地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，包括地層模塊飽和裝置、鉆井泥漿配制裝置與泥漿侵入物理模擬裝置，所述泥漿侵入物理模擬裝置包括模擬井筒、扇形侵入室與侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置，所述模擬井筒分別連接加料倉(cāng)與加壓泵，在模擬井筒的井軸位置安裝攪拌軸和葉輪，攪拌軸與攪拌電機(jī)傳動(dòng)連接，所述模擬井筒上開(kāi)設(shè)有窗口，所述扇形侵入室內(nèi)裝有扇形地層模塊，扇形侵入室密封連接在模擬井筒的窗口處，在扇形侵入室的出口端設(shè)置有濾失流量測(cè)量裝置，所述侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置與侵入室相連接。本發(fā)明具備模塊化、可視化、模擬程度逼真、利用率高、精度高、功能全等特點(diǎn)，多侵入室結(jié)構(gòu)便于對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
【專利說(shuō)明】地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，屬于儲(chǔ)層巖石物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)范疇，具體的說(shuō)是涉及一種模擬鉆井泥漿侵入巖石模塊的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

【背景技術(shù)】
[0002]鉆井泥漿侵入一直是困擾油氣田勘探開(kāi)發(fā)的難題，過(guò)平衡鉆井時(shí)泥漿濾液與細(xì)小顆粒的侵入改變了井周儲(chǔ)層的原始狀態(tài)，形成的泥漿侵入帶導(dǎo)致地球物理測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)失真，造成油氣層的誤判、漏判，降低了儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)的精度；同時(shí)泥漿侵入還將導(dǎo)致近井壁儲(chǔ)層滲流通道的堵塞，嚴(yán)重影響單井產(chǎn)能，給油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。隨著低孔滲油氣藏逐漸成為我國(guó)油氣開(kāi)發(fā)穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的主戰(zhàn)場(chǎng)，對(duì)儲(chǔ)層測(cè)井解釋評(píng)價(jià)及產(chǎn)能保護(hù)提出了更高的要求，亟需一套能夠模擬儲(chǔ)層泥漿侵入過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置，研究?jī)?chǔ)層測(cè)井響應(yīng)泥漿侵入校正模型及儲(chǔ)層傷害評(píng)估方法。目前，國(guó)內(nèi)外已有的鉆井泥漿侵入模擬實(shí)驗(yàn)裝置按照侵入對(duì)象的尺寸可歸納為三類:模擬井尺度泥漿侵入模擬裝置、巖心尺度泥漿侵入模擬裝置、填砂模型泥漿侵入模擬裝置。
[0003]模擬井尺度泥漿侵入模擬裝置的優(yōu)點(diǎn):井眼水動(dòng)力環(huán)境、泥餅形成條件與實(shí)際鉆井過(guò)程接近，可研究不同鉆井條件下的泥漿侵入特征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)改善鉆井液性能、優(yōu)化鉆井施工條件等以減小儲(chǔ)層泥漿侵入傷害有指導(dǎo)意義。缺點(diǎn):造價(jià)高、利用率低、難以推廣；受地層模型大小的限制，徑向上供泥漿侵入的深度有限，實(shí)驗(yàn)中難以模擬儲(chǔ)層徑向流體性質(zhì)隨泥漿侵入時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化。
