專利名稱：深水鉆井液循環(huán)攜巖與井壁穩(wěn)定模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深水鉆井液模擬實(shí)驗(yàn)裝置，特別是涉及一種深水鉆井液循環(huán)攜巖
與井壁穩(wěn)定模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
深水鉆井與陸上鉆井或淺水鉆井相比，存在較大差異，如深水水底溫度低、壓力 大、地層欠壓實(shí)、套管層次多、隔水管直徑大等，相應(yīng)對鉆井液帶來了許多技術(shù)難題和挑戰(zhàn)。 因此，深水鉆井液必須具備一些特點(diǎn)1、良好的低溫流變性。隨水深增加海水溫度也越來越
低，3000米水深溫度僅為3-4t:，有些地區(qū)甚至在ot:左右，溫度降低將會給鉆井及采油作
業(yè)帶來很多問題。在低溫情況下，鉆井液的流變性會發(fā)生較大變化，粘度、切力大幅度上升，
甚至還可能出現(xiàn)膠凝現(xiàn)象，尤其是油基鉆井液和合成基鉆井液；2、較強(qiáng)的泥頁巖穩(wěn)定性。深 水區(qū)域遠(yuǎn)離海岸，風(fēng)、河水和海水?dāng)y帶的沉積物越發(fā)細(xì)小，其沉積速度、壓實(shí)方式以及含水 量與陸地明顯不同，因而活性大、欠壓實(shí)。常表現(xiàn)為易于膨脹、分散性高、易漏失等。導(dǎo)致 套管層序增加，有的甚至超過9層；而隔水管的大尺寸和深水低溫增加了鉆井液粘度和循 環(huán)壓力損耗，進(jìn)一步惡化了井壁不穩(wěn)定性；3、良好的懸浮穩(wěn)定性。海洋鉆井需采用隔水管， 3000m水深鉆井僅隔水管內(nèi)鉆井液就至少約300m3，因此需要的鉆井液體積比其他同樣地下 深度的鉆井液循環(huán)總量要大的多。隔水管、套管直徑較大，采用常規(guī)措施鉆井液上返流速很 難達(dá)到清洗井眼的目的。因此，使用與鉆井過程中鉆井液粘度不同的鉆井液以及有規(guī)律地 短程起下鉆具等方法來清除鉆屑是有效措施之一。與陸地鉆井相比，海洋鉆井會經(jīng)常遭遇 臺風(fēng)，一旦臺風(fēng)到來，為安全起見工作人員必須全部撤離平臺，因此要求鉆井液同樣具有良 好的穩(wěn)定性，一般7天左右；4、良好的潤滑性，并能有效減少鉆井風(fēng)險(xiǎn)。海上鉆井成本較高， 良好的潤滑性能保證起下鉆順暢和節(jié)約驅(qū)動能量，縮短鉆井時間和有效減少鉆井風(fēng)險(xiǎn)和井 下事故復(fù)雜，才能真正做到低投入高產(chǎn)出。 由于(海洋)深水鉆井在我國尚處于起步階段，截至目前國內(nèi)還未鉆過真正意義 上的深水井，因此，我國現(xiàn)有技術(shù)均為陸上鉆井或淺水鉆井用鉆井液體系，均不能應(yīng)用到深 水鉆井中去。為了開發(fā)研究深水鉆井液，尤其是在深水鉆井過程中鉆井液攜巖規(guī)律及井壁 穩(wěn)定性的研究，迫切需要一種適合的實(shí)驗(yàn)方法和模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決沒有適合的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行深水鉆井過程中鉆 井液攜巖規(guī)律研究及井壁穩(wěn)定性研究的問題。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種深水鉆井液循環(huán)攜 巖與井壁穩(wěn)定模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括若干節(jié)模擬井筒、模擬鉆桿、鉆井液輸送裝置、若干溫度 和壓力傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置，上下節(jié)模擬井筒之間分別設(shè)有模擬井壁，模擬井筒與模擬 井壁的內(nèi)徑相同，模擬井壁呈套筒狀且上下端面上分別設(shè)有與該模擬井筒外徑相適配的環(huán) 形凹槽，該環(huán)形凹槽與模擬井壁同軸，上下節(jié)模擬井筒分別嵌裝在模擬井壁上下端面上的環(huán)形凹槽內(nèi)且與環(huán)形凹槽的底面之間設(shè)有密封圈；模擬鉆桿沿軸向設(shè)有鉆井液流入通道， 該模擬鉆桿插裝在由模擬井筒和模擬井壁組成的井道內(nèi)，模擬鉆桿的外壁與井道內(nèi)壁之間 形成鉆井液流出通道；鉆井液循環(huán)輸送裝置包括盛裝鉆井液的儲液罐、冷卻裝置、流量計(jì)、 輸液泵和液固分離器，管路依次連接儲液罐、連回冷卻裝置、流量計(jì)、輸液泵、鉆井液流入通 道的入口、鉆井液流出通道的出口和液固分離器后連回儲液罐形成的鉆井液循環(huán)回路；若 干溫度和壓力傳感器分別設(shè)置在底節(jié)、頂節(jié)和位于中部的模擬井筒的內(nèi)壁上；數(shù)據(jù)處理裝 置設(shè)置在地面上，接收所述若干溫度和壓力傳感器的輸出信號以及流量計(jì)的流量信號并進(jìn) 行處理。 在上述方案的基礎(chǔ)上，還包括加砂裝置，所述加砂裝置包括與模擬井筒相通的管 道，設(shè)置在該管道內(nèi)的螺桿以及驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，所述管道上設(shè)有用于添加砂料的漏 斗。 進(jìn)一步地，還包括模擬人造巖心，所述模擬人造巖心呈圓筒狀，其內(nèi)徑與模擬井筒 的內(nèi)徑相適配，該模擬人造巖心嵌裝在模擬井壁內(nèi)。
