專利名稱：高溫高壓多功能水平井損害評價儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油與天然氣行業(yè)室內(nèi)高溫高壓工作液損害評價的實驗設(shè) 備，該設(shè)備可監(jiān)測工作液瞬時濾失和濾餅形成過程中工作液侵入深度，并確定 損害程度，模擬工作液對水平井段的頂部、側(cè)面和底部巖心的損害程度及鉆具 偏心對巖心損害的影響，進行巖心流體敏感性實驗，優(yōu)選油氣田工作液，監(jiān)測 注水或注聚合物過程等，屬于石油與天然氣勘探開發(fā)過程屮油氣層保護方面的 實驗設(shè)備。
背景技術(shù)：
-鉆井、完井和增產(chǎn)改造等作業(yè)過程中，工作液固相和液相不可避免地進入 油氣層，從而堵塞油氣層孔喉和并誘發(fā)各種敏感性，嚴重損害儲層，阻礙油氣 勘探開發(fā)進程和勘探開發(fā)經(jīng)濟效益。油氣層損害深度與損害程度與工作液侵入 量有關(guān)。而侵入量又與巖石物性、鉆井壓差、泥漿性能以及作業(yè)時間等因素相 關(guān)。因此，模擬作業(yè)過程的工作液損害實驗，對于評價油氣層損害深度和程度， 從而優(yōu)選工作液，特別是為完井作業(yè)和增產(chǎn)改造措施的設(shè)計提供依據(jù)，是關(guān)系 到能否發(fā)現(xiàn)油氣層、提高測井解釋精度，正確評價儲層性能和高效經(jīng)濟開發(fā)油 氣的關(guān)鍵。水平井能夠增大泄流面積、減小滲流阻力，改善開釆動態(tài)，有效地防范水 錐和氣錐，從而顯著提高油氣井的產(chǎn)能，然而水平井開發(fā)有時并不能達到預(yù)期 目的。隨著常規(guī)油氣日益枯竭和油氣開發(fā)方案的調(diào)整，調(diào)整井、水平井和多分 支井也逐漸增多，在鉆井、完井和增產(chǎn)改造作業(yè)過程中，這些類型井的損害更 具復(fù)雜性。水平井在油氣層內(nèi)鉆進時間長，水平井裸眼段與鉆井完井液接觸面 積大，浸泡時間長，又存在鉆具偏心等問題，很容易破壞已形成的外濾餅，增 大鉆井完井液濾失量和固相侵入量，在相同條件下水平井呈現(xiàn)出比直井更為嚴 重的損害。開展水平井鉆井完井液損害室內(nèi)評價，可以有效揭示水平井損害特 殊性，對儲層保護方案設(shè)計，完善補救措施具有重要意義。保護油氣層技術(shù)是一項涉及多學(xué)科、多專業(yè)、多部門并貫穿油氣勘探開發(fā) 全過程的系統(tǒng)工程，是一門快速發(fā)展的新興綜合學(xué)科。目前，國內(nèi)儲層損害評價裝置及專利200410030637. 1所述設(shè)備，僅能模擬一般高溫高壓條件下儲層損 害的設(shè)備，且需要較多工作液，不能模擬水平井井身不同部位、鉆具偏心等儲 層損害設(shè)備。因此，研制功能齊全、節(jié)約工作液，自動化程度高，能夠進行水 平井作業(yè)過程中損害評價實驗、工作液優(yōu)選實驗、注水或注聚合物過程監(jiān)測等 的設(shè)備具有重要意義。實用新型內(nèi)容-本實用新型的目的在于提供高溫高壓多功能水平井損害評價儀，它具有自 動化程度高、功能齊全、節(jié)約工作液用量等特點，能夠模擬油氣鉆井、完井、 修井、增產(chǎn)、注水等作業(yè)環(huán)節(jié)工作液對儲層尤其是水平井的損害，可以模擬井 下條件，尤其是水平井鉆具偏心、浸泡時間、各向異性以及重力對損害的影響， 克服常規(guī)實驗設(shè)備工作液循環(huán)管線堵塞和耗費量較大的不足。為達到以上技術(shù)目的，本實用新型提供以下技術(shù)方案。