[0004]巖心尺度泥漿侵入模擬裝置的優(yōu)點(diǎn):儀器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于控制溫度、壓力等條件；所需的巖心體積小，可使用鉆井取心作為侵入介質(zhì)；使用長(zhǎng)巖心研究侵入過(guò)程中徑向電阻率的變化，幫助建立電測(cè)井響應(yīng)泥漿侵入校正模型。缺點(diǎn):實(shí)驗(yàn)中濾液的滲流形態(tài)是水平線性流，而井下實(shí)際情況是平面徑向流，模擬程度不夠逼真；實(shí)驗(yàn)巖心尺寸小，模擬的侵入時(shí)間較短，與實(shí)際鉆井條件差距較大。
[0005]填砂模型泥漿侵入模擬裝置的優(yōu)點(diǎn):設(shè)備制作簡(jiǎn)單，便于改變模型內(nèi)的流體類型，模擬油層、水層的泥漿侵入，徑向上易布設(shè)電極測(cè)量侵入過(guò)程中的電阻率剖面。缺點(diǎn):模型的物性條件、滲流特征與儲(chǔ)層實(shí)際條件差別較大，限制了實(shí)驗(yàn)所得侵入規(guī)律的推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于模擬井尺度泥漿侵入模擬裝置造價(jià)高、利用率低，巖心尺度、填砂模型泥漿侵入模擬裝置模擬程度不夠逼真等問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)對(duì)象尺寸適中、功能齊全、能夠逼真模擬復(fù)雜鉆井條件下泥漿侵入現(xiàn)象的地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，為研究?jī)?chǔ)層泥漿侵入特征及儲(chǔ)層傷害評(píng)估提供理論依據(jù)，對(duì)提高油氣儲(chǔ)層勘探開(kāi)發(fā)成功率、優(yōu)化鉆井泥漿性能、保護(hù)儲(chǔ)層產(chǎn)能意義重大。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是:
[0008]一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，包括地層模塊飽和裝置、鉆井泥漿配制裝置與泥漿侵入物理模擬裝置，所述泥漿侵入物理模擬裝置包括模擬井筒、扇形侵入室與侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置，所述模擬井筒分別連接加料倉(cāng)與加壓泵，在模擬井筒的井軸位置安裝攪拌軸和葉輪，攪拌軸與攪拌電機(jī)傳動(dòng)連接，所述模擬井筒上開(kāi)設(shè)有窗口，所述扇形侵入室內(nèi)裝有扇形地層模塊，扇形侵入室密封連接在模擬井筒的窗口處，在扇形侵入室的出口端設(shè)置有濾失流量測(cè)量裝置，所述侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置與侵入室相連接。
[0009]優(yōu)選的，所述侵入室共分為三類，分別為第一類侵入室、第二類侵入室與第三類侵入室；第一類侵入室包括殼體與封板，殼體前后兩端及頂面開(kāi)口，內(nèi)部形成容納地層模塊的腔室，封板安裝在殼體頂面，在殼體底面與封板上均設(shè)置有電極；第二類侵入室包括殼體與封板，殼體前后兩端及頂面開(kāi)口，內(nèi)部形成容納地層模塊的腔室，封板安裝在殼體頂面，在殼體底面上設(shè)置有壓力傳感器；第三類侵入室包括殼體與封板，殼體前后兩端及頂面開(kāi)口，內(nèi)部形成容納地層模塊的腔室，封板安裝在殼體頂面。
[0010]優(yōu)選的，所述的侵入室配備用于密封地層模塊四個(gè)側(cè)面的扇形絕緣膠皮套，扇形絕緣膠皮套也分為三類，分別為第一類絕緣膠皮套、第二類絕緣膠皮套與第三類絕緣膠皮套，以配合第一類侵入室、第二類侵入室與第三類侵入室使用，第一類絕緣膠皮套的上、下表面均設(shè)置有電極頭，第二類絕緣膠皮套的下表面設(shè)置有壓力測(cè)量孔，第三類絕緣膠皮套僅呈前后兩端開(kāi)口的扇形結(jié)構(gòu)。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述窗口共開(kāi)設(shè)8個(gè)，分別布置在模擬井筒的兩側(cè)，每側(cè)4個(gè)；所述第一類侵入室與第二類侵入室各設(shè)置2個(gè)，第三類侵入室設(shè)置4個(gè)。
[0012]優(yōu)選的，所述第一類侵入室在封板與殼體底面上沿著徑向非等間距布設(shè)8對(duì)銅電極，所述第二類侵入室在殼體底面上沿著徑向非等間距布設(shè)8個(gè)壓力傳感器；對(duì)應(yīng)的，所述第一類絕緣膠皮套的上、下表面沿著徑向非等間距布設(shè)8對(duì)銅電極頭，所述第二類絕緣膠皮套的下表面沿著徑向非等間距布設(shè)8個(gè)壓力測(cè)量孔。
