本實用新型涉及石油開采領(lǐng)域，具體涉及一種用于測試鉆井液與巖石間壓力傳遞的實驗裝置。

背景技術(shù)：

在鉆井或完井過程中出現(xiàn)的井壁坍塌、縮徑和地層壓裂等復(fù)雜情況統(tǒng)稱為井壁失穩(wěn)，其大多發(fā)生在泥頁巖地層中。井壁失穩(wěn)不僅嚴重影響地質(zhì)錄井、延長鉆井周期和增加鉆井成本，而且還會污染儲層，造成重大經(jīng)濟損失。造成井壁失穩(wěn)的原因，不外乎不可避免的先天因素和鉆井施工造成的后天因素。先天因素主要包括：地層巖石的組成和物理化學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造類型、原地應(yīng)力狀態(tài)、地層傾角，以及巖石層之間的膠結(jié)程度的強弱、巖石強度大小與承壓能力大小等。后天因素主要包括：鉆完井方式、井眼軌跡和鉆具對井壁的碰撞等，但更集中于鉆井液性能方面，如鉆井液濾液侵入地層的深度、鉆井液的抑制性與封堵性等方面。

在打開地層之前，埋在地層深處的巖石同時受到上覆巖石壓力、最大水平地應(yīng)力和最小水平地應(yīng)力的作用而處于力學(xué)平衡狀態(tài)。當巖石被鉆頭破碎，鉆井液與地層接觸，井壁圍巖的受力狀態(tài)就發(fā)生了改變，沒有了原井眼內(nèi)巖石對井壁的支撐，取而代之的是鉆井液靜液柱壓力對井壁的支撐。在這種新的力學(xué)條件下，井眼應(yīng)力重新分布，使井壁周圍產(chǎn)生了極高的應(yīng)力集中，如果此時巖石強度不足或鉆井液靜液柱壓力支撐不足，就會出現(xiàn)井壁失穩(wěn)現(xiàn)象。

目前，對于膨脹型地層井壁失穩(wěn)可以通過提高鉆井液的抑制性來解決，而對于硬脆性的含裂隙泥頁巖地層的井壁失穩(wěn)問題，往往通過向鉆井液中添加封堵材料降低鉆井液的濾失量，減緩鉆井液與井壁周圍巖石之間的壓力傳遞，即減小井筒圍巖的水平應(yīng)力的改變量，延長坍塌周期手段的措施來解決。常見的用于測試鉆井液與巖石之間壓力傳遞的實驗裝置是由中國石油大學(xué)(華東)研發(fā)的泥頁巖水化-力學(xué)耦合(SHM)模擬裝置。該裝置的基本原理是在待測巖樣上下兩端建立初始差壓，在保持一端壓力不變的情況下，通過壓差傳感器檢測巖樣兩端的動態(tài)壓差變化，當壓差傳感器顯示結(jié)果為零時，即視巖樣被擊穿，此時即為壓力穿透時刻。然而，該裝置只能對單個巖樣進行壓力傳遞測試。無論測試使用的巖樣是天然巖芯還是人工巖芯，對同一巖芯均無法實現(xiàn)二次測試，尤其無法對即時壓力擊穿的巖芯的進行壓力傳遞測試；其次，該裝置并沒有模擬實際鉆井施工中鉆井液進入管柱噴出后，流經(jīng)管柱與井壁(或套管)形成的環(huán)形空間向上流動進入泥漿池的循環(huán)過程，對于懸浮穩(wěn)定性較差的鉆井液而言，鉆井液中的高密度固相部分容易落覆在巖樣表面，從而影響測試結(jié)果的準確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出了一種用于測試鉆井液與巖石間壓力傳遞的實驗裝置，其可以模擬井下鉆井液動態(tài)循環(huán)過程。

根據(jù)本實用新型提供的一種用于測試鉆井液與巖石間壓力傳遞的實驗裝置，包括依次連接在一起的鉆井液循環(huán)裝置、巖芯夾持裝置和數(shù)據(jù)采集處理裝置。