所述模擬人造巖心由兩半體扣合而成。 本發(fā)明，可通過模擬深水鉆井液循環(huán)過程，模擬實(shí)現(xiàn)深水鉆井過程中鉆井液的低 溫流動特性、攜巖特性以及穩(wěn)定井壁性能等特性研究，為深水鉆井液研究提供了一種實(shí)驗(yàn) 方法和研究手段。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明模擬井筒、模擬鉆桿以及自動加砂裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出詳細(xì)的說明。 如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括若干節(jié)模擬井筒1、設(shè)置在上下節(jié)模擬井筒1之間的 模擬井壁3、模擬鉆桿2、鉆井液輸送裝置、若干溫度和壓力傳感器和設(shè)置在地面上的數(shù)據(jù) 處理裝置，模擬井壁3的內(nèi)徑與模擬井筒1的內(nèi)徑相同，模擬井壁3的上下端面上分別設(shè)有 與模擬井筒外徑相適配的環(huán)形凹槽，上下節(jié)模擬井筒1分別嵌裝在模擬井壁3上下端面上 的環(huán)形凹槽內(nèi)且與環(huán)形凹槽的底面之間設(shè)有0形圈5密封，以此形成端面密封。所述模擬鉆 桿2設(shè)有軸向通孔，該模擬鉆桿2插裝在由模擬井筒1和模擬井壁3組成的井道內(nèi)，模擬鉆 桿2的外壁與井道內(nèi)壁之間形成鉆井液流出通道；鉆井液輸送裝置包括盛裝鉆井液的儲液 罐41、流量計(jì)42、輸液泵43、冷卻裝置44和液固分離器45，通過管路將上述裝置連接組成 鉆井液循環(huán)回路，鉆井液的流向?yàn)閮σ汗?1中的鉆井液經(jīng)冷卻裝置44冷卻后，在輸液泵 43的作用下經(jīng)流量計(jì)42進(jìn)入模擬鉆桿2的軸向通孔，之后從模擬鉆桿2與井道內(nèi)壁之間流 出，再經(jīng)過液固分離器45返回到儲液罐41中。若干溫度和壓力傳感器P、 T分別設(shè)置在底 節(jié)、頂節(jié)和位于中部的模擬井筒的內(nèi)壁上，其所采集到的溫度和壓力信號以及流量計(jì)42的 流量信號輸出至數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行處理。圖1中，P表示壓力傳感器，T表示溫度傳感器。
本發(fā)明還包括加砂裝置，所述加砂裝置包括與模擬井筒1內(nèi)腔相通的管道31，設(shè) 置在該管道31內(nèi)的螺桿32以及驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，所述管道31上設(shè)有用于添加砂料的漏斗33，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動螺桿32將漏斗33中的砂料推入模擬井筒1內(nèi)，最大加砂量為5L/ 次。 進(jìn)一步地，模擬井壁3的內(nèi)壁上還嵌裝有模擬人造巖心4，所述模擬人造巖心4呈 圓筒狀，其內(nèi)徑與模擬井筒1的內(nèi)徑相適配，高度為50 100mm，由兩半體扣合而成。
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)流程如下
1、循環(huán)實(shí)驗(yàn) 利用壓縮機(jī)將配制好的鉆井液降溫至所需溫度，開動輸液泵，調(diào)節(jié)閥門開啟度，調(diào) 節(jié)流量至所需，鉆井液經(jīng)模擬鉆桿上的軸向通孔下行至井底，并由模擬鉆桿外壁與模擬井 壁內(nèi)壁之間的空隙返回，建立循環(huán)；實(shí)驗(yàn)開始后開啟數(shù)據(jù)處理裝置，記錄鉆井液流量和流經(jīng) 模擬井筒不同位置時的溫度和壓力，實(shí)現(xiàn)壓力損耗實(shí)驗(yàn)。
