[發(fā)明專利]模擬凍土地帶鉆井的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711330064.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108104716B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志遠(yuǎn);廖友強(qiáng);孫寶江;劉大輝;滕瑤;陳昱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）;中集海洋工程研究院有限公司
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B47/00
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 陸文超;肖冰濱

本發(fā)明提供模擬凍土地帶鉆井的裝置，屬于鉆井領(lǐng)域。該裝置包括：模擬實驗裝置，用于模擬凍土地帶鉆井，模擬實驗裝置包括模擬凍土、模擬井部、模擬鉆柱和模擬鉆頭，模擬井部形成于所述模擬凍土中，當(dāng)模擬鉆柱和模擬鉆頭被布置于模擬井部中時，與模擬鉆柱與模擬井部的井壁之間留有空隙，并且模擬井部能夠向下移動；熱水循環(huán)注入裝置，用于向模擬鉆柱中注入鉆井液并控制鉆井液的溫度，并使鉆井液在模擬鉆柱、模擬鉆頭、空隙以及熱水循環(huán)注入裝置中循環(huán)；數(shù)據(jù)采集分析裝置，用于采集模擬井部向下移動過程中的參數(shù)，并確定參數(shù)隨模擬井部向下移動的變化規(guī)律。該裝置能夠模擬出凍土地帶鉆井時井部下沉的規(guī)律，從而為實際鉆井提供可靠參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鉆井領(lǐng)域，具體地涉及模擬凍土地帶鉆井的裝置。

背景技術(shù)

從進(jìn)入21世紀(jì)開始，世界各國對石油與天然氣資源的需求呈直線上升，但隨著常規(guī)地區(qū)油氣資源的不斷減少，世界范圍內(nèi)油氣資源的開發(fā)逐漸向深海以及極地凍土帶等地發(fā)展。2009年美國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布報告稱，北極地區(qū)未探明石油儲量和天然氣儲量分別占常規(guī)地區(qū)石油和天然氣儲量的13％和30％，極地地區(qū)可能成為繼海洋之后又一個油氣開發(fā)的核心區(qū)。俄羅斯、挪威、美國和加拿大等國的石油公司都對極地油氣資源產(chǎn)生了濃厚的興趣，并投入大量的資金進(jìn)行油氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)研究。

雖然極地凍土帶存在豐富的油氣資源，但其外部極其惡劣的自然環(huán)境給鉆井造成了諸多困難。同時，由于極地地區(qū)淺表層存在凍土帶，深部地層上返的溫度較高的鉆井液會使凍土帶冰層融化，使凍土帶巖層強(qiáng)度變低，引起地層沉降，進(jìn)而可能引起井口塌陷。具體地，在鉆井過程中，鉆井液經(jīng)鉆柱到達(dá)井底，并從環(huán)空中返出。由于鉆井液自身溫度較高，同時地層深處溫度更高，鉆井液從深部高溫地層中獲得能量，溫度進(jìn)而升高，當(dāng)上返至淺表層凍土帶時，由于高的鉆井液溫度使凍土溫度升高，冰隨之融化。冰融化成水后，體積減小，儲層強(qiáng)度以及對套管的側(cè)阻力也會隨之降低，在上覆巖層重力以及井口載荷的作用下引起地層沉降，進(jìn)而造成井口下沉，嚴(yán)重時甚至可能引起井口塌陷。

井口沉降問題是極地凍土帶鉆井過程中面臨的首要問題，很多學(xué)者都對其進(jìn)行了深入的研究，也提出了一些對應(yīng)的防止井口沉降的措施。但對于極地凍土帶鉆井過程中井口沉降的內(nèi)在機(jī)理、相關(guān)重要參數(shù)，如凍土強(qiáng)度、側(cè)阻力系數(shù)等隨凍土融化的變化規(guī)律以及防沉裝置的效果評價還需進(jìn)一步的深入研究。同時。由于極地地區(qū)惡劣的地理環(huán)境，很難實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效的在現(xiàn)場開展一系列復(fù)雜實驗，因此，亟需一種針對極地凍土帶鉆井過程中井口沉降問題的模擬裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例的目的是提供一種模擬凍土地帶鉆井的裝置，該模擬凍土地帶鉆井的裝置能夠模擬出凍土地帶鉆井時井部下沉的規(guī)律，從而為實際鉆井提供可靠的參考。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供一種模擬凍土地帶鉆井的裝置，該裝置包括：模擬實驗裝置，用于模擬凍土地帶鉆井，所述模擬實驗裝置包括模擬凍土、模擬井部、模擬鉆柱和模擬鉆頭，所述模擬井部形成于所述模擬凍土中，當(dāng)所述模擬鉆柱和模擬鉆頭被布置于所述模擬井部中時，與所述模擬鉆柱與所述模擬井部的井壁套管之間留有空隙，并且所述模擬井部能夠向下移動；熱水循環(huán)注入裝置，用于向所述模擬鉆柱中注入鉆井液并控制所述鉆井液的溫度，并且使所述鉆井液在所述模擬鉆柱、所述模擬鉆頭、所述空隙以及所述熱水循環(huán)注入裝置中循環(huán)；以及數(shù)據(jù)采集分析裝置，用于采集所述模擬井部向下移動過程中的參數(shù)，并確定所述參數(shù)隨所述模擬井部向下移動的變化規(guī)律。

其中，所述模擬實驗裝置可以包括：拉力施加裝置，用于向所述模擬井部施加向下的拉力，以模擬所述模擬井部被施加的載荷。

其中，所述模擬井部可以包括：模擬套管和水泥環(huán)，其中，所述水泥環(huán)形成于凍土壁和所述模擬套管之間，用于將所述模擬套管固定于所述模擬凍土的凍土壁內(nèi)，所述模擬套管為所述模擬井部的井壁。

其中，所述模擬實驗裝置還可以包括：支撐力施加裝置，用于在凍土和水泥環(huán)被形成之前向所述模擬井部施加支撐力，以支撐所述模擬井部。