[發明專利]一種水平井巖屑運移模擬實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201310470427.3
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103485738A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 祝效華;劉少胡;易靜;諶柯宇;孫超;夏炎;袁光杰
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B21/00
• 分類號: E21B21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及用于模擬石油鉆井、煤層氣鉆井的實驗裝置及實驗方法，該實驗裝置可進行可視化觀察的一種水平井巖屑運移模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術

在石油、煤層氣鉆采過程中，為有效增大油氣層的裸露面積、提高采收率、提高單井產能、提高單井控制面積，實現“少井高產”，常使用水平井鉆井技術。水平井為井斜角達到或接近90°，井身沿著水平方向鉆進一定長度的井，有時為了某種特殊的需要，井斜角超過90°，這為水平井巖屑的運移帶來了技術難題。水平井因其優點而在石油、煤層氣鉆井中得到了廣泛的應用，同時因水平井攜巖等問題而制約著水平井鉆井技術的發展。

由于鉆柱重力的原因使得鉆柱平躺在水平段下井壁，形成偏心環空，在鉆桿接頭等過渡段極易導致巖屑沉降堆積，巖屑堆積過多則形成巖屑床。環空巖屑堆積易于造成鉆柱高扭矩和高阻力，粘附卡鉆，造成下套管和固井困難，鉆具磨損大，測井儀器下井難等問題。如四川地區某水平井由于攜砂不暢，井下巖屑堆積成床，造成鉆具卡死，致使填井后側鉆。為防止上述事故的發生，弄清水平井巖屑運移機理及如何防止巖屑堆積成床已成為亟需解決的技術難題。

因此，急需一種能模擬，并能可視化觀察水平井巖屑運移規律的實驗裝置。該裝置包括鉆井液系統、巖屑運移系統、巖屑供給系統、動力系統、數據處理系統和巖屑回收系統。使用該實驗裝置和方法可定性研究不同鉆桿轉速、鉆屑量、流量、鉆桿偏心度和巖屑直徑條件下的鉆井液攜巖問題；使用該實驗裝置和方法可進行可視化的觀察水平井巖屑運移規律，將為解決水平井攜巖問題提供可靠的依據。

發明內容

本發明的目的是：為克服現有技術的不足，特提供一種可進行可視化觀察和模擬多種工況的水平井巖屑運移模擬實驗裝置及實驗方法。

為達到上述目的，本發明解決此問題所采用的技術方案是：一種水平井巖屑運移模擬實驗裝置及實驗方法，包括鉆井液系統、巖屑運移系統、巖屑供給系統、動力系統、數據處理系統和巖屑回收系統。其特征在于：所述鉆井液系統由儲液池、出口截止閥、電機、離心泵、壓力表、流量計、蝶閥和鋼絲管依次連接組成，所述巖屑運移系統由轉換接頭、密封軸承、玻璃管、通孔法蘭盤、軸承、PVC管、PVC管接頭、攜巖工具、偏心三角盤、盲板和支撐架構成，所述巖屑供給系統由螺旋送料器和加巖屑裝置組成，所述動力系統由調速電機、變速齒輪和固定架組成，所述數據處理系統由高速攝像機、三腳架和計算機組成，所述巖屑回收系統由回收管、過濾器、巖屑回收池和截止閥依次連接組成，回收管與玻璃管出口端連接。

所述轉換接頭小口端與鋼絲管連接，轉換接頭大口端內部裝有密封軸承，密封軸承通過過盈配合固定在PVC管最右端，用于防止鋼絲管隨PVC管的旋轉而轉動；所述玻璃管采用耐壓、透明材料，可直接觀測巖屑運移的過程，達到可視化的要求，玻璃管兩端帶有法蘭結構，玻璃管之間通過螺栓連接，第二根玻璃管兩端分別裝有左壓力表和右壓力表，玻璃管內安裝PVC管；所述加巖屑裝置與螺旋送料器相連，通過控制加巖屑裝置的加巖屑量，可達到模擬鉆井產生的鉆屑量；所述偏心三角盤為圓筒狀，圓筒外焊有三個支架，每個支架之間角度為120°，偏心三角盤內安裝PVC管，偏心三角盤與PVC管之間的間隙為2～3mm,?通過控制支架的長度來實現偏心三角盤的偏心度。

使用上述裝置模擬水平井巖屑運移的方法，主要包括以下步驟：

1)?通過鉆井液系統向PVC管提供鉆井液，以模擬水平井井筒中的鉆井液；

2)?通過控制加巖屑裝置的加巖屑量，可達到模擬鉆井產生的鉆屑量，記錄下左壓力表讀數、右壓力表讀數、加巖屑量、過濾器中巖屑的重量、軌跡以及巖屑床顆粒起動后再次沉降距離，分析不同鉆屑量對攜巖效果和壓降的影響；

3)?調節鉆井液排量，記錄流量計讀數，可達到模擬鉆井液不同返速下攜巖情況，并記錄下左壓力表讀數、右壓力表讀數、加巖屑量、過濾器中巖屑的重量、軌跡以及巖屑床顆粒起動后再次沉降距離，分析不同鉆屑量對攜巖效果和壓降的影響；

4)?通過更換不同的偏心三角盤來改變PVC管的偏心度，記錄下左壓力表讀數、右壓力表讀數、加巖屑量、過濾器中巖屑的重量、軌跡以及巖屑床顆粒起動后再次沉降距離，分析不同鉆屑量對攜巖效果和壓降的影響；

5)?通過調節電機來改變PVC管的轉速，記錄下左壓力表讀數、右壓力表讀數、加巖屑量、過濾器中巖屑的重量、軌跡以及巖屑床顆粒起動后再次沉降距離，分析不同鉆屑量對攜巖效果和壓降的影響；