根據(jù)本實用新型，鉆井液循環(huán)裝置中的鉆井液經(jīng)鉆井液循環(huán)裝置循環(huán)流經(jīng)巖芯夾持裝置，鉆井液循環(huán)過程中對巖芯加持裝置中的巖芯樣品的不同位置產(chǎn)生不同的壓力，該不同的壓力變化通過數(shù)據(jù)采集處理裝置進行采集和輸出，從而實現(xiàn)對井下鉆井液動態(tài)循環(huán)過程的模擬。

在一些實施方案中，鉆井液循環(huán)裝置包括通過管路連通在一起的盛液罐、循環(huán)泵和模擬鉆具，模擬鉆具與巖芯加持裝置相連通，以使得盛液罐中的鉆井液在循環(huán)泵的作用下通過管路依次流經(jīng)模擬鉆具和巖芯加持裝置后循環(huán)回盛液罐。

在一些實施方案中，巖芯夾持裝置包括與模擬鉆具相連通的第一缸體和用于夾持巖芯樣品的第二缸體，第一缸體和第二缸體相互連通。優(yōu)選地，第二缸體與第一缸體相互垂直。

在一些實施方案中，第一缸體的開口端設(shè)置有第一缸蓋，模擬鉆具通過第一缸蓋固定于第一缸體內(nèi)。

在一些實施方案中，第一缸蓋上還設(shè)置有回流孔，回流孔與盛液罐相連通。

在一些實施方案中，第一缸體的外壁和第二缸體的外壁上設(shè)置有加熱套。

在一些實施方案中，第二缸體與巖芯樣品之間對扣式設(shè)置有承壓板和加壓板以使得巖芯樣品被承壓板和加壓板完全包圍。

在一些實施方案中，承壓板和加壓板與巖芯樣品之間還設(shè)置有橡膠套。

在一些實施方案中，第二缸體的與承壓板相接觸的外壁上設(shè)置有延伸至巖芯樣品的測試孔。優(yōu)選地，測試孔的個數(shù)為沿第二缸體的軸向上均勻分布的多個。

在一些實施方案中，數(shù)據(jù)采集裝置包括與加壓板相連的第一壓力控制器，與測試孔相連的第二壓力傳感器，以及設(shè)置在模擬鉆具和盛液罐之間的管路上的第三壓力傳感器，其中，第一壓力控制器、第二壓力傳感器和第三壓力傳感器均與計算機相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

1)本實用新型的實驗裝置通過模擬鉆井液經(jīng)盛液罐、模擬鉆具和巖芯夾持裝置后流回盛液罐的過程，真實再現(xiàn)了現(xiàn)場施工過程中鉆井液的循環(huán)過程，其中，巖芯夾持裝置中的加熱套實現(xiàn)了對井下地層溫度條件的模擬；

2)本實用新型的實驗裝置可以連續(xù)對同一巖芯樣品進行壓力傳遞測試，避免了巖芯樣品差別引起的實驗誤差；

3)本實用新型的實驗裝置實現(xiàn)了多點測試，在很大程度上提高了對裂縫較發(fā)育巖樣壓力傳遞測試的可行性。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本實用新型進行更詳細的描述。其中：

圖1是根據(jù)本實用新型的用于測試鉆井液與巖石間壓力傳遞的實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示的巖芯夾持裝置的結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例繪制。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。

這里所介紹的細節(jié)是示例性的，并僅用來對本實用新型的實施例進行例證性討論，它們的存在是為了提供被認為是對本實用新型的原理和概念方面的最有用和最易理解的描述。關(guān)于這一點，這里并沒有試圖對本實用新型的結(jié)構(gòu)細節(jié)作超出于基本理解本實用新型所需的程度的介紹，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過說明書及其附圖可以清楚地理解如何在實踐中實施本實用新型的幾種形式。

圖1顯示了根據(jù)本實用新型提供的一種用于測試鉆井液與巖石間壓力傳遞的實驗裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置100包括依次連接在一起的鉆井液循環(huán)裝置、巖芯夾持裝置和數(shù)據(jù)采集處理裝置。

根據(jù)本實用新型，鉆井液循環(huán)裝置中的鉆井液經(jīng)鉆井液循環(huán)裝置循環(huán)流經(jīng)巖芯夾持裝置，鉆井液循環(huán)過程中對巖芯加持裝置中的巖芯樣品13的不同位置產(chǎn)生不同的壓力，該不同的壓力變化通過數(shù)據(jù)采集處理裝置進行采集和輸出，從而實現(xiàn)對井下鉆井液動態(tài)循環(huán)過程的模擬。

