專利名稱：一種循環(huán)鉆井液井底條件模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于油氣田鉆井作業(yè)中評(píng)價(jià)鉆井液在循環(huán)過(guò)程中受井底溫度、壓力和地層濾失影響性能變化的循環(huán)鉆井液井底條件模擬裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)石油行業(yè)的快速發(fā)展，鉆探深度的不斷加深，從而鉆井液性能受井底復(fù)雜條件的影響不斷加劇。同時(shí)鉆井液性能的好壞又直接影響到鉆井速度和鉆井過(guò)程的安全性。性能好的鉆井液能快速、安全的完成鉆井，相反性能差的鉆井液不僅不能快速的完成鉆井而且還會(huì)導(dǎo)致許多安全事故的發(fā)生，如井眼垮塌、卡鉆、井噴等。所以，研究鉆井液性能受井底復(fù)雜條件的影響變得越來(lái)越重要。而井下復(fù)雜情況主要是在鉆井液循環(huán)過(guò)程中地層的高溫、高壓和滲濾對(duì)鉆井液的性能的影響。如塔里木、北海、俄羅斯等地區(qū)的深井井底溫度超過(guò)了 220°C，儲(chǔ)層壓力超過(guò)了 80MPa。如何在實(shí)驗(yàn)室模擬這些井下復(fù)雜情況一直困擾著鉆井液研究者，目前實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬油氣田鉆井作業(yè)過(guò)程中鉆井液在井底老化普遍采用的裝置是滾子加熱爐，這一裝置的缺點(diǎn)十分明顯:1)只能模擬井下溫度對(duì)鉆井液性能產(chǎn)生的影響；
2)其滾動(dòng)只能使鉆井液受熱均勻，不能模擬鉆井液的循環(huán)過(guò)程；3)不能模擬地層濾失對(duì)鉆井液性能產(chǎn)生的影響；4)不能模擬地層壓力對(duì)鉆井液性能產(chǎn)生的影響。鑒于滾子加熱爐只能模擬四個(gè)主要因素中的一個(gè)，其余三個(gè)均不能模擬的情況，一種能夠模擬鉆井液受井底主要條件的裝置顯得尤為迫切，以此準(zhǔn)確評(píng)價(jià)循環(huán)鉆井液在井底高溫、高壓和滲濾影響條件下的性能變化，為油氣田鉆井作業(yè)提供科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:為了準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)循環(huán)鉆井液在井底高溫、高壓和滲濾條件的影響下性能變化，為油氣田鉆井作業(yè)提供科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，特提供一種循環(huán)鉆井液井底條件模擬裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決此技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種循環(huán)鉆井液井底條件模擬裝置，由耐高溫高壓的儲(chǔ)液系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、濾失系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其主要構(gòu)思是:耐高溫高壓的儲(chǔ)液系統(tǒng)用于儲(chǔ)存鉆井液，通過(guò)加熱、加壓系統(tǒng)在儲(chǔ)液系統(tǒng)中對(duì)鉆井液進(jìn)行加熱、加壓，同時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)液系統(tǒng)中的壓力和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度在O 250°C范圍，精度0.TC可控，對(duì)壓力O 150MP可控，精度0.1MP可控，在達(dá)到目的溫度后通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)使鉆井液在循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)并完成濾失條件的模擬。