[發明專利]一種多因素環境下的室內鉆進模擬裝置及評價方法

有效

• 申請號: 201710346048.1
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN108952671B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 王海波;錢曉琳;孔勇;徐江;林永學;宣揚;張鳳英;高偉
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B49/00;E21B47/04;G09B25/02
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙) 11550
• 代理人: 郭韞

本發明提供了一種多因素環境下的室內鉆進模擬裝置及評價方法，屬于鉆井工程中鉆井液處理劑及鉆井液體系對鉆進速度影響的技術領域。該裝置包括巖心夾持系統、井底循環系統、上覆壓力系統、地層壓力系統、鉆壓模擬系統、旋轉驅動系統、鉆深測量系統和自動控制和數據采集系統；所述巖心夾持系統為夾持巖心的密封裝置，用于模擬井下壓力與溫度環境；所述井底循環系統、上覆壓力系統、地層壓力系統、鉆壓模擬系統、旋轉驅動系統分別通過管路與巖心夾持系統連接；所述鉆深測量系統與鉆壓模擬系統連接；所述自動控制和數據采集系統通過電路連接巖心夾持系統、井底循環系統、上覆壓力系統、地層壓力系統、鉆壓模擬系統、旋轉驅動系統和鉆深測量系統。

技術領域

本發明屬于鉆井工程中鉆井液處理劑及鉆井液體系對鉆進速度影響的技術領域，具體涉及一種多因素環境下的室內鉆進模擬裝置及評價方法，用于在高溫高壓條件下，模擬鉆井過程中的轉速、鉆壓、上覆壓力、地層壓力、井底循環壓力等影響鉆井的多因素條件參數，評價不同鉆井液處理劑及鉆井液體系影響鉆進速度和清潔井底效果的測試。

背景技術

隨著石油勘探開發的進展，鉆遇地層越來越深，越來越復雜，井型機械鉆速越來越慢，提速提效是當前乃至今后的重要任務。在明確地層條件的前提下，開發新型快速鉆進的鉆井液技術是提高鉆井速度的關鍵配套技術，也是最有效途徑之一。通過現場試驗進行相關評價，成本高，周期長，影響提速目標的早日實現，而通過室內試驗評價可以利用人造模擬巖心，在成本低、操作靈活的前提下短時間內完成鉆井液處理劑優選，鉆井液體系優化，以及其他如鉆頭優選、鉆井參數優化等方面的評價。

目前，已有室內評價鉆井液與處理劑提速效果的相關實驗裝置，但是均不能真實模擬施工現場情況和模擬斜井施工情況。在施工中，鉆井液處理劑和鉆井液體系直接作用在井下的巖石地層上，發揮作用環境同時存在一定溫度和一定壓力，同時鉆遇的巖石地層還受到上覆壓力、地層壓力和循環壓力等多因素的影響。

現有的鉆進模擬裝置大多只能模擬常溫常壓條件，不能真實反映實際鉆進過程中高溫高壓的情況。專利CN101806214A涉及的實驗設備可以模擬高溫高壓條件，但是不能模擬地層受到的多種壓力，也無法在實驗進行過程中添加或改變鉆井液配方或處理劑的添加量，同時缺少固液分離裝置，容易堵塞循環管線。專利ZL201320044653.0涉及的實驗設備可以模擬高溫高壓條件，配備了固液分離裝置，可以在實驗進行過程中添加或改變鉆井液配方或處理劑的添加量。但是只能模擬地層受到的圍壓，即地層壓力，無法模擬巖石地層受到的其他方向上的作用力，以及鉆井液循環壓力，使用的人造模擬巖心無法真實表現井下巖石地層受力的真實情況，故而無法真實反映鉆井液處理劑、體系以及鉆頭和參數等對機械鉆速的影響規律，另外，其只適用于直井的研究，無法適用于斜井段。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種多因素環境下的室內鉆進模擬裝置及評價方法，能夠模擬實際鉆進過程，檢測鉆井液處理劑和鉆井液體系影響鉆進效率和清潔井底效果的測試設備。可以在實驗室條件下實現高溫高壓環境，模擬鉆井過程中的轉速、鉆壓、上覆壓力、地層壓力、井底循環壓力等影響鉆井的多因素條件參數同時作用于待測人造巖心上，可以在室內完成對鉆井施工的模擬試驗，開展鉆井過程中各種因素的相互作用、機理、鉆井效果等進行研究。該設備對開發出高性能的快鉆劑產品，優選出有效提高鉆井速度的鉆井液體系，形成一套提高鉆井速度的鉆井液技術，提高油氣井勘探開發效益具有極為重要的意義。同時，對于模擬實際鉆進過程中鉆頭選型與巖石可鉆性的研究也能提供較好的借鑒。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種多因素環境下的室內鉆進模擬裝置，包括巖心夾持系統、井底循環系統、上覆壓力系統、地層壓力系統、鉆壓模擬系統、旋轉驅動系統、鉆深測量系統和自動控制和數據采集系統；

所述巖心夾持系統為夾持巖心的密封裝置，用于模擬井下壓力與溫度環境；

所述井底循環系統、上覆壓力系統、地層壓力系統、鉆壓模擬系統、旋轉驅動系統分別通過管路與巖心夾持系統連接；