高溫高壓多功能水平井損害評價儀主要有巖心夾持器系統(tǒng)、工作液循環(huán)系 統(tǒng)、圍壓和溫度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。所述工作液循環(huán)系統(tǒng)主要由工作液循環(huán)釜體、循環(huán)電機、循環(huán)電機控制器 和磁力轉(zhuǎn)子組成，工作液循環(huán)釜體頂部的壓蓋有工作液注入孔和加壓孔，加壓 孔和氮氣瓶連接，循環(huán)釜體底部有一排液孔，磁力轉(zhuǎn)子在工作液循環(huán)釜體中央， 和固定在循環(huán)釜體下方的循環(huán)電機采用柔性連接，可使轉(zhuǎn)子偏心與工作液循環(huán) 釜體內(nèi)壁相切，循環(huán)電機控制器通過數(shù)據(jù)線與循環(huán)電機相連。循環(huán)釜體和磁力 轉(zhuǎn)子采用不銹鋼材料。磁力轉(zhuǎn)子和電機通過柔性連接，可使轉(zhuǎn)子偏心，模擬鉆 具偏心對濾餅壓實作用，循環(huán)電機控制器控制循環(huán)電機的轉(zhuǎn)速，從而控制工作 液的流動速率和剪切力。該循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計可以減少工作液用量和提高循環(huán)電機 的使用壽命，并消除了以前儀器常出現(xiàn)的泥漿管線堵塞的現(xiàn)象。所述巖心夾持器系統(tǒng)主要由三個短巖心夾持器、 一個長巖心夾持器組成， 四個夾持器連接在工作液循環(huán)釜體四個方向，兩兩夾角90°，呈"十"字形，它 們的軸線在同一平面上。每個夾持器從外到內(nèi)依次是加熱圈、筒體、橡膠套和 柱塞。柱塞空心， 一端將巖心頂緊至巖心另一端與工作液循環(huán)釜體內(nèi)壁相切， 使工作液能在巖心端面循環(huán)，柱塞另一端與流量計相連。橡膠套外壁和筒體內(nèi) 壁形成一個環(huán)形空間。橡膠套外還有一襯套，該襯套位于橡膠套外壁和筒體內(nèi) 壁形成的環(huán)形空間內(nèi)，使橡膠套在筒體中居中并不發(fā)生彎曲。筒體和柱塞采用不銹鋼材料，以提高夾持器的抗腐蝕能力；橡膠套由絕緣性優(yōu)良且耐高溫的材 料制成；柱塞手柄采用絕熱材料，以免高溫燙手。長夾持器上有多個壓力測點，每個夾持器兩端均有壓力測點。通過不同段 壓力，可以監(jiān)測工作液侵入深度和損害程度。流量計主要測量濾液和返排時流 體的流量，長夾持器上分布多個電阻測點，可以監(jiān)測不同時刻侵入深度和電阻 率分布情況，計算損害程度和飽和度分布。所述圍壓和溫度控制系統(tǒng)主要由圍壓泵、溫控儀、閥門、加熱管和加熱圈 組成，圍壓泵采用大排量活塞泵，減少向多點長巖心夾持器加圍壓的時間，夾 持器和工作液循環(huán)釜體分別采用溫控儀控制加熱圈和加熱管加熱，加熱迅速準 確，不銹鋼加熱管呈螺旋狀固定在工作液循環(huán)釜體底部，加熱管利用不銹鋼材 料制成，提高抗腐蝕能力。四個夾持器圍壓通過不銹鋼管線和閥門采用并聯(lián)結(jié) 構(gòu)連接，四個夾持器圍壓可以加相同圍壓，也可加不同圍壓。所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為測量壓力、流量、電阻和時間的實時采集單元，主 要由壓力傳感器、電極和微小流量計、電阻測量儀及多路數(shù)據(jù)采集卡組成。巖 心夾持器上的壓力測點和電極安裝長巖心夾持器的橡膠套上，橡膠套的壓力測 點為一空心管線，管線一端和實驗巖心側(cè)面相連，另一端連接壓力傳感器。電 極環(huán)繞巖心一周，通過橡膠套的數(shù)據(jù)采集線與電阻測量儀相連接。