[實用新型]一種模擬水化對泥頁巖井壁穩定影響的實驗裝置

有效

• 申請號: 201720374288.8
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN206804475U
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 劉洋洋;鄧明毅;謝剛
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司51230
• 代理人: 楊保剛

技術領域

本實用新型涉及鉆井技術領域的一種模擬水化對泥頁巖井壁穩定影響的實驗裝置。

背景技術

在鉆井工程中的井壁穩定問題是一個復雜的世界性難題，同時也是阻礙我國勘探開發效率的重要問題。由于泥頁巖地層的特殊性，國內外鉆遇泥頁巖地層的情況占總地層的70％，而鉆井過程中90％以上的井壁失穩問題發生在泥頁巖地層。在鉆井過程中鉆遇泥頁巖時鉆井液與地層相互接觸，會導致水化膨脹作用，這種作用一方面會造成地層孔隙壓力增加，另一方面會對泥頁巖的力學性能產生影響；究其根本，水化是其主要影響因素。這些影響將直接導致井壁失穩，鉆井過程中的井壁失穩問題常常造成井塌、卡鉆等井下復雜事故，這些復雜事故還容易進一步造成固井質量不合格、電測誤差等問題；若能發明一種模擬水化對泥頁巖井壁穩定影響的實驗裝置進行水化實驗研究，為后續的井壁穩定力-化耦合研究做奠基，這將對現場實際鉆井工程具有重要意義。

發明內容

本實用新型目的是：提供了一種模擬水化對泥頁巖井壁穩定影響的實驗裝置。

本實用新型所采用的技術方案是：

本實用新型一種模擬水化對泥頁巖井壁穩定影響的實驗裝置，主要由高速攝像機、計算機監測系統、壓力傳感器、套管接頭、內管入口、巖屑顆粒、漏斗、鉆井液添加劑、球閥、液體流量計、水泵、貯水槽、液固兩相分離器、流化床干燥器、巖屑收集桶、混合物出口、內管、外管、泥頁巖塊、法蘭盲板和鉆頭組成。貯水槽依次與水泵、液體流量計和球閥相連，外管上部設有內管入口、套管接頭、壓力傳感器和混合物出口，下部設有泥頁巖塊和法蘭盲板，內管與鉆頭相連。套管接頭和法蘭盲板采用可拆卸式設計，可更換不同寬度的泥頁巖塊進行實驗；內管和外管都采用PC材料制作而成，承壓4MPa。泥頁巖塊的滲透率級別為10^-6～10^-12μm²，在套管接頭左下部和法蘭盲板的左上部分別設有一個壓力傳感器，用于監測實驗過程中壓力的變化情況。在本次實驗過程中所使用的泥頁巖塊共三種，寬度依次為0.1m、0.3m和 0.5m。

本實用新型的優點：操作簡單，能真實的模擬水化對泥頁巖井壁穩定的影響，實驗過程對所有砂顆粒和水進行重新回收利用節約資源。

附圖說明

圖1是本實用新型一種模擬水化對泥頁巖井壁穩定影響的實驗裝置的結構示意圖。

圖2是圖1中泥頁巖塊寬度為0.3m時的結構示意圖。

圖3是圖1中泥頁巖塊寬度為0.5m時的結構示意圖。

圖中：1.高速攝像機，2.計算機監測系統，3.壓力傳感器，4.套管接頭，5.內管入口，6.巖屑顆粒，7.漏斗，8.鉆井液添加劑，9.球閥，10.液體流量計，11.水泵，12.貯水槽，13.液固兩相分離器，14.流化床干燥器，15.巖屑收集桶，16.混合物出口，17.內管，18.外管，19.泥頁巖塊， 20.法蘭盲板，21.鉆頭。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。

如圖1所示，本實用新型一種模擬水化對泥頁巖井壁穩定影響的實驗裝置，主要由高速攝像機1、計算機監測系統2、壓力傳感器3、套管接頭4、內管入口5、巖屑顆粒6、漏斗7、鉆井液添加劑8、球閥9、液體流量計10、水泵11、貯水槽12、液固兩相分離器13、流化床干燥器14、巖屑收集桶15、混合物出口16、內管17、外管18、泥頁巖塊19、法蘭盲板20和鉆頭21組成。貯水槽12依次與水泵11、液體流量計10和球閥9相連，外管18上部設有內管入口5、套管接頭4、壓力傳感器3和混合物出口16，下部設有泥頁巖塊19和法蘭盲板20，內管17與鉆頭21相連。

如圖1、圖2、圖3所示，具體模擬過程為：先對泥頁巖塊19寬度為0.1m進行實驗，首先打開水泵11，使水從貯水槽12流出后依次經過水泵11、液體流量計10和球閥9后，同時打開與進水口相連的兩個漏斗7，使巖屑顆粒6和鉆井液添加劑8一起與水混合通過內管入口5 進入內管17；水、巖屑顆粒6和鉆井液添加劑8在內管17從上往下流動，最終從鉆頭21流出并從環空往上流動，在往上流動的過程中水和鉆井液添加劑一起侵入泥頁巖塊19，使泥頁巖塊19產生水化作用，隨著時間的增加，水和鉆井液添加劑8侵入距離增加，當水和鉆井液添加劑8將泥頁巖塊19完全侵入時，記錄完全侵入所需時間后關閉水泵11和所有閥門，打開套管接頭4和法蘭盲板20，將外管18和寬度為0.3m的泥頁巖塊19重復上面實驗，記錄完全侵入所需時間以及不同時間段侵入的深度。同樣的方法對寬度為0.5m的泥頁巖塊19進行相同實驗，記錄完全侵入所需時間以及不同時間段侵入的深度。整個實驗過程中通過壓力傳感器3可在計算機監測系統2內觀察到水化前后壓力的變化情況；整個實驗過程中通過高速攝像機1清楚的記錄著整個實驗過程中水化對泥頁巖井壁穩定的影響過程，這將為后續的井壁穩定力-化耦合研究做奠基，即整個模擬過程結束。