[實用新型]一種模擬滲流場變化的水侵后井壁坍塌壓力測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201822030873.3
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN209457932U
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設計）人: 何世明;皇甫景龍;湯明;鄧富元;劉森;李恒;馬日春;張光福;孔令豪;周銅
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/06
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本實用新型公開了一種模擬滲流場變化的水侵后井壁坍塌壓力測量裝置，其特征在于：包括地層模擬模塊、鉆井液循環(huán)模塊、壓力控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，壓力控制模塊分別作用于地層模擬模塊和鉆井液循環(huán)模塊,數(shù)據(jù)處理模塊檢測地層模擬模塊在壓力控制模塊的作用下的滲透率。本實用新型所提供的一種模擬滲流場變化的水侵后井壁坍塌壓力測量裝置結構簡單，使用方便，制造成本較低，測得數(shù)據(jù)準確；通過測量不同滲透率條件下模擬巖心的水侵量，以及不同水侵量下對應的井壁坍塌壓力大小，從而建立滲透率、水侵量、坍塌壓力隨時間變化的對應關系，對施工現(xiàn)場鉆井液密度的合理選取具有一定的指導意義。

技術領域

本實用新型屬于泥頁巖鉆井過程中井壁失穩(wěn)研究的技術領域，具體涉及一種模擬滲流場變化的水侵后井壁坍塌壓力測量裝置。

背景技術

近年來，隨著常規(guī)油氣資源的日漸衰竭，頁巖油氣因其巨大的地質儲量和開發(fā)前景而備受關注。但在頁巖氣開采領域尚存在許多技術性難題，比如在鉆井工程中，當鉆遇泥頁巖儲層時，由于泥頁巖水侵導致的井壁失穩(wěn)問題尤為棘手，據(jù)初步統(tǒng)計，石油天然氣工業(yè)每年因井壁失穩(wěn)問題帶來的經(jīng)濟損失就高達8-10億美元，因此加強泥頁巖鉆井過程中的井壁失穩(wěn)問題理論與實驗方面的研究迫在眉睫。

泥頁巖發(fā)生水侵的影響因素有毛管力、化學勢、深部地層中的壓力場、溫度場、滲流場等，基于此，本實用新型裝置加設了溫度控制系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)，模擬真實鉆井工況下地層的高溫高壓環(huán)境。另外由于滲透率屬于巖石固有屬性，其數(shù)值大小不可變，所以在本裝置中，用相鄰兩模擬巖心的接觸端面來模擬天然裂縫，通過向模擬巖心兩端施壓來減小模擬裂縫的開度，從而間接的改變整體模擬巖心的滲透率值。

泥頁巖主要成分為各種粘土類礦物，如蒙脫石、伊利石、高嶺石等，且層理弱面較發(fā)育，力學性質不穩(wěn)定，因此相較于其他類巖石，具有其獨有的特性，主要為吸水膨脹，鉆井液中的水相可以進入粘土類礦物的晶層間，使得固體顆粒體積膨脹，孔隙壓力增大，從而使井周原始應力場發(fā)生改變，巖石力學參數(shù)發(fā)生變化，最終導致縮徑和坍塌等一系列復雜工況的發(fā)生，大大延長了鉆井施工周期，增加了鉆井作業(yè)成本。

巖石力學參數(shù)和地應力大小都與水侵量有關，而坍塌壓力的大小直接決定了施工過程中鉆井液密度窗口的下限，因此設計一套溫度壓力環(huán)境可控，滲透率可變，水侵量、坍塌壓力可測的水侵發(fā)生后的井壁坍塌壓力測量裝置變的越來越重要。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是解決上述問題，提供一種結構簡單，使用方便，制造成本較低，能夠模擬滲流場變化的水侵后井壁坍塌壓力測量裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是：一種模擬滲流場變化的水侵后井壁坍塌壓力測量裝置，包括地層模擬模塊、鉆井液循環(huán)模塊、壓力控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，壓力控制模塊分別作用于地層模擬模塊和鉆井液循環(huán)模塊,數(shù)據(jù)處理模塊檢測地層模擬模塊在壓力控制模塊的作用下的滲透率。

優(yōu)選地，所述地層模擬模塊包括高壓釜和數(shù)量為三的模擬巖心，模擬巖心位于高壓釜的內(nèi)部，相鄰模擬巖心的接觸端面形成模擬裂縫。

優(yōu)選地，所述鉆井液循環(huán)模塊包括模擬井筒、清水儲液罐、液體注入泵、儲液罐和液體循環(huán)動力泵，模擬井筒穿設于高壓釜，模擬巖心位于高壓釜內(nèi)部，模擬巖心為圓柱體結構，且其圓弧形外壁與模擬井筒直接接觸；模擬井筒的上端通過高承壓管道與儲液罐連通，模擬井筒的下端通過高承壓管道與液體循環(huán)動力泵的端部連通，液體循環(huán)動力泵的另一端通過高承壓管道與儲液罐連通，儲液罐通過高承壓管道與液體注入泵連通，液體注入泵通過高承壓管道與清水儲液罐相連，清水儲液罐內(nèi)部的液體通過液體注入泵注入儲液罐中，儲液罐中的液體通過高承壓管道進入模擬井筒中，再通過液體循環(huán)動力泵之后返回到儲液罐中。