本實用新型可用十字形堵頭來測量巖心初始滲透率和丄作液損害后巖心滲 透率，所述十字形堵頭是四個堵頭通過螺紋與十字架連接而成，每個堵頭中心 開孔，中心孔通過堵頭側(cè)面開孔和不銹鋼管線連接，每個堵頭通過十字架上的 螺紋調(diào)節(jié)和工作液循環(huán)釜體內(nèi)壁緊密相連。丄作液循環(huán)釜體和巖心夾持器系統(tǒng)由可旋轉(zhuǎn)支架支撐，可旋轉(zhuǎn)支架可使四 個夾持器構(gòu)成的平面處于水平面位置，也可使長夾持器位于工作液循環(huán)釜體的 上部和下部，也可使兩個相對的短夾持器分別位于工作液循環(huán)釜體的上部和下 部。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)勢解決了水平井鉆具-濾餅-巖面作用、各向異性、工作液剪切速率等對儲層損 害的影響。工作液循環(huán)采用攪拌方式，減少工作液用量，提高了循環(huán)電機的使 用壽命，并消除了現(xiàn)有動態(tài)評價儀常出現(xiàn)的工作液循環(huán)管線堵塞的現(xiàn)象。本實 用新型可以模擬原地溫度、壓力等條件下壓差、各向異性和剪切速率、鉆具-濾餅-巖面作用、浸泡時間、孔隙壓力對損害的影響，不僅可以測量工作液對巖心 的損害程度和損害深度，并且可以評價鉆井完井液屏蔽環(huán)形成時間、暫堵強度、 暫堵深度和返排恢復(fù)率。


圖1為高溫高壓多功能水平井損害評價儀結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為巖心夾持器和工作液循環(huán)釜休連接結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為工作液循環(huán)釜體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為十字架堵頭與循環(huán)釜體連接示意圖。圖中l(wèi).工作液循環(huán)釜體，2.長巖心夾持器，3.短巖心夾持器，4.圍壓泵， 5.支架底座，6.支架，7.壓蓋，8.采集控制箱，9.氮氣瓶，IO.溫控儀，11.循環(huán)電 機控制器，12.柱塞，13.加壓孔，14.壓蓋手柄，15.圍壓表或壓力傳感器，16. 壓力調(diào)節(jié)閥，17.磁力轉(zhuǎn)子，18.計算機，19.電阻測量儀，20.微小流量計，21. 巖心，22.工作液，23.電極，24.壓力測點，25.電極壓力測點，26.夾持器筒體， 27.加熱圈，28.橡膠套，29.襯套，30.加熱管，3L連桿，32.循環(huán)電機，33.排液 口， 34.十字架，35.堵頭，36.堵頭側(cè)面開孔，37.接頭，38.0型圈。
具體實施方式
下面根據(jù)附圖進一步說明木實用新型。參看圖l，高溫高壓多功能水平井損害評價儀，主要由工作液循環(huán)釜體l、一個長巖心夾持器2、三個短巖心夾持器3、圍壓泵4、采集控制箱8、支架6 組成，所述圍壓泵4、采集控制箱8固定在支架底座5上，長巖心夾持器2、短 巖心夾持器3通過工作液循環(huán)釜體1連接在一起，由支架6支撐。工作液循環(huán) 釜體1頂部的壓蓋7有加壓孔13和壓蓋手柄14,加壓孔和氮氣瓶9連接。采集 控制箱8內(nèi)安裝有溫控儀10、循環(huán)電機控制器11和數(shù)據(jù)采集卡。圍壓泵4連有 圍壓表或壓力傳感器15。參看圖2，每個夾持器從外到內(nèi)依次是加熱圈27、筒體26、襯套29、橡膠 套28和柱塞12，襯套29位于橡膠套外壁和筒體內(nèi)壁形成的環(huán)形空間內(nèi)。