[0013]優(yōu)選的，所述泥漿侵入物理模擬裝置還包括用以將侵入室推靠至模擬井筒的窗口上的千斤頂，以及用于將千斤頂壓力維持在所需壓力范圍內(nèi)的液壓控制裝置。
[0014]優(yōu)選的，所述濾失流量測(cè)量裝置包括帶刻度玻璃管，所述帶刻度玻璃管的開(kāi)口端接濾液輸送管出口端流出的濾液，濾液輸送管的進(jìn)口端連接侵入室出口端，所述帶刻度玻璃管的底端連接放空管，在放空管上設(shè)置有放空閥，所述帶刻度玻璃管的一側(cè)設(shè)置有攝像頭，攝像頭通過(guò)視頻記錄終端連接顯示器。
[0015]優(yōu)選的，所述侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置包括計(jì)算機(jī)、串口線、控制柜、航空插頭與電纜，所述航空插頭包括與第一類侵入室上電極相連接的上、下電極航空插頭、及與第二類侵入室上壓力傳感器相連接的壓力傳感器航空插頭，上、下電極航空插頭與壓力傳感器航空插頭分別通過(guò)電纜與控制柜連接，控制柜通過(guò)串口線連接計(jì)算機(jī)。
[0016]優(yōu)選的，所述地層模塊飽和裝置包括巖心室、柱塞加壓泵、加料室、溶液室與真空泵，所述加料室通過(guò)加料管與溶液室相連，在加料管上設(shè)置有加料閥，所述溶液室通過(guò)管路連接巖心室，在管路上設(shè)置有柱塞加壓泵與數(shù)控壓力表，所述巖心室與溶液室分別通過(guò)管路連接真空泵，在巖心室與真空泵之間的連接管路上設(shè)置有真空壓力表。
[0017]優(yōu)選的，所述鉆井泥漿配制裝置包括泥漿池，在泥漿池內(nèi)設(shè)置有攪拌軸，攪拌軸與攪拌電機(jī)連接，在攪拌軸上設(shè)置有葉輪，所述泥漿池還連接一外循環(huán)管路，在外循環(huán)管路上設(shè)置有剪切泵。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0019]本發(fā)明設(shè)計(jì)的地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)具備模塊化、可視化、模擬程度逼真、利用率高、精度高、功能全等特點(diǎn)；多侵入室結(jié)構(gòu)便于對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)可模擬不同類型鉆井泥漿在不同泥漿壓力下對(duì)各類地層模塊的泥漿侵入實(shí)驗(yàn)，為建立儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)泥漿侵入校正模型及儲(chǔ)層傷害評(píng)估模型提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]附圖1是泥漿侵入物理模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 附圖2是地層模塊形狀示意圖。
[0022]附圖3是千斤頂液壓控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a是液壓回路圖，圖3b是控制電路圖。
[0023]附圖4是第一類侵入室及第一類絕緣膠皮套示意圖；圖4a是第一類侵入室的俯視圖，圖4b是第一類侵入室的側(cè)視圖，圖4c是第一類絕緣膠皮套的示意圖。
[0024]附圖5是第二類侵入室及第二類絕緣膠皮套示意圖；圖5a是第二類侵入室的俯視圖，圖5b是第二類侵入室的側(cè)視圖，圖5c是第二類絕緣膠皮套的示意圖。
[0025]附圖6是第三類侵入室及第三類絕緣膠皮套示意圖；圖6a是第三類侵入室的俯視圖，圖6b是第三類侵入室的側(cè)視圖，圖6c是第三類絕緣膠皮套的示意圖。
[0026]附圖7是濾失流量測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖8是侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖9是地層模塊飽和裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]附圖10是鉆井泥漿配制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明、技術(shù)細(xì)節(jié)及具體操作過(guò)程，結(jié)合附圖詳述如下。
