[發(fā)明專利]地層呼吸效應(yīng)模擬裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910016340.6
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109577956B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊進(jìn);殷啟帥;施山山;李振坤;羅鳴;李文拓;陳緒躍;李鐵;張禎祥;汪文星
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京);中海石油（中國）有限公司湛江分公司;中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司;中海石油（中國）有限公司蓬勃作業(yè)公司
• 主分類號: E21B47/10
• 分類號: E21B47/10;E21B47/06
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 韓嫚嫚;王春光

本發(fā)明提供一種地層呼吸效應(yīng)模擬裝置及方法，該地層呼吸效應(yīng)模擬裝置包括：外筒體，其內(nèi)放置有人工地層，人工地層具有人工井眼，人工地層的外壁包裹有氣墊，氣墊與外筒體之間形成有下部環(huán)空；內(nèi)筒體，密封設(shè)置在人工地層的上方，內(nèi)筒體與外筒體之間形成有上部環(huán)空，上部環(huán)空與下部環(huán)空相連通；內(nèi)筒體中穿設(shè)有注液管，注液管能伸入人工井眼內(nèi)；監(jiān)測機(jī)構(gòu)，具有液位監(jiān)測器和壓力傳感器，壓力傳感器設(shè)置在內(nèi)筒體的下端面并位于人工井眼內(nèi)，液位監(jiān)測器能監(jiān)測下部環(huán)空中的流體介質(zhì)的液位高度。本發(fā)明能進(jìn)行地層呼吸效應(yīng)的室內(nèi)模擬，摸清不同地層條件在不同的作業(yè)工況下的地層呼吸效應(yīng)特征，以為現(xiàn)場鉆完井作業(yè)提供理論指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油鉆完井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及地層呼吸效應(yīng)模擬裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著國家加大對油氣資源的勘探開發(fā)力度以及我國油氣勘探開發(fā)技術(shù)與裝備能力的大幅度提升，我國油氣開發(fā)領(lǐng)域逐漸由陸地轉(zhuǎn)向海洋，由海洋淺水轉(zhuǎn)向海洋深水，由常溫常壓地層轉(zhuǎn)向高溫高壓甚至是超高溫超高壓地層，而油氣勘探開發(fā)的作業(yè)難度也越來越大。

在高溫高壓地層甚至是超高溫高壓地層進(jìn)行鉆完井作業(yè)時(shí)，由于目的層段地層孔隙壓力高且孔隙壓力與破裂壓力接近甚至大于破裂壓力，在鉆完井作業(yè)過程中安全鉆井液密度窗口窄甚至是無安全窗口，導(dǎo)致在作業(yè)過程中，為了平衡地層孔隙壓力不得不使用高比重的泥漿，而當(dāng)井內(nèi)高比重泥漿液柱壓力大于或接近地層漏失壓力時(shí)，井內(nèi)泥漿在壓差作用下沿著地層裂縫進(jìn)入地層內(nèi)部，較高的液柱壓力也會使得地層原生裂縫張開并形成新的裂縫。而當(dāng)井內(nèi)泥漿停止循環(huán)或因其它原因?qū)е戮畠?nèi)液柱壓力減小時(shí)，地層原生裂縫及新形成的裂縫會閉合，之前因壓差作用進(jìn)入地層內(nèi)部的高比重泥漿濾液會重新返回井眼內(nèi)部。

泥漿這種在壓差作用下進(jìn)入地層再返回井眼內(nèi)的現(xiàn)象即為地層呼吸效應(yīng)，鉆井過程中尤其是高溫高壓地層發(fā)生呼吸效應(yīng)時(shí)，由于井下情況復(fù)雜很難準(zhǔn)確的識別井下實(shí)際狀況，常常會將呼吸效應(yīng)的“吸”過程誤認(rèn)為是泥漿的漏失，從而錯(cuò)誤的減小泥漿密度進(jìn)而誘發(fā)了井下溢流；而將呼吸效應(yīng)的“呼”過程誤認(rèn)為是井下發(fā)生了溢流，從而錯(cuò)誤的進(jìn)行壓井作業(yè)，導(dǎo)致地層裂縫進(jìn)一步的被張開，泥漿大量進(jìn)入地層內(nèi)部，造成大量的人力、物力、財(cái)力損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種地層呼吸效應(yīng)模擬裝置及方法，能進(jìn)行地層呼吸效應(yīng)的室內(nèi)模擬，摸清不同地層條件在不同的作業(yè)工況下的地層呼吸效應(yīng)特征，以為現(xiàn)場鉆完井作業(yè)提供理論指導(dǎo)。

本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供了一種地層呼吸效應(yīng)模擬裝置，包括：

外筒體，其內(nèi)放置有人工地層，所述人工地層具有人工井眼，所述人工地層的外部包裹有氣墊，所述氣墊與所述外筒體之間形成有下部環(huán)空；

內(nèi)筒體，密封設(shè)置在所述人工地層的上方，所述內(nèi)筒體與所述外筒體之間形成有上部環(huán)空，所述上部環(huán)空與所述下部環(huán)空相連通；所述內(nèi)筒體中穿設(shè)有注液管，所述注液管能伸入所述人工井眼內(nèi)；

監(jiān)測機(jī)構(gòu)，具有液位監(jiān)測器和壓力傳感器，所述壓力傳感器設(shè)置在所述內(nèi)筒體的下端面并位于所述人工井眼內(nèi)，所述液位監(jiān)測器能監(jiān)測所述下部環(huán)空中的流體介質(zhì)的液位高度。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述下部環(huán)空設(shè)有至少兩個(gè)支撐環(huán)，所述至少兩個(gè)支撐環(huán)套設(shè)在所述氣墊的外側(cè)并沿所述外筒體的軸線方向間隔設(shè)置，各所述支撐環(huán)上沿其圓周方向間隔設(shè)有多個(gè)流通槽。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述內(nèi)筒體具有內(nèi)筒本體，所述內(nèi)筒本體的下端密封連接有內(nèi)密封蓋，所述內(nèi)筒本體的上端密封連接有上蓋，所述注液管穿設(shè)于所述上蓋和所述內(nèi)密封蓋，所述注液管與所述內(nèi)密封蓋密封連接。

在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述內(nèi)筒本體的內(nèi)壁沿圓周方向間隔設(shè)有多個(gè)軸向通槽，所述內(nèi)密封蓋的外壁沿圓周方向間隔設(shè)有多個(gè)滑塊，所述滑塊能密封滑動地嵌設(shè)在所述軸向通槽中。