所述 柱塞12空心， 一端頂住巖心使巖心另一端面與工作液循環(huán)釜體內(nèi)壁相切，另一 端連接流量計20，橡膠套28上有電極23、壓力測點24、電極壓力測點25，壓 力測點24連接有壓力傳感器，電極23、電極壓力測點25和電阻測量儀19相連。參看圖3，所述工作液循環(huán)釜體底部有排液口 33，在循環(huán)釜體中有磁力轉(zhuǎn) 子17，該磁力轉(zhuǎn)子和固定在循環(huán)釜體下方的循環(huán)電機32通過連桿31采用柔性 連接，循環(huán)電機與控制器11相連，加熱管30呈螺旋狀固定在工作液循環(huán)釜體 底部。參看圖4，所述十字形堵頭是四個堵頭35通過螺紋與十字不銹鋼架34連接 而成，每個堵頭中心開孔，中心孔通過堵頭側(cè)面開孔36和不銹鋼管線連接，通 過調(diào)節(jié)十字架上接頭37使每個堵頭弧形端面上O型圈38緊密貼住工作液循環(huán) 釜體內(nèi)壁。參看圖l、圖2、圖3、圖4，用柱塞12將實驗巖心21裝入長巖心夾持器2 和短巖心夾持器3，保證實驗巖心另一端和工作液循環(huán)釜體1內(nèi)表面相平，裝上 十字架34和堵頭35，通過接頭37上螺紋調(diào)節(jié)，可將堵頭35和工作液循環(huán)釜體 1內(nèi)表面頂緊，通過0型圈38密封，用圍壓泵4給巖心加上圍壓，通過氮氣瓶 9、壓力調(diào)節(jié)閥16和連接在柱塞12上的管線可給巖心加上驅(qū)替壓力，通過微小 流量計20測量流體的流量，測量出巖心的初始滲透率。卸下十字架34和堵頭 35，裝上連桿31和磁力轉(zhuǎn)子17，裝入工作液22，蓋上壓蓋7，旋轉(zhuǎn)壓蓋手柄 14將壓蓋7旋緊，用氮氣瓶9、壓力調(diào)節(jié)閥16通過加壓孔13可給循環(huán)工作液 22加壓。調(diào)節(jié)溫控儀10控制加熱圈27和加熱管30分別給巖心21和循環(huán)工作 液22加溫。循環(huán)電機控制器11可控制循環(huán)電機32的轉(zhuǎn)速，循環(huán)電機帶動連桿 31和磁力轉(zhuǎn)子17旋轉(zhuǎn)，攪拌循環(huán)工作液22，磁力轉(zhuǎn)子17通過連桿31和循環(huán) 電機32采用柔性連接，磁力轉(zhuǎn)子17在重力作用下可以和巖心21端面及工作液 循環(huán)釜體l內(nèi)表面接觸。通過電極23、壓力測點24和電極壓力測點25和電阻 測量儀19可以測量不同時刻、不同位置電阻率、壓力分布，微小流量計20測 量濾液的流量，通過計算機18可計算出損害深度。動態(tài)循環(huán)后，通過排液口33 排出循環(huán)工作液22，取出連桿31和磁力轉(zhuǎn)子17，再次裝上十字架34和堵頭35， 通過接頭37上螺紋調(diào)節(jié)，可將堵頭35和工作液循環(huán)釜體1內(nèi)表面頂緊，通過O 型圈38密封，用圍壓泵4給巖心加上圍壓，通過氮氣瓶9、壓力調(diào)節(jié)閥16和連 接在柱塞12上的管線可給巖心加上驅(qū)替壓力，通過微小流量計20測量流體的 流量，測量出巖心損害后滲透率，計算機18處理數(shù)據(jù)，計算出損害程度。
