[發(fā)明專利]鉆柱擾動下泥頁巖井壁流固化耦合損傷模擬裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210732066.4
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN114810052B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫元偉;程遠(yuǎn)方;趙益忠;李翠;孫德旭;張建國;代曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 山東石油化工學(xué)院
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/00;E21B47/06;E21B47/12;E21B21/08;E21B21/10;E21B33/03;E21B17/00
• 代理公司: 東營雙橋?qū)＠碛邢挢?zé)任公司 37107
• 代理人: 趙春利

本發(fā)明涉及石油與天然氣勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鉆柱擾動下泥頁巖井壁流固化耦合損傷模擬裝置與方法。其技術(shù)方案是：包括鉆柱擾動模擬系統(tǒng)、三向應(yīng)力加載系統(tǒng)、孔隙壓力飽和系統(tǒng)、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，所述鉆柱擾動模擬系統(tǒng)包括大尺寸試樣、壓力室，在壓力室內(nèi)安裝高壓流體飽和腔體，高壓流體飽和腔體內(nèi)安裝大尺寸試樣，壓力室外壁安設(shè)X方向液壓筒、Y方向液壓筒、Z方向液壓筒和井口密封裝置，鉆柱穿過井口密封裝置；有益效果是：本發(fā)明可以模擬真實泥頁巖鉆井施工工藝流程，進而獲得不同地質(zhì)條件、不同鉆井液參數(shù)及不同鉆柱擾動下泥頁巖流固化耦合損傷規(guī)律，獲得鉆柱擾動下泥頁巖坍塌周期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油與天然氣勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鉆柱擾動下泥頁巖井壁流固化耦合損傷模擬裝置與方法。

背景技術(shù)

中國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”，為生態(tài)文明建設(shè)、綠色可持續(xù)發(fā)展指明了方向，天然氣與可再生能源協(xié)同發(fā)展是目前最優(yōu)選擇。頁巖氣以開采壽命長和生產(chǎn)周期長的特點在清潔能源中倍受青睞，尤其是隨著涪陵地區(qū)頁巖氣開采的突破，表明我國頁巖氣的勘探開發(fā)事業(yè)具有廣闊的前景。

但頁巖氣勘探開發(fā)中遇到鉆進效果差的世界性技術(shù)難題。頁巖氣儲層埋深大，深部泥頁巖地層層理發(fā)育，井眼垮塌十分嚴(yán)重，導(dǎo)致井下事故頻發(fā)，甚至井眼報廢，據(jù)統(tǒng)計90%的井壁失穩(wěn)問題發(fā)生在泥頁巖地層。并且我國海相頁巖氣區(qū)，受多期構(gòu)造活動影響，深部泥頁巖儲層條件復(fù)雜，具有應(yīng)力高、溫度高、各向異性明顯的特點，并且鉆進過程中水化作用、鉆柱擾動等綜合作用加劇了泥頁巖損傷，嚴(yán)重制約了頁巖氣勘探開發(fā)進程。

泥頁巖損傷影響因素非常復(fù)雜，主要歸結(jié)為理化因素、力學(xué)因素和工程因素等三個方面，目前在理化因素、力學(xué)因素及其耦合作用方面已經(jīng)取得了大量成果，對工程實踐具有較好的指導(dǎo)作用；但工程因素對泥頁巖損傷影響機理復(fù)雜，在此方面研究進展緩慢。不少現(xiàn)場工程師和研究人員，通過采用隨鉆測量等方法獲得井徑曲線，分析了鉆柱碰擊與井壁失穩(wěn)的關(guān)系，認(rèn)為鉆柱碰擊會對井壁失穩(wěn)產(chǎn)生重要影響，甚至是起主要作用。但目前在此方面尚沒有進行更深入的理論分析和計算，缺少鉆柱碰擊井壁失穩(wěn)過程及井壁巖石損傷機制系統(tǒng)分析，無法揭示井壁巖石受鉆柱碰擊時損傷規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種鉆柱擾動下泥頁巖井壁流固化耦合損傷模擬裝置與方法，開展鉆柱擾動沖擊動力載荷作用下深部泥頁巖流固化多場耦合損傷演化規(guī)律及關(guān)鍵影響因素，從工程角度制定抑制泥頁巖井壁失穩(wěn)的可行性方案，并進一步發(fā)展和豐富目前泥頁巖井壁穩(wěn)定技術(shù)，為深部泥頁巖井壁失穩(wěn)工程領(lǐng)域防治提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，對我國頁巖氣藏成功鉆探和開發(fā)具有重要意義。

本發(fā)明提到的一種鉆柱擾動下泥頁巖井壁流固化耦合損傷模擬裝置，包括鉆柱擾動模擬系統(tǒng)、三向應(yīng)力加載系統(tǒng)、孔隙壓力飽和系統(tǒng)、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，其中，所述鉆柱擾動模擬系統(tǒng)包括大尺寸試樣、壓力室、井口密封裝置、鉆柱、鉆柱徑向旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)、鉆柱軸向移動動力系統(tǒng)、鉆柱擾動系統(tǒng)控制器，在壓力室內(nèi)安裝高壓流體飽和腔體，高壓流體飽和腔體內(nèi)安裝大尺寸試樣，在大尺寸試樣的外側(cè)安裝聲發(fā)射系統(tǒng)，所述壓力室外壁安設(shè)X方向液壓筒、Y方向液壓筒、Z方向液壓筒和井口密封裝置，鉆柱穿過井口密封裝置，鉆柱的外端安設(shè)齒輪，所述的X方向液壓筒、Y方向液壓筒、Z方向液壓筒連接到三向應(yīng)力加載系統(tǒng)；

所述鉆柱徑向旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)包括大功率的電動機、減速箱和齒輪，電動機的輸出端連接減速箱，減速箱的輸出端將動力通過齒輪傳遞給鉆柱，使鉆柱實現(xiàn)徑向旋轉(zhuǎn)，帶動鉆柱另一端的鉆頭旋轉(zhuǎn)，對大尺寸試樣內(nèi)安設(shè)的泥頁巖巖心進行鉆進；

所述鉆柱軸向移動動力系統(tǒng)由液壓泵、壓力控制器、壓力傳感器和壓力轉(zhuǎn)換器依次連接組成，通過液壓泵提供高壓液體，壓力控制器調(diào)整液壓壓力，通過壓力轉(zhuǎn)換器將液壓壓力轉(zhuǎn)換為鉆柱的軸向壓力，軸向力大小通過壓力傳感器反饋到數(shù)據(jù)采集及伺服控制裝置；