一種循環(huán)鉆井液井底條件模擬裝置，是由加液管、密封螺絲帽、壓力調(diào)節(jié)器、輸液管、排氣閥、攪拌電動(dòng)機(jī)、攪拌風(fēng)葉、熱源電阻絲、溫度敏感器、溫度調(diào)節(jié)器、節(jié)流閥、循環(huán)動(dòng)力泵、螺扣、滲濾管、循環(huán)管線、濾液排放管線、儲(chǔ)液箱、鋼絲濾網(wǎng)和濾紙組成，其特征在于:儲(chǔ)液箱設(shè)計(jì)為“斧形”，采用逆時(shí)針循環(huán)，儲(chǔ)液箱表層安裝一層熱源電阻絲，儲(chǔ)液箱內(nèi)側(cè)右端安裝溫度敏感器，溫度敏感器外連接溫度調(diào)節(jié)器；在儲(chǔ)液箱上方設(shè)置一加液管，加液管外側(cè)連接密封螺絲帽，在儲(chǔ)液箱上方中部安裝一攪拌電動(dòng)機(jī)，攪拌電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸與攪拌風(fēng)葉相連接，攪拌風(fēng)葉置入儲(chǔ)液箱內(nèi)，在儲(chǔ)液箱上方左端安裝一輸壓管，輸壓管外側(cè)與壓力調(diào)節(jié)器相連接，在輸壓管上設(shè)置一排氣閥；裝置的循環(huán)線路為U形，連接在儲(chǔ)液箱下方，在儲(chǔ)液箱左端下方管道上設(shè)置一節(jié)流閥A，在節(jié)流閥A下面安裝循環(huán)動(dòng)力泵；滲濾管A上端用螺扣A與循環(huán)動(dòng)力泵出口管連接，滲濾管A下端用螺扣B與循環(huán)管線A相連接，在滲濾管A下方安裝有濾液排放管線A ;在儲(chǔ)液箱右端下方循環(huán)管線B上設(shè)置節(jié)流閥B，滲濾管B上端用螺扣C與循環(huán)管線B相連接，下端用螺扣D與循環(huán)管線A連接，在滲濾管B下方安裝有濾液排放管線B。在滲濾管A、B內(nèi)設(shè)置一層致密的鋼絲濾網(wǎng)，在鋼絲濾網(wǎng)內(nèi)側(cè)安裝圓筒形的濾紙。本模擬裝置的使用方法，先將裝置安放在水平試驗(yàn)臺(tái)上，將圓筒形的濾紙置于滲濾管A、B的鋼絲濾網(wǎng)內(nèi)側(cè)，再用螺扣A、B、C、D將兩滲透濾管A、B連接在循環(huán)管線A、B的兩側(cè)；關(guān)閉節(jié)流閥A、B和排氣閥，旋開(kāi)加液管上的密封螺絲帽，向儲(chǔ)液罐中加入鉆井液，力口入鉆井液的體積需超過(guò)儲(chǔ)液罐“斧柄”高的一半，加液完畢后旋緊密封螺絲帽；其次打開(kāi)熱源電阻絲的電源開(kāi)關(guān)對(duì)儲(chǔ)液罐加熱，開(kāi)動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)，通過(guò)溫度敏感器和溫度調(diào)節(jié)器控制鉆井液溫度在目標(biāo)溫度值；然后打開(kāi)節(jié)流閥A、B和循環(huán)動(dòng)力泵使鉆井液在循環(huán)管線A、B內(nèi)循環(huán)，在循環(huán)過(guò)程中通過(guò)輸壓管向儲(chǔ)液箱中加壓，使鉆井液在滲濾管A、B中產(chǎn)生濾失，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器控制壓力在目標(biāo)壓力值；整個(gè)高溫、高壓并有濾失的循環(huán)鉆井液井底條件形成；模擬的溫度、壓力和時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，模擬結(jié)束后先停止供氣和供熱，后關(guān)閉循環(huán)動(dòng)力泵、節(jié)流閥A、B和攪拌電動(dòng)機(jī)；最后打開(kāi)排氣閥將儲(chǔ)液箱中氣壓卸掉，冷卻到室溫，先擰開(kāi)循環(huán)管線A、B的螺扣A、B、C、D取下滲濾管A、B,再擰開(kāi)加液管上密封螺絲帽，打開(kāi)節(jié)流閥A、B，排除儲(chǔ)液箱里的鉆井液進(jìn)行各項(xiàng)性能的測(cè)定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)在模擬溫度影響因素的同時(shí)能夠模擬壓力影響因素；(2)能夠I旲擬鉆井液在井筒中的循環(huán)條件；(3)能夠I旲擬井底濾失條件；(4)溫度、壓力控制更精確，分別達(dá)到0.1°C可控和0.1MP可控；(5)根據(jù)濾液量和濾紙上的泥餅質(zhì)量能夠粗略的判斷鉆井液失水造壁性。