權(quán)利要求1.高溫高壓多功能水平井損害評價儀，主要由工作液循環(huán)釜體(1)、一個長巖心夾持器(2)、三個短巖心夾持器(3)、圍壓泵(4)、采集控制箱(8)、支架(6)組成，其特征在于，所述圍壓泵(4)、采集控制箱(8)固定在支架底座(5)上，長巖心夾持器(2)、短巖心夾持器(3)通過工作液循環(huán)釜體(1)連接在一起，由支架(6)支撐，四個夾持器連接在工作液循環(huán)釜體四個方向，其夾角均為90°，它們的軸線在同一平面；所述工作液循環(huán)釜體(1)頂部的壓蓋(7)有加壓孔(13)和壓蓋手柄(14)，加壓孔和氮氣瓶(9)連接，循環(huán)釜體底部有排液口(33)，在循環(huán)釜體中有磁力轉(zhuǎn)子(17)，該磁力轉(zhuǎn)子和固定在循環(huán)釜體下方的循環(huán)電機(32)通過連桿(31)采用柔性連接，循環(huán)電機與控制器(11)相連，加熱管(30)呈螺旋狀固定在工作液循環(huán)釜體底部；每個夾持器從外到內(nèi)依次是加熱圈(27)、筒體(26)、橡膠套(28)和柱塞(12)，橡膠套外壁和筒體內(nèi)壁形成一個環(huán)形空間，所述柱塞(12)空心，一端頂住巖心使巖心另一端面與工作液循環(huán)釜體內(nèi)壁相切，另一端連接流量計(20)，橡膠套(28)上有電極(23)、壓力測點(24)、電極壓力測點(25)，壓力測點(24)連接有壓力傳感器，電極(23)、電極壓力測點(25)和電阻測量儀(19)相連；所述采集控制箱(8)內(nèi)安裝有溫控儀(10)、循環(huán)電機控制器(11)和數(shù)據(jù)采集卡。
2. 如權(quán)利要求1所述的評價儀，其特征在于，所述巖心初始滲透率和工作液 損害后巖心滲透率測量所用的十字形堵頭由四個堵頭(35)通過螺紋與十 字架(34)連接而成，每個堵頭中心開孔，中心孔通過堵頭側(cè)面開孔(36) 和不銹鋼管線連接，通過調(diào)節(jié)十字架上接頭(37)使每個堵頭弧形端面的 O型圈(38)緊密貼住工作液循環(huán)釜體內(nèi)壁。
3. 如權(quán)利要求1所述的評價儀，其特征在于，所述支架(6)可旋轉(zhuǎn)，既可 使四個夾持器構(gòu)成的平面處于水平面位置，又可使四個夾持器構(gòu)成的平面 垂直地面，長夾持器(2)位于工作液循環(huán)釜體(1)的上部和下部，或兩 個相對的短夾持器(3)分別位于工作液循環(huán)釜體(1)的上部和下部。
4. 如權(quán)利要求1所述的評價儀，其特征在于，所述圍壓泵(4)采用大排量 活塞泵，四個夾持器圍壓采用并聯(lián)連接，可以加相同圍壓，也可加不同圍壓。
5.如權(quán)利要求1所述的評價儀，其特征在于，所述夾持器橡膠套(28)有一 襯套(29)，位于橡膠套外壁和筒體內(nèi)壁形成的環(huán)形空間內(nèi)。
專利摘要本實用新型涉及高溫高壓多功能水平井損害評價儀，主要由工作液循環(huán)釜體、一個長巖心夾持器、三個短巖心夾持器、圍壓泵、采集控制箱、支架組成，長、短巖心夾持器通過循環(huán)釜體連接在一起，由支架支撐，其夾角均為90°，軸線在同一平面；循環(huán)釜體頂部有加壓孔，底部有排液口，釜體中有磁力轉(zhuǎn)子；每個夾持器的柱塞空心，連接流量計，橡膠套上有電極、壓力測點和電極壓力測點等；采集控制箱內(nèi)有溫控儀、循環(huán)電機控制器和數(shù)據(jù)采集卡。本實用新型自動化程度高，可以模擬井下溫度和壓力條件下水平井鉆井過程中工作液對水平井井身頂部、側(cè)部和底部巖心的損害，監(jiān)測工作液濾失過程以及在長巖心不同段電阻率與壓力隨時間變化情況，評價工作液對長巖心不同部位的損害程度及損害深度。
文檔編號E21B49/00GK201363142SQ200920078938
公開日2009年12月16日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者康毅力, 李相臣, 楊玉貴, 游利軍, 陳一健 申請人:西南石油大學(xué)