[發明專利]一種隨鉆氣侵模擬實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201710389080.8
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107060737B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 羅方偉;孫文勇;牛蘊;胡家順;王增年;梁爽;趙永濤;劉文才;李默松;吳祚祥;李佳宜
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團安全環保技術研究院
• 主分類號: E21B47/107
• 分類號: E21B47/107
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝

1.一種隨鉆氣侵模擬實驗裝置，其特征在于，所述裝置包括氣液輸送機構、井筒模擬實驗機構以及數據處理機構，其中：

所述氣液輸送機構包括氣液混合器以及與所述氣液混合器相連的氣體支路和泥漿支路，所述氣體支路包括依次相連的空氣壓縮機和儲氣罐，所述儲氣罐與所述氣液混合器相連；所述泥漿支路包括依次相連的泥漿罐、加熱器和柱塞泵，所述柱塞泵與所述氣液混合器相連；

所述井筒模擬實驗機構包括井下溢流模擬測試段，其中，所述井下溢流模擬測試段包括筒體；所述筒體包括上筒體和下筒體，所述下筒體內設置有巖心支撐架，所述巖心支撐架上放置有巖心樣品，所述上筒體和下筒體內設置有監測短節，所述監測短節包括電池段和探頭段，所述探頭段的下端設置有PDC鉆頭，所述PDC鉆頭相抵于所述巖心樣品，所述探頭段上設置有超聲波收發傳感器探頭，所述探頭段在設置于所述上筒體上方的電機的帶動下轉動，所述上筒體和所述下筒體內填充有泥漿和氣體的混合物；

所述數據處理機構包括依次相連的前端放大器、模數采集器以及計算機，所述前端放大器與所述井筒模擬實驗機構相連。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述儲氣罐上設置有安全閥，所述儲氣罐與所述氣液混合器之間依次設置有流量控制閥和質量流量計，所述質量流量計與所述模數采集器之間通過信號線相連。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述泥漿罐與所述井筒模擬實驗機構之間設置有用于將泥漿和氣體進行分離的液氣分離器，所述液氣分離器的輸入端與所述井筒模擬實驗機構相連，所述液氣分離器的輸出端與所述泥漿罐相連，所述液氣分離器上還設置有排氣孔。

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上筒體的上端設置有上法蘭蓋，所述下筒體的下端設置有下法蘭蓋，所述下筒體中還設置有監測短節支撐架，所述監測短節支撐架填充于所述探頭段和下筒體的筒壁之間，以在所述探頭段轉動時保證所述探頭段的穩定；所述電池段中安裝有電池。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述上筒體上設置有壓力表和溫度計，所述上筒體的上法蘭蓋上開設有安全閥安裝孔、監測短節安裝孔以及出液管開孔；所述下筒體的下法蘭蓋上設置有進液管和排液管。

6.一種應用于如權利要求1至5中任一所述的隨鉆氣侵模擬實驗裝置中的實驗方法，其特征在于，所述方法包括：

將空氣經過空氣壓縮機加壓后存儲至儲氣罐中，并通過所述儲氣罐向氣液混合器中注入空氣；

將泥漿罐中的泥漿經加熱器加熱之后，通過柱塞泵輸送至所述氣液混合器中，以將泥漿與氣體在所述氣液混合器中混合；

將所述氣液混合器中的氣液混合物注入井筒模擬實驗機構，為超聲波發射探頭產生的超聲波信號提供含氣液界面的傳播通道；

通過超聲波接收探頭接收氣液界面反射的超聲波信號，并將接收的超聲波信號轉化為電信號，前端放大器對所述電信號進行放大，并通過模數采集器對放大后的電信號進行數字采樣；

對數字采樣后的信號進行分析，以確定氣液界面對多普勒信號變化的影響規律以及超聲波在泥漿中的傳播和衰減規律。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，在分別生成在氣液界面中和在泥漿中傳輸的超聲波信號之后，所述方法還包括：

將所述井筒模擬實驗機構中的氣液混合物輸入液氣分離器，以將所述氣液混合物中的氣體從泥漿中分離，并將分離出的氣體排出所述液氣分離器；

將脫氣后的泥漿輸回至所述泥漿罐中。

8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，在將所述氣液混合器中的氣液混合物注入井筒模擬實驗機構之后，所述方法還包括：

開啟所述井筒模擬實驗機構中的電機，以帶動所述井筒模擬實驗機構內的探頭段轉動；

當所述探頭段轉動時，通過所述探頭段下端的PDC鉆頭磨削放置于巖心支撐架上的巖心樣品，以模擬振動噪聲信號。