圖1為本發(fā)明循環(huán)鉆井液井底條件模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明濾液管9有濾紙時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明濾液管9無(wú)濾紙時(shí)的結(jié)構(gòu)示意中:1、壓力調(diào)節(jié)器，2、輸壓管，3、攪拌電動(dòng)機(jī)，4、攪拌風(fēng)葉，5、排氣閥，6-1、節(jié)流閥A，6-2、節(jié)流閥B, 7、循環(huán)動(dòng)力泵，8-1、螺扣A，8-2、螺扣B, 8-3、螺扣C，8-4、螺扣D，9_1、滲濾管A，9-2、滲濾管B，10-1、循環(huán)管線A，10-2、循環(huán)管線B，11_1、濾液排放管線A，11_2、濾液排放管線B，12、熱源電阻絲，13、儲(chǔ)液箱，14、加液管，15、密封螺絲帽，16、溫度敏感器，17、溫度調(diào)節(jié)器，18、濾紙，19、鋼絲濾網(wǎng)。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。一種循環(huán)鉆井液井底條件模擬裝置，是由加液管、密封螺絲帽、壓力調(diào)節(jié)器、輸液管、排氣閥、攪拌電動(dòng)機(jī)、攪拌風(fēng)葉、熱源電阻絲、溫度敏感器、溫度調(diào)節(jié)器、節(jié)流閥、循環(huán)動(dòng)力泵、螺扣、滲濾管、循環(huán)管線、濾液排放管線、儲(chǔ)液箱、鋼絲濾網(wǎng)和濾紙組成，其特征在于:儲(chǔ)液箱13設(shè)計(jì)為“斧形”，采用逆時(shí)針循環(huán)，儲(chǔ)液箱13表層安裝一層熱源電阻絲12，儲(chǔ)液箱13內(nèi)側(cè)右端安裝溫度敏感器16，溫度敏感器16外連接溫度調(diào)節(jié)器17 ;在儲(chǔ)液箱13上方設(shè)置一加液管14，加液管14外側(cè)連接密封螺絲帽15，在儲(chǔ)液箱13上方中部安裝一攪拌電動(dòng)機(jī)3，攪拌電動(dòng)機(jī)3的轉(zhuǎn)軸與攪拌風(fēng)葉4相連接，攪拌風(fēng)葉4置入儲(chǔ)液箱13內(nèi)，在儲(chǔ)液箱上方左端安裝一輸壓管2,輸壓管2外側(cè)與壓力調(diào)節(jié)器I相連接，在輸壓管2上設(shè)置一排氣閥5 ;裝置的循環(huán)線路為U形，連接在儲(chǔ)液箱13下方，在儲(chǔ)液箱13左端下方管道上設(shè)置一節(jié)流閥A6-1，在節(jié)流閥A6-1下面安裝循環(huán)動(dòng)力泵7 ;滲濾管A9-1上端用螺扣A8-1與循環(huán)動(dòng)力泵7出口管連接，滲濾管A9-1下端用螺扣B8-2與循環(huán)管線AlO-1相連接，在滲濾管A9-1下方安裝有濾液排放管線All-1 ;在儲(chǔ)液箱13右端下方循環(huán)管線B10-2上設(shè)置節(jié)流閥B6-2，滲濾管B9-2上端用螺扣C8-3與循環(huán)管線B10-2相連接，下端用螺扣D8-4與循環(huán)管線A10-1連接，在滲濾管B9-2下方安裝有濾液排放管線B11-2。在滲濾管A9-1和滲濾管B9-2內(nèi)設(shè)置一層致密的鋼絲濾網(wǎng)19，在鋼絲濾網(wǎng)19內(nèi)側(cè)安裝圓筒形的濾紙18。