如圖1所示，鉆井液循環(huán)裝置包括通過管路連通在一起的盛液罐1、循環(huán)泵2和模擬鉆具5，模擬鉆具5與巖芯加持裝置相連通，以使得盛液罐1中的鉆井液在循環(huán)泵2的作用下通過管路依次流經(jīng)模擬鉆具5和巖芯加持裝置后循環(huán)回盛液罐1。

在如圖1所示的實施例中，將鉆井液放入盛液罐1中，開啟循環(huán)泵2，鉆井液即分別通過進液管3、模擬鉆具5、模擬鉆具5與第一缸體6之間的環(huán)空、第一缸蓋7上的回流孔8和回流管線9，流入盛液罐1以實現(xiàn)動態(tài)循環(huán)。其中，鉆井液的循環(huán)壓力可以通過第三壓力傳感器4進行準確測定；鉆井液的溫度可以通過包裹在第一缸體6和第二缸體12外表面的加熱套10進行調(diào)整，具體溫度值由控溫儀11進行控制，從而模擬鉆井施工現(xiàn)場鉆井液的動態(tài)循環(huán)過程。

根據(jù)本實用新型，如圖1所示，巖芯夾持裝置包括與模擬鉆具5相連通的第一缸體6和用于夾持巖芯樣品13的第二缸體12，第一缸體6和第二缸體12相互連通。優(yōu)選地，第二缸體12與第一缸體6相互垂直。第一缸體6的開口端設(shè)置有第一缸蓋7，模擬鉆具5通過第一缸蓋7固定于第一缸體6內(nèi)。同時，第一缸蓋7上還設(shè)置有回流孔8，回流孔8與盛液罐1相連通。值得注意的是，第一缸體6和第二缸體12也可以是一體式結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本實用新型，如圖2所示，第二缸體12與巖芯樣品13之間對扣式設(shè)置有承壓板17和加壓板18以使得巖芯樣品13被承壓板17和加壓板18完全包圍。優(yōu)選地，承壓板17和加壓板18與巖芯樣品13之間還設(shè)置有橡膠套14。

結(jié)合圖1和圖2所示，將巖芯樣品13放入第二缸體12中，蓋上密封蓋15。開啟第一壓力控制器19，控制加壓板18向承壓板17的方向擠壓，從而給予巖芯樣品13一定的圍壓。橡膠套14包裹在巖芯樣品13的外表面，從而保證圍壓值的穩(wěn)定性。

回到圖1，第二缸體12的與承壓板17相接觸的外壁上設(shè)置有延伸至巖芯樣品13的測試孔20。優(yōu)選地，測試孔20的個數(shù)為沿第二缸體12的軸向上均勻分布的多個。由于鉆井液動態(tài)循環(huán)過程會引起巖芯樣品13不同位點的壓力值變化，因此通過設(shè)置多個測試孔20(圖中僅示意性地標出了一個)可以對巖芯樣品13的不同位點的壓力值進行檢測。該壓力值通過連接測試孔20的第二壓力傳感器21進行測定。優(yōu)選地，位于密封蓋15上的封端測試孔16連接的第二壓力傳感器21可以測定壓力擊穿巖芯樣品13時的壓力變化值，其測定結(jié)果通過與第二壓力傳感器21連接的計算機22進行收集和分析，從而實現(xiàn)了鉆井液與巖石間壓力傳遞測試的目的。

應(yīng)注意的是，前面所述的例子僅以解釋為目的，而不能認為是限制了本實用新型。雖然已經(jīng)根據(jù)示例性實施例對本實用新型進行了描述，然而應(yīng)當理解，這里使用的是描述性和說明性的語言，而不是限制性的語言。在當前所述的和修改的所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在不脫離本實用新型的范圍和精神的范圍中，可以對本實用新型進行改變。盡管這里已經(jīng)根據(jù)特定的方式、材料和實施例對本實用新型進行了描述，但本實用新型并不僅限于這里公開的細節(jié)；相反，本實用新型可擴展到例如在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有等同功能的結(jié)構(gòu)、方法和應(yīng)用。