[0031]一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，包括地層模塊飽和裝置、鉆井泥漿配制裝置與泥漿侵入物理模擬裝置。如圖1所示，所述泥漿侵入物理模擬裝置包括模擬井筒101、扇形侵入室與侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置。模擬井筒101的承壓5MPa，選用直徑260mm、厚度12mm的不銹鋼管制作而成。所述模擬井筒101分別連接加料倉(cāng)102與加壓泵103，在模擬井筒101與加料倉(cāng)102的連接管路上設(shè)置有加料閥104。加壓泵103選用耐腐蝕的不銹鋼柱塞泵，承壓lOMpa。在模擬井筒101的井軸位置安裝攪拌軸105，攪拌軸105與攪拌電機(jī)106傳動(dòng)連接，在攪拌軸105上設(shè)置有葉輪107。攪拌電機(jī)106配備減速器，能夠調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速，模擬鉆井泥漿循環(huán)時(shí)對(duì)井壁的沖刷作用，攪拌轉(zhuǎn)速控制在20?380r/min。所述模擬井筒101上開(kāi)設(shè)有窗口 108，所述扇形侵入室內(nèi)裝有扇形地層模塊2，扇形侵入室密封連接在模擬井筒的窗口 108處，在扇形侵入室的出口端設(shè)置有濾失流量測(cè)量裝置，所述侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置與侵入室相連接。扇形侵入室102選用厚度32_的不銹鋼板制作。
[0032]扇形地層模塊2的具體形狀如圖2所示。地層模塊采用扇形結(jié)構(gòu)，可確保泥漿濾液在其中的滲流狀態(tài)與實(shí)際鉆井條件相同，并且提高了使用率。侵入室與地層模塊的形狀大小相適配。
[0033]為了便于更好地實(shí)施對(duì)比試驗(yàn)，所述窗口 108共開(kāi)設(shè)8個(gè)，如圖1所示，分別布置在模擬井筒101的兩側(cè)，每側(cè)4個(gè)，用于連接裝有地層模塊的侵入室。所述侵入室共分為三類，分別為第一類侵入室4、第二類侵入室5與第三類侵入室6。如圖4所不，第一類侵入室4包括殼體401與封板402，殼體401的前后兩端及頂面開(kāi)口，截面呈U形，內(nèi)部形成容納地層模塊的腔室，封板402安裝在殼體401頂面。地層模塊從殼體頂面開(kāi)口處放入腔室中，然后用封板將殼體頂面封堵，在殼體401與封板402上的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置有螺栓孔403，封板402與殼體401通過(guò)螺栓固定連接。在殼體401的底面與封板402上沿著徑向非等間距布設(shè)8對(duì)銅電極404，用于測(cè)量侵入過(guò)程中地層模塊的電阻變化剖面。由于侵入過(guò)程中井壁形成的泥餅有效延緩泥漿濾液的侵入速度，造成近井壁地層的電阻變化快，因此采用內(nèi)密外疏的結(jié)構(gòu)方式布置電極。如圖5所不，第二類侵入室5包括殼體501與封板502,殼體前后兩端及頂面開(kāi)口，內(nèi)部形成容納地層模塊的腔室，封板安裝在殼體頂面，該結(jié)構(gòu)同第一類侵入室，區(qū)別之處在于在殼體501底面上沿著徑向非等間距布設(shè)8個(gè)壓力傳感器503，用于測(cè)量侵入過(guò)程中地層模塊的壓力剖面。同樣由于侵入過(guò)程中井壁形成的泥餅有效延緩泥漿濾液的侵入速度，造成近井壁地層的電阻變化快，因此采用內(nèi)密外疏的結(jié)構(gòu)方式布置壓力傳感器。壓力傳感器采用量程750psi (5.17MPa)，精度±0.05% FS的西特傳感器。如圖6所示，第三類侵入室包括殼體601與封板602，殼體前后兩端及頂面開(kāi)口，內(nèi)部形成容納地層模塊的腔室，封板602安裝在殼體頂面，第三類侵入室的結(jié)構(gòu)大體同第一類侵入室與第二類侵入室，區(qū)別在于其上并未配置電極與壓力傳感器。第一類侵入室4與第二類侵入室5各設(shè)置2個(gè)，第三類侵入室6設(shè)置4個(gè)。