先將裝置安放在水平試驗(yàn)臺(tái)上，將圓筒形的濾紙18置于滲濾管A、B的鋼絲濾網(wǎng)19內(nèi)側(cè)，再用螺扣A、B、C、D將兩滲透濾管A、B連接在循環(huán)管線A、B的兩側(cè)；關(guān)閉節(jié)流閥A、B、排氣閥5，旋開(kāi)加液管14上的密封螺絲帽15，向儲(chǔ)液罐13中加入鉆井液，加入鉆井液的體積需超過(guò)儲(chǔ)液罐13 “斧柄”高的一半，加液完畢后旋緊密封螺絲帽15 ;其次打開(kāi)熱源電阻絲12的電源開(kāi)關(guān)對(duì)儲(chǔ)液罐13加熱，開(kāi)動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)3，通過(guò)溫度敏感器16和溫度調(diào)節(jié)器17控制鉆井液溫度在目標(biāo)溫度值；然后打開(kāi)節(jié)流閥A、B和循環(huán)動(dòng)力泵7使鉆井液在循環(huán)管線A、B內(nèi)循環(huán)，在循環(huán)過(guò)程中通過(guò)輸壓管2向儲(chǔ)液箱13中加壓，使鉆井液在滲濾管A、B中產(chǎn)生濾失，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器I控制壓力在目標(biāo)壓力值；整個(gè)高溫、高壓并有濾失的循環(huán)鉆井液井底條件形成；模擬的溫度、壓力和時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，模擬結(jié)束后先停止供氣和供熱，后關(guān)閉循環(huán)動(dòng)力泵7、節(jié)流閥A、B和攪拌電動(dòng)機(jī)3 ;最后打開(kāi)排氣閥5將儲(chǔ)液箱13中氣壓卸掉，冷卻到室溫，先擰開(kāi)循環(huán)管線A、B的螺扣A、B、C、D取下滲濾管A、B,再擰開(kāi)加液管14上密封螺絲帽15，打開(kāi)節(jié)流閥A、B，排除儲(chǔ)液箱13里的鉆井液進(jìn)行各項(xiàng)性能的測(cè)定。
權(quán)利要求
1.一種循環(huán)鉆井液井底條件模擬裝置，是由加液管、密封螺絲帽、壓力調(diào)節(jié)器、輸液管、排氣閥、攪拌電動(dòng)機(jī)、攪拌風(fēng)葉、熱源電阻絲、溫度敏感器、溫度調(diào)節(jié)器、節(jié)流閥、循環(huán)動(dòng)力泵、螺扣、滲濾管、循環(huán)管線、濾液排放管線、儲(chǔ)液箱、鋼絲濾網(wǎng)和濾紙組成，其特征在于:儲(chǔ)液箱(13)設(shè)計(jì)為“斧形”，采用逆時(shí)針循環(huán)，儲(chǔ)液箱(13)表層安裝一層熱源電阻絲(12)，儲(chǔ)液箱(13)內(nèi)側(cè)右端安裝溫度敏感器(16)，溫度敏感器(16)外連接溫度調(diào)節(jié)器(17);在儲(chǔ)液箱(13)上方設(shè)置一加液管(14)，加液管(14)外側(cè)連接密封螺絲帽(15)，在儲(chǔ)液箱(13)上方中部安裝一攪拌電動(dòng)機(jī)(3)，攪拌電動(dòng)機(jī)(3)的轉(zhuǎn)軸與攪拌風(fēng)葉(4)相連接，攪拌風(fēng)葉(4)置入儲(chǔ)液箱(13)內(nèi)，在儲(chǔ)液箱上方左端安裝一輸壓管(2)，輸壓管(2)外側(cè)與壓力調(diào)節(jié)器(I)相連接，在輸壓管(2)上設(shè)置一排氣閥(5);裝置的循環(huán)線路為U形，連接在儲(chǔ)液箱(13)下方，在儲(chǔ)液箱(13)左端下方管道上設(shè)置一節(jié)流閥A (6-1)，在節(jié)流閥A (6-1)下面安裝循環(huán)動(dòng)力泵(7);滲濾管A (9-1)上端用螺扣A (8-1)與循環(huán)動(dòng)力泵(7)出口管連接，滲濾管A(9-1)下端用螺扣B (8-2)與循環(huán)管線A (10-1)相連接，在滲濾管A (9_1)下方安裝有濾液排放管線A (11-1);在儲(chǔ)液箱(13)右端下方循環(huán)管線B (10-2)上設(shè)置節(jié)流閥B (6-2),滲濾管B (9-2)上端用螺扣C (8-3)與循環(huán)管線B (10-2)相連接，下端用螺扣D (8_4)與循環(huán)管線A (10-1)連接，在滲濾管B (9-2)下方安裝有濾液排放管線B (11-2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬裝置，其特征是:所述滲濾管A、B(9-1、9-2)內(nèi)設(shè)置一層致密的鋼絲濾網(wǎng)(19)，在鋼絲濾網(wǎng)(19)內(nèi)側(cè)安裝圓筒形的濾紙(18)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬裝置，其特征是:本模擬裝置的使用方法是，先將裝置安放在水平試驗(yàn)臺(tái)上，將圓筒形的濾紙(18)置于滲濾管A、B (9-1、9-2)的鋼絲濾網(wǎng)(19)內(nèi)側(cè)，再用螺扣A、B、C、D (8-1、8-2、8-3、8-4)將兩滲透濾管A、B (9-1、9-2)連接在循環(huán)管線A、B (10-1、10-2)的兩側(cè);關(guān)閉節(jié)流閥A、B (6_1、6_2)、排氣閥(5)，旋開(kāi)加液管(14)上的密封螺絲帽(15)，向儲(chǔ)液罐(13)中加入鉆井液，加入鉆井液的體積需超過(guò)儲(chǔ)液罐(13) “斧柄”高的一半，加液完畢后旋緊密封螺絲帽(15);其次打開(kāi)熱源電阻絲(12)的電源開(kāi)關(guān)對(duì)儲(chǔ)液罐(13 )加熱，開(kāi)動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)(3 )，通過(guò)溫度敏感器(16 )和溫度調(diào)節(jié)器(17)控制鉆井液溫度在目標(biāo)溫度值；然后打開(kāi)節(jié)流閥A、B (6-1、6-2)和循環(huán)動(dòng)力泵(7)使鉆井液在循環(huán)管線A、B (10-1、10-2)內(nèi)循環(huán)，在循環(huán)過(guò)程中通過(guò)輸壓管(2)向儲(chǔ)液箱(13)中加壓，使鉆井液在滲濾管A、B中產(chǎn)生濾失，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器(I)控制壓力在目標(biāo)壓力值；整個(gè)高溫、高壓并有濾失的循環(huán)鉆井液井底條件形成；模擬的溫度、壓力和時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，模擬結(jié)束后先停止供氣和供熱，后關(guān)閉循環(huán)動(dòng)力泵(7)、節(jié)流閥A、B (6-1、6-2)和攪拌電動(dòng)機(jī)(3);最后打開(kāi)排氣閥(5)將儲(chǔ)液箱(13)中氣壓卸掉，冷卻到室溫，先擰開(kāi)循環(huán)管線A、B (10-1,10-2)的螺扣A、B、C、D、(8-1、8-2、8-3、8-4)取下滲濾管A、B (9_1、9_2)，再擰開(kāi)加液管(14)上密封螺絲帽(15)，打開(kāi)節(jié)流閥A、B (6-1、6-2)，排除儲(chǔ)液箱(13)里的鉆井液進(jìn)行各項(xiàng)性能的測(cè)定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于油氣田鉆井中評(píng)價(jià)鉆井液的循環(huán)鉆井液井底條件模擬裝置。它能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)循環(huán)鉆井液在井底高溫、高壓和滲濾條件下性能變化。其技術(shù)方案儲(chǔ)液箱為斧形，采用逆時(shí)針循環(huán)，儲(chǔ)液箱表層安裝熱源電阻絲，內(nèi)側(cè)安裝溫度敏感器及溫度調(diào)節(jié)器；在儲(chǔ)液箱上方設(shè)加液管及密封螺絲帽，上方中部安裝攪拌電動(dòng)機(jī)及攪拌風(fēng)葉，上方左端安裝輸壓管及壓力調(diào)節(jié)器、排氣閥；裝置的循環(huán)線路為∪形，在儲(chǔ)液箱左端下方管道上設(shè)置節(jié)流閥A及循環(huán)動(dòng)力泵，滲濾管A與循環(huán)動(dòng)力泵、循環(huán)管線A連接，右端下方循環(huán)管線B設(shè)置節(jié)流閥B及滲濾管B，再與循環(huán)管線A來(lái)連接。本裝置能模擬鉆井液在井筒的循環(huán)條件，評(píng)價(jià)鉆井液經(jīng)井底高溫、高壓和滲濾條件后的各項(xiàng)性能。
文檔編號(hào)G01N33/00GK103197036SQ20131010885
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者王平全, 楊坤賓, 白楊, 朱濤, 時(shí)海濤, 王波 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)