[發(fā)明專利]高溫高壓泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110421883.X
• 申請(qǐng)日: 2011-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN103161455A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余維初;羅躍;吳志堅(jiān);余鋼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)江大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00
• 代理公司: 北京市中實(shí)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11013
• 代理人: 熊成香

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種高溫高壓泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)裝置，屬石油勘探開發(fā)過(guò)程中油氣層保護(hù)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

井壁失穩(wěn)問(wèn)題是石油鉆井過(guò)程中普遍存在的一個(gè)世界性難題，尤其是引起的井下復(fù)雜情況和誘發(fā)的其它井下事故對(duì)鉆井工程危害極大。井壁不穩(wěn)定嚴(yán)重影響鉆井的速度、質(zhì)量和成本，而且還會(huì)污染儲(chǔ)層，給試油以及油氣開發(fā)帶來(lái)不利影響，甚至延誤勘探開發(fā)的進(jìn)程，影響油氣鉆探開發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。因此，防止井壁失穩(wěn)是一項(xiàng)貫穿油氣井勘探開發(fā)過(guò)程的系統(tǒng)工程。

井壁失穩(wěn)是由多種因素造成的，如地質(zhì)構(gòu)造、原地應(yīng)力、地層的巖性和產(chǎn)狀、粘土礦物類型、鉆井液性能及其與泥頁(yè)巖井壁之間的物化反應(yīng)、鉆井作業(yè)的影響等，故在研究井壁失穩(wěn)時(shí)不再單純地將其視為純力學(xué)或化學(xué)問(wèn)題，需從力化耦合的角度分析，以便更真實(shí)地評(píng)價(jià)井壁失穩(wěn)問(wèn)題。

在地層被打開的同時(shí)，井壁就與鉆井液接觸并發(fā)生離子交換、兩者由于化學(xué)勢(shì)差異產(chǎn)生了滲透作用、在壓差作用下的液體侵入以及由于毛管力產(chǎn)生的滲析等各種反應(yīng)，使泥頁(yè)巖水化產(chǎn)生水化應(yīng)力，引起巖石力學(xué)參數(shù)的變化，繼而引起巖石受力狀態(tài)的變化，巖石逐步遭破壞而出現(xiàn)井壁失穩(wěn)。

因此，通過(guò)模擬井下條件的井壁失穩(wěn)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)鉆井液和完井液對(duì)井壁的沖刷情況和泥頁(yè)巖的膜效率，從而優(yōu)選鉆井液和完井液，并為鉆井液和完井液的設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析，是關(guān)系到鉆井作業(yè)安全進(jìn)行、提高鉆井效率的關(guān)鍵。

目前石油行業(yè)已從力化耦合協(xié)同作用機(jī)理方面來(lái)研究井壁穩(wěn)定性問(wèn)題。根據(jù)薄膜效應(yīng)的井壁穩(wěn)定模型，現(xiàn)在已經(jīng)研發(fā)出了泥頁(yè)巖水化/力學(xué)耦合實(shí)驗(yàn)裝置、泥頁(yè)巖膜效率測(cè)定儀、高溫高壓井壁穩(wěn)定性測(cè)試儀、巖心浸泡裝置、高溫高壓井壁穩(wěn)定模擬實(shí)驗(yàn)裝置等各種儀器，來(lái)用于評(píng)價(jià)鉆井液對(duì)井壁穩(wěn)定的影響，但上述實(shí)驗(yàn)裝置還不能完全真實(shí)地反映井下條件下鉆井液對(duì)井壁失穩(wěn)的影響。因此，研制出一種能夠模擬井下高溫高壓及流動(dòng)條件下鉆井液對(duì)井壁失穩(wěn)影響的室內(nèi)評(píng)價(jià)儀器意義非常重大，以滿足鉆井作業(yè)安全快速進(jìn)行的需要。

發(fā)明內(nèi)容：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高溫高壓泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)裝置，能夠在模擬井下溫度、壓力和流體流動(dòng)的條件下，對(duì)模擬井壁進(jìn)行鉆井液沖涮損害試驗(yàn)，優(yōu)選適合井壁穩(wěn)定的鉆井液和完井液體系，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定、重復(fù)性能好的特點(diǎn)。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的。

高溫高壓泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性評(píng)價(jià)裝置由井壁模擬裝置、出口壓力傳感器、進(jìn)口壓力傳感器、三軸壓力室、壓力室加熱器、出液換向閥、泥漿容器、泥漿容器加熱器、活塞容器、平流泵、電動(dòng)計(jì)量泵、圍壓傳感器、泥漿泵、進(jìn)液換向閥、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。

所述的井壁模擬裝置由井壁加熱器、井壁外筒、超聲波探頭、井壁內(nèi)筒、模擬井壁、超聲波探桿、數(shù)據(jù)采集連接器、旋轉(zhuǎn)升降器構(gòu)成；在井壁外筒外裝有井壁加熱器；在井壁外筒內(nèi)裝有井壁內(nèi)筒；在井壁內(nèi)筒內(nèi)裝有模擬井壁；在井壁外筒的筒底設(shè)有鉆井循環(huán)液進(jìn)口；在井壁外筒上方的側(cè)壁上設(shè)有鉆井循環(huán)液出口；超聲波探桿安裝在井壁外筒的上蓋上，超聲波探桿的下端插入到井壁內(nèi)筒內(nèi)；超聲波探頭固定安裝在超聲波探桿的下端，數(shù)據(jù)采集連接器安裝在超聲波探桿的上端；超聲波探頭通過(guò)數(shù)據(jù)采集連接器與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)相連接；超聲波探桿的上端與旋轉(zhuǎn)升降器相連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)升降器的電機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)超聲波探桿的旋轉(zhuǎn)和升降。

進(jìn)液換向閥的左端口與井壁外筒筒底的鉆井循環(huán)液進(jìn)口通過(guò)循環(huán)管道相連接；進(jìn)液換向閥的上端口與三軸壓力室的左進(jìn)口通過(guò)循環(huán)管道相連接；進(jìn)液換向閥的右端口與泥漿泵的出口通過(guò)循環(huán)管道相連接；泥漿泵的進(jìn)口與泥漿容器的下部出口通過(guò)循環(huán)管道相連接；出液換向閥的左端口與三軸壓力室的右出口通過(guò)循環(huán)管道相連接；出液換向閥的上端口與井壁外筒側(cè)壁上的鉆井循環(huán)液出口通過(guò)循環(huán)管道相連接；出液換向閥的下端口與泥漿容器的下部進(jìn)口通過(guò)循環(huán)管道相連接；活塞容器的上部通過(guò)一個(gè)三通管分別與三軸壓力室的上壓頭和下壓頭相連接；平流泵與活塞容器的下部進(jìn)口相連接；電動(dòng)計(jì)量泵的出口端通過(guò)一個(gè)三通管分別與三軸壓力室的筒體和泥漿容器的上端相連接；壓力室加熱器固定安裝在三軸壓力室的外壁上；泥漿容器加熱器固定安裝在泥漿容器的外壁上；在三軸壓力室的上壓頭上裝有進(jìn)口壓力傳感器；在三軸壓力室的下壓頭上裝有出口壓力傳感器；在電動(dòng)計(jì)量泵的出口端裝有圍壓傳感器；數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)線分別與旋轉(zhuǎn)升降器、出口壓力傳感器、進(jìn)口壓力傳感器、平流泵、電動(dòng)計(jì)量泵、圍壓傳感器相連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有如下有益效果：