2 、模擬加砂、攜巖和井壁穩(wěn)定實(shí)驗(yàn) 在模擬井筒底部設(shè)有加砂裝置，實(shí)驗(yàn)開始后該裝置可將砂粒加入模擬井筒，并通 過鉆井液循環(huán)攜帶出模擬井筒，經(jīng)固液分離器實(shí)現(xiàn)固液分離，完成模擬攜巖過程；從固液分 離器中收集沙粒并稱重，與加入沙粒重量之比，稱之為攜巖效率，用于衡量鉆井液的攜巖能 力。在模擬井筒上設(shè)計(jì)有模擬井壁，該井壁可通過選用不同礦物在不同壓力下人工壓制而 成，從而實(shí)現(xiàn)不同條件下的井壁穩(wěn)定性的模擬。 本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié) 構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
深水鉆井液循環(huán)攜巖與井壁穩(wěn)定模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于包括若干節(jié)模擬井筒，上下節(jié)模擬井筒之間分別設(shè)有模擬井壁，模擬井筒與模擬井壁的內(nèi)徑相同，模擬井壁呈套筒狀且上下端面上分別設(shè)有與該模擬井筒外徑相適配的環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽與模擬井壁同軸，上下節(jié)模擬井筒分別嵌裝在模擬井壁上下端面上的環(huán)形凹槽內(nèi)且與環(huán)形凹槽的底面之間設(shè)有密封圈；模擬鉆桿，沿軸向設(shè)有鉆井液流入通道，該模擬鉆桿插裝在由模擬井筒和模擬井壁組成的井道內(nèi)，模擬鉆桿的外壁與井道內(nèi)壁之間形成鉆井液流出通道；鉆井液循環(huán)輸送裝置，包括盛裝鉆井液的儲液罐、冷卻裝置、流量計(jì)、輸液泵和液固分離器，管路依次連接儲液罐、連回冷卻裝置、流量計(jì)、輸液泵、鉆井液流入通道的入口、鉆井液流出通道的出口和液固分離器后連回儲液罐形成的鉆井液循環(huán)回路；若干溫度和壓力傳感器，分別設(shè)置在底節(jié)、頂節(jié)和位于中部的模擬井筒的內(nèi)壁上；數(shù)據(jù)處理裝置，設(shè)置在地面上，接收所述若干溫度和壓力傳感器的輸出信號以及流量計(jì)的流量信號并進(jìn)行處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的深水鉆井液循環(huán)攜巖與井壁穩(wěn)定模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于還 包括加砂裝置，所述加砂裝置包括與模擬井筒相通的管道，設(shè)置在該管道內(nèi)的螺桿以及驅(qū) 動螺桿旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，所述管道上設(shè)有用于添加砂料的漏斗。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的深水鉆井液循環(huán)攜巖與井壁穩(wěn)定模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在 于還包括模擬人造巖心，所述模擬人造巖心呈圓筒狀，其內(nèi)徑與模擬井筒的內(nèi)徑相適配，該 模擬人造巖心嵌裝在模擬井壁內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求3所述的深水鉆井液循環(huán)攜巖與井壁穩(wěn)定模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所 述模擬人造巖心由兩半體扣合而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深水鉆井液循環(huán)攜巖與井壁穩(wěn)定模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括若干節(jié)模擬井筒、模擬鉆桿和鉆井液輸送裝置，上下節(jié)模擬井筒之間分別設(shè)有模擬井壁；模擬鉆桿沿軸向設(shè)有鉆井液流入通道，鉆井液循環(huán)輸送裝置包括管路依次連接儲液罐、連回冷卻裝置、流量計(jì)、輸液泵、鉆井液流入通道的入口、鉆井液流出通道的出口和液固分離器后連回儲液罐形成的鉆井液循環(huán)回路；模擬井筒內(nèi)壁上設(shè)有若干溫度和壓力傳感器并將信號傳送給數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行處理。本發(fā)明，可模擬深水鉆井液循環(huán)過程，進(jìn)行低溫流動特性、攜巖特性以及穩(wěn)定井壁性能等特性研究，為深水鉆井液研究提供了一種實(shí)驗(yàn)方法和研究手段。
文檔編號E21B47/06GK101701520SQ20091025032
公開日2010年5月5日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者于連香, 徐加放, 江琳, 邱正松, 黃維安 申請人:中國石油大學(xué)(華東)