。


圖1 欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥性能測(cè)試儀裝置示意圖，其中1.氮?dú)馄浚?.減壓閥；3.流量計(jì)；4.精密壓力表；5.控溫儀；6.下端壓力閥；7.上 端壓力表；8.控溫成膠管體；9.加熱電阻絲；10.三通；11.密封圈；12.溫控探頭；13.頂 蓋；14.減壓閥；15.底蓋；16.上端壓力閥；17.氮?dú)馄俊?br> 圖2 凍膠強(qiáng)度測(cè)試圖3 凍膠氣密性強(qiáng)度測(cè)試圖4 插管實(shí)驗(yàn)
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 此實(shí)例評(píng)價(jià)了 90°C下的凍膠閥的凍膠強(qiáng)度。(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計(jì)3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至90°C ；(2)將墊片放入控溫成膠管體8中，使其平鋪于下端壓力孔，然后倒入配置好的待 成膠溶液，裝上頂蓋13，加熱5h ；(3)測(cè)試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12，卸去頂蓋13 ；(4)打開(kāi)下端壓力閥6 (注意這時(shí)流量計(jì)關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開(kāi)的過(guò)大)，之后打開(kāi)減壓閥2，當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時(shí)，壓力不超過(guò)0. 02Mpa,當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時(shí)壓力不 超過(guò) 0. IMPa ；(5)緩慢開(kāi)啟流量計(jì)3，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體8 中開(kāi)始移動(dòng)時(shí)的最大讀數(shù)0. 04Mpa，見(jiàn)圖2 ；(6)關(guān)閉氮?dú)馄?，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉減壓閥2和流量計(jì) 3，測(cè)試結(jié)束。實(shí)施例2 此實(shí)例評(píng)價(jià)了在120°C下凍膠閥的凍膠強(qiáng)度。(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計(jì)3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至120°C ；(2)將墊片放入控溫成膠管體8中，使其平鋪于下端壓力孔，將配置好的待成膠溶 液倒入控溫成膠管體8中，裝上頂蓋13，在120°C下加熱5h ；(3)測(cè)試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12 ；卸去頂蓋13 ；(4)打開(kāi)下端壓力閥6(注意這時(shí)流量計(jì)關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開(kāi)的過(guò)大)，之后打開(kāi)減壓閥2，當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時(shí)，壓力不超過(guò)0. 02Mpa,當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時(shí)壓力不 超過(guò) 0. IMPa ；(5)緩慢開(kāi)啟流量計(jì)3，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體8 中開(kāi)始移動(dòng)時(shí)的最大讀數(shù)0. 05Mpa，見(jiàn)圖2 ；(6)關(guān)閉氮?dú)馄?，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉減壓閥2和流量計(jì) 3，測(cè)試結(jié)束。實(shí)施例3 此實(shí)例分析了凍膠閥的凍膠氣密性強(qiáng)度。(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計(jì)3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至80°C ；
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(2)倒入配置好的待成膠溶液，裝上頂蓋13，加熱5h ；(3)測(cè)試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12 ；卸去頂蓋13 ；(4)打開(kāi)下端壓力閥6 (注意這時(shí)流量計(jì)關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開(kāi)的過(guò)大)，之后打開(kāi)減壓閥2，當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時(shí)，壓力不超過(guò)0. 02Mpa,當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時(shí)壓力不 超過(guò) 0. IMPa ；(5)緩慢開(kāi)啟流量計(jì)3，利用底蓋15上的小孔產(chǎn)生的高壓強(qiáng)，讓氣在凍膠中發(fā)生氣 穿，造成鼓泡現(xiàn)象，見(jiàn)圖3，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體8中所形 成氣泡所能承受的最大壓力0. 02Mpa ；(6)關(guān)閉氮?dú)馄?，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉減壓閥2和流量計(jì) 3，測(cè)試結(jié)束。實(shí)施例4 此實(shí)例分析了凍膠閥的凍膠插管實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)圖4。(1)使用尺寸為外徑7in、高IOOcm的控溫成膠管體8，關(guān)閉減壓閥2，流量計(jì)3，下 端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫成膠管體8中，預(yù)熱儀器至80°C ；(2)倒入配置好的待成膠溶液，裝上頂蓋13，加熱5h ；測(cè)試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出 溫控探頭12 ；卸去頂蓋13 ；(3)在控溫成膠管體8中插入現(xiàn)場(chǎng)所用的油管，油管能夠插入和拔出，能夠進(jìn)行后 續(xù)鉆井作業(yè)。