[0034]上述侵入室還配備扇形絕緣膠皮套，用于密封地層模塊的四個(gè)側(cè)面。扇形絕緣膠皮套也分為三類，分別為第一類絕緣膠皮套405、第二類絕緣膠皮套504與第三類絕緣膠皮套603，以配合第一類侵入室4、第二類侵入室5與第三類侵入室6使用。如圖4c所示，第一類絕緣膠皮套405呈前后兩端開(kāi)口的扇形結(jié)構(gòu)，其上、下表面沿著徑向非等間距布設(shè)8對(duì)銅電極頭406。如圖5c所示，第二類絕緣膠皮套504呈前后兩端開(kāi)口的扇形結(jié)構(gòu)，其下表面沿著徑向非等間距布設(shè)8個(gè)壓力測(cè)量孔505。如圖6c所示，第三類絕緣膠皮套603僅呈前后兩端開(kāi)口的扇形結(jié)構(gòu)，其上無(wú)需設(shè)置電極頭與壓力測(cè)量孔。
[0035]作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，為確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中井壁窗口的密封性，上述泥漿侵入物理模擬裝置還包括千斤頂3及液壓控制裝置3013。千斤頂3用以將侵入室推靠至模擬井筒的窗口上，液壓控制裝置3013用于將千斤頂壓力維持在所需壓力范圍內(nèi)，達(dá)到泥漿侵入實(shí)驗(yàn)過(guò)程中井壁窗口的有效密封要求。液壓控制裝置的液壓回路與控制電路如圖3所示。圖3中:301-數(shù)控壓力表，302-換向閥，303-溢流閥，304-油泵，305-油泵電機(jī)，306-數(shù)控壓力表低位觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，307-數(shù)控壓力表高位觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，308-換向開(kāi)關(guān)，309-手動(dòng)停止加壓開(kāi)關(guān)，3010-加壓開(kāi)關(guān)，3011-繼電器，3012-繼電器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。千斤頂液壓控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)千斤頂壓力的手動(dòng)和自動(dòng)控制功能，而且可通過(guò)數(shù)控壓力表301實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保壓功能，數(shù)控壓力表量程0?60MPa，千斤頂、連接管路、換向閥、溢流閥承壓70MPa，油泵承壓50MPa，加壓介質(zhì)選用68#抗磨液壓油。
[0036]上述每個(gè)侵入室的出口端均配備一濾失流量測(cè)量裝置。如圖7所示，濾失流量測(cè)量裝置包括帶刻度玻璃管701，所述帶刻度玻璃管701的上方開(kāi)口端接濾液輸送管702出口端流出的濾液，濾液輸送管702的進(jìn)口端連接侵入室出口端。所述帶刻度玻璃管701的底端連接放空管703，在放空管703上設(shè)置有放空閥704。所述帶刻度玻璃管701的一側(cè)設(shè)置有攝像頭705，攝像頭705通過(guò)視頻記錄終端706連接顯示器707。濾失流量測(cè)量裝置可實(shí)時(shí)顯示并記錄每個(gè)侵入室泥漿濾液的濾失量及濾失速度的變化。由于泥餅的作用，導(dǎo)致泥漿濾液的濾失速度由快變慢，流量變化范圍大，采用視頻方式記錄出口流量的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)視頻回放確定不同時(shí)刻的濾失速度。
[0037]上述侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置可實(shí)現(xiàn)泥漿侵入狀態(tài)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示，通過(guò)數(shù)據(jù)采集控制軟件設(shè)置采集數(shù)據(jù)種類、采樣間隔等參數(shù)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)采集控制軟件把實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，便于操作者掌握實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。