[發明專利]一種測定沉積巖吸水擴散系數的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202110203668.6
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112748050A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 袁俊亮;李中;何玉發;范白濤;幸雪松;謝仁軍;郝希寧
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油集團有限公司;中海油研究總院有限責任公司
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王春霞

本發明公開了一種測定沉積巖吸水擴散系數的試驗裝置及方法。所述試驗裝置包括一高壓釜；高壓釜內設有沉積巖厚壁圓柱筒；沉積巖厚壁圓柱筒的兩端密封設置，且沉積巖厚壁圓柱筒的上端口連接入口管線，下端口連接出口管線，入口管線和出口管線的另一端延均伸至高壓釜之外，實現鉆井液循環；沉積巖厚壁圓柱筒的上端設有軸向應力施加裝置。本發明試驗裝置可以模擬鉆井液的循環流動，因此可以分析濾餅性質對沉積巖吸水特征的影響規律。本發明吸水擴散系數試驗裝置可以研究井下溫壓條件、鉆井液性能等因素對沉積巖吸水特性的影響，并能夠定量測定吸水擴散系數，有助于優化防塌鉆井液性能，防止沉積巖井壁周期性坍塌，對于安全有效鉆井具有重要的意義。

技術領域

本發明涉及一種測定沉積巖吸水擴散系數的試驗裝置及方法，屬于石油鉆采領域。

背景技術

鉆井過程中由于沉積巖地層吸水導致的井壁坍塌往往引發起下鉆過程中的阻卡或卡鉆事故，損失巨大。為防止沉積巖地層的井壁坍塌，需要評價沉積巖在鉆井液作用下的吸水擴散系數，并以此為基礎優化鉆井液性能。

沉積巖與鉆井液接觸，鉆井液中的自由水向沉積巖內部運移，沉積巖內部含水量的分布規律受吸水擴散方程的控制，與常規的沉積巖浸泡試驗相比，井下條件下沉積巖吸水存在以下區別：1)井壁周圍地層吸水主要發生在徑向，井壁內部任意一點的含水量隨空間位置和井眼鉆開時間變化，2)鉆井液存在循環，3)井周地層處于高溫高壓環境。如果能夠近似真實地模擬井下條件測量并評價沉積巖的吸水擴散系數，從而以此為基礎優化鉆井液性能，對于防止沉積巖地層坍塌，保證鉆井安全高效鉆井具有非常大的意義，但是目前針對沉積巖吸水擴散系數的測量多以簡單的浸泡試驗代替，只是一種定性評價方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種測定沉積巖吸水擴散系數的試驗裝置及方法，能夠定量測定沉積巖的吸水擴散系數，克服現有沉積巖浸泡吸水測量不能反映井下條件的局限性，即只能定性，不能定量的不足，從而真實模擬真實地層環境下沉積巖的吸水擴散特征。

本發明所提供的測定沉積巖吸水擴散系數的試驗裝置，包括一高壓釜；所述高壓釜內設有沉積巖厚壁圓柱筒；

所述沉積巖厚壁圓柱筒的兩端密封設置，且所述沉積巖厚壁圓柱筒的上端口連接入口管線，下端口連接出口管線，所述入口管線與所述出口管線的另一端延均伸至所述高壓釜之外，可通過泵送裝置與管線進行連接，用于鉆井液的循環；

所述沉積巖厚壁圓柱筒的上端設有軸向應力施加裝置，用于對所述沉積巖厚壁圓柱筒施加軸壓。

上述的試驗裝置中，所述沉積巖厚壁圓柱筒外包覆有密封套。

上述的試驗裝置中，所述沉積巖厚壁圓柱筒的兩端采用密封塊密封，所述密封塊外包覆有所述密封套。

上述的試驗裝置中，所述高壓釜內設有熱電偶，以控制所述高壓釜內的溫度。

利用所述試驗裝置，可實現對沉積巖的吸水擴散系數的定量測定，具體包括如下步驟：

1)利用所述高壓釜和所述軸向應力施加裝置向所述沉積巖厚壁圓柱筒分別施加圍壓和軸壓；

2)通過所述入口管線向所述沉積巖厚壁圓柱筒內注入鉆井液，同時調整所述出口管線上的閥門使所述沉積巖厚壁圓柱筒內的鉆井壓力為模擬井眼內壓力，并保持所述鉆井液的循環；

3)試驗結束后，釋放所述沉積巖厚壁圓柱筒內的壓力，取出所述沉積巖厚壁圓柱筒，測量所述沉積巖厚壁圓柱筒的重量，得到沉積巖的含水量增量；

4)對所述沉積巖厚壁圓柱筒進行擴孔，記錄擴孔后所述沉積巖厚壁圓柱筒的內徑和重量，然后重復步驟1)-3)至少一次；

5)利用有限差分將徑向吸水擴散方程離散，并將試驗結束時不同半徑處沉積巖的含水量增量表達為吸水擴散系數、初始含水量和飽和含水量的函數；