權(quán)利要求
一種欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥性能測(cè)試儀，特征在于由以下組件構(gòu)成氮?dú)馄?1)的減壓閥(2)連接流量計(jì)(3)，通過(guò)三通(10)與控溫成膠管體(8)下方的下端壓力閥(6)連接，通過(guò)底蓋(15)輸入氣體壓力到控溫成膠管體(8)，氮?dú)馄?17)的減壓閥(14)與控溫成膠管體(8)上方的上端壓力閥(16)連接，通過(guò)頂蓋(13)向控溫成膠管體(8)內(nèi)提供壓力，三通(10)上連接精密壓力表(4)，控溫儀(5)通過(guò)溫控探頭(12)與控溫成膠管體(8)連接，控溫成膠管體(8)外部設(shè)有加熱電阻絲(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試儀，其特征在于控溫成膠管體⑶尺寸為外徑2in、高 30cmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試儀，其特征在于控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高 100cm。
4.一種使用權(quán)利要求2或3所述測(cè)試儀測(cè)試欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥的凍膠強(qiáng) 度的方法，包括如下步驟(1)關(guān)閉減壓閥(2)，流量計(jì)(3)和下端壓力閥(6)，裝上底蓋(15)，將溫控探頭(12) 放入控溫成膠管體(8)中，預(yù)熱儀器至測(cè)試溫度；(2)將墊片放入控溫成膠管體(8)中，使其平鋪于下端壓力孔，然后倒入配置好的待成 膠溶液，裝上頂蓋(13)，加熱所需時(shí)間，待測(cè)；(3)測(cè)試前，關(guān)閉控溫儀(5)，拔出溫控探頭(12)，卸去頂蓋(13)；(4)打開(kāi)下端壓力閥(6)，之后打開(kāi)減壓閥(2)，當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時(shí)，壓力不超過(guò)0. 02Mpa,當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時(shí)壓力不 超過(guò) 0. IMPa ；(5)緩慢開(kāi)啟流量計(jì)(3)，并注意精密壓力表(4)的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體(8) 中開(kāi)始移動(dòng)時(shí)的最大讀數(shù)；(6)獲得讀數(shù)后，直接關(guān)閉氮?dú)馄?1)，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥(6)，然后關(guān)閉 減壓閥(2)和流量計(jì)(3)，測(cè)得凍膠閥的凍膠強(qiáng)度。
5.一種使用權(quán)利要求2或3所述測(cè)試儀測(cè)試欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥的凍膠氣 密性強(qiáng)度的方法，包括如下步驟(1)關(guān)閉減壓閥(2)，流量計(jì)(3)和下端壓力閥(6)，裝上底蓋(15)，將溫控探頭(12) 放入控溫成膠管體(8)中，預(yù)熱儀器至測(cè)試溫度；(2)將配置好的待成膠溶液倒入控溫成膠管體(8)中，裝上頂蓋(13)，加熱所需時(shí)間， 待測(cè)；(3)測(cè)試前，關(guān)閉控溫儀(5)，拔出溫控探頭(12)，卸去頂蓋(13)；(4)打開(kāi)下端壓力閥(6)，之后打開(kāi)減壓閥(2)，當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時(shí)，壓力不超過(guò)0. 02Mpa,當(dāng)控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時(shí)壓力不 超過(guò) 0. IMPa ；(5)緩慢開(kāi)啟流量計(jì)(3)，利用底蓋上的小孔產(chǎn)生的高壓強(qiáng)，讓氣在凍膠中發(fā)生氣穿， 造成鼓泡現(xiàn)象，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠閥形成鼓泡最大壓力，待示數(shù)穩(wěn)定 后，確定氣密性強(qiáng)度；(6)獲得讀數(shù)后，直接關(guān)閉氮?dú)馄?1)，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥(6)，然后關(guān)閉 減壓閥(2)和流量計(jì)(3)，測(cè)得凍膠閥的凍膠氣密性強(qiáng)度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)凍膠形成后，在尺寸為外徑7in、高IOOcm 的控溫成膠管體(8)中插入現(xiàn)場(chǎng)所用的油管，觀察油管是否可以插入和拔出，以評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng) 凍膠形成后，能否進(jìn)行后續(xù)鉆井作業(yè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，進(jìn)一步包括利用控溫成膠管體(8)中形成的凍膠， 倒入一定濃度的破膠劑，在一定溫度、壓力條件下，看成膠管中凍膠隨時(shí)間的變化情況，為 現(xiàn)場(chǎng)制定破膠措施提供依據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種欠平衡鉆井及完井過(guò)程中凍膠閥性能測(cè)試儀及其應(yīng)用，解決了全過(guò)程欠平衡鉆井及完井施工中所用凍膠閥的性能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)問(wèn)題1)在井下?tīng)顟B(tài)下，凍膠的實(shí)際存在狀態(tài)；2)在井下溫度、壓力下，凍膠的形成時(shí)間及強(qiáng)度；3)不同時(shí)間、不同溫度下凍膠的成膠強(qiáng)度準(zhǔn)確描述(凍膠整體氣密性及耐壓強(qiáng)度)；4)在井下溫度、壓力下，破膠劑隨時(shí)間的破膠效果評(píng)價(jià)。通過(guò)該儀器測(cè)量數(shù)據(jù)可確定封堵一定壓差井下流體所需要注入的凍膠的體積，井下凍膠隨時(shí)間的強(qiáng)度變化，以及凍膠閥所能封隔井下壓力的時(shí)間。
文檔編號(hào)G01M13/00GK101949771SQ20101026229
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者付英軍, 馮文強(qiáng), 李志勇, 楊虎, 王利國(guó), 蔣官澄, 謝水祥, 陶冶 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)