如圖8所示，侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置包括計(jì)算機(jī)801、串口線802、控制柜803、電纜804與航空插頭。所述航空插頭包括與第一類侵入室上電極相連接的上電極航空插頭805、下電極航空插頭806，及與第二類侵入室上壓力傳感器相連接的壓力傳感器航空插頭807。上電極航空插頭805、下電極航空插頭806與壓力傳感器航空插頭807分別通過(guò)電纜804與控制柜803連接，控制柜803通過(guò)串口線802連接計(jì)算機(jī)801。
[0038]更進(jìn)一步的，在模擬井筒101上還安裝一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)溫度傳感器，相應(yīng)地上述航空插頭還包括與模擬井筒溫度、壓力傳感器相連的航空插頭808，用于監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中井眼泥漿的溫度、壓力變化。上述侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置還包含攝像頭及視頻記錄終端，視頻記錄終端與控制柜連接。侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程中井筒的壓力、溫度，地層模塊的電阻、壓力數(shù)據(jù)，并由數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)存儲(chǔ)；并可將讀取的溫度、電阻、壓力數(shù)據(jù)通過(guò)顯示界面實(shí)時(shí)顯示，便于操作人員掌握泥漿侵入實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。
[0039]進(jìn)一步的，為充分飽和地層模塊，使用抽真空加壓飽和方式。如圖9所示，所述地層模塊飽和裝置包括巖心室901、柱塞加壓泵902、加料室903、溶液室904與真空泵905。所述加料室903通過(guò)加料管906與溶液室904相連，在加料管906上設(shè)置有加料閥907，所述溶液室904通過(guò)管路連接巖心室901，在管路上設(shè)置有柱塞加壓泵902與數(shù)控壓力表908，所述巖心室901與溶液室904分別通過(guò)管路連接真空泵905，在巖心室901與真空泵905之間的連接管路上設(shè)置有真空壓力表909。在連接管路上設(shè)置有閥門(mén)9010。上述加料室903與溶液室904可根據(jù)需要分別設(shè)置兩個(gè)或更多個(gè)。上述巖心室容積130L，承壓25MPa，溶液室總?cè)莘e120L，柱塞加壓泵承壓30MPa，一次性最多飽和四塊地層模塊。
[0040]更進(jìn)一步的，由于泥漿配方中有高分子聚合物，一般的攪拌裝置很難將其溶解開(kāi)，故采用圖10所示的泥漿配制裝置使用剪切泵充分剪切泥漿，使聚合物充分分解水化，剪切泵流量18m3/h，排出壓力l.0Mpa。如圖10所示，所述鉆井泥漿配制裝置包括泥漿池1001，在泥漿池1001內(nèi)設(shè)置有攪拌軸1002，攪拌軸1002與攪拌電機(jī)1003連接，在攪拌軸1002上設(shè)置有葉輪1004。所述泥漿池1001還連接一外循環(huán)管路1005，在外循環(huán)管路1005上設(shè)置有剪切泵1006。
[0041]本發(fā)明地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同泥漿類型、不同埋藏深度及不同物性地層等復(fù)雜鉆井條件的泥漿侵入物理模擬，實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的壓力、電阻、濾失流量數(shù)據(jù)用于研究不同地層類型、不同鉆井環(huán)境下的侵入機(jī)理和規(guī)律，為建立泥漿侵入數(shù)學(xué)模型提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的濾失流量及泥餅樣品測(cè)試數(shù)據(jù)用于研究不同鉆井泥漿配方的護(hù)壁性能及濾失特性；泥漿侵入前后地層模塊的流速對(duì)比及地層模塊物性的變化用于評(píng)價(jià)鉆井泥漿儲(chǔ)層傷害，為優(yōu)化泥漿性能、保護(hù)儲(chǔ)層產(chǎn)能提供實(shí)踐依據(jù)。
[0042]下面對(duì)上述地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)的具體操作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)研究目的，【具體實(shí)施方式】如下:
[0043]a.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作
[0044]根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選擇地表露頭的巖石制作地層模塊，按照?qǐng)D2的尺寸精細(xì)加工后備用。使用圖9的地層模塊飽和裝置給地層模塊飽和地層水，步驟:地層模塊烘干，按照地層水濃度配制飽和溶液并裝入溶液室，烘干后的地層模塊裝入巖心室，對(duì)巖心室和溶液室抽真空至-0.1MPa，將溶液室的溶液放入巖心室，使用柱塞加壓泵給巖心室加壓25MPa，直至巖心室壓力不再減小后停止加壓。確定實(shí)驗(yàn)使用的泥漿類型及配方后，使用圖10所示泥漿配制裝置配制泥漿。
[0045]b.不同類型泥漿濾失性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)
[0046]實(shí)驗(yàn)步驟:
[0047]1、取出一塊飽和后的地層模塊，套上第三類絕緣膠皮套后裝入第三類侵入室內(nèi)，蓋上封板，用螺栓擰緊；
[0048]2、用航吊將裝好的侵入室吊裝到模擬井筒窗口上，用封板封住其余7個(gè)窗口，千斤頂加壓30MPa將侵入室推靠至井壁窗口上；
[0049]3、模擬井筒內(nèi)充注地層模塊飽和溶液，并用加壓泵加壓測(cè)試井壁窗口的密封性，若密封性不合格重新吊裝侵入室；
[0050]4、模擬井筒內(nèi)充注配制好的泥漿，開(kāi)啟攪拌電機(jī)，并用加壓泵加到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力，啟動(dòng)侵入室出口端的濾失流量測(cè)量裝置；
[0051]5、等泥漿加壓時(shí)間達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求后，停止實(shí)驗(yàn)，放空井筒泥漿，吊出侵入室，取出地層模塊，并從地層模塊表面截取泥餅樣品；
[0052]6、使用不同配方的泥漿，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟1?5。
[0053]c.不同泥漿壓差的泥漿侵入對(duì)比實(shí)驗(yàn)
[0054]實(shí)驗(yàn)步驟:
[0055]1、取出兩塊飽和后的地層模塊,其中一塊套上第一類絕緣膠皮套、另一塊套上第二類絕緣膠皮套后，分別裝入第一類、第二類侵入室內(nèi)，蓋上封板，用螺栓擰緊；
[0056]2、用航吊將裝好的侵入室吊裝到模擬井筒窗口上，用封板封住其余6個(gè)窗口，千斤頂加壓30MPa將侵入室推靠至井壁窗口上；
[0057]3、模擬井筒內(nèi)充注地層模塊飽和溶液，并用加壓泵加壓測(cè)試井壁窗口的密封性，若密封性不合格重新吊裝侵入室；
[0058]4、模擬井筒內(nèi)充注泥漿，開(kāi)啟攪拌電機(jī)，并用加壓泵加到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力，啟動(dòng)侵入室出口端的濾失流量測(cè)量裝置，設(shè)置實(shí)驗(yàn)采集參數(shù)，啟動(dòng)泥漿侵入數(shù)據(jù)采集裝置；
[0059]5、等泥漿加壓時(shí)間達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求后，停止實(shí)驗(yàn)，放空模擬井筒泥漿，吊出侵入室，取出地層模塊；
[0060]6、使用同樣的泥漿，改變泥漿壓力，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟1?5。
[0061]d.不同物性地層模塊的泥漿侵入對(duì)比實(shí)驗(yàn)
[0062]實(shí)驗(yàn)步驟:
[0063]1、取出兩塊飽和后的地層模塊，其中一塊套上第一類絕緣膠皮套、另一塊套上第二類絕緣膠皮套后，分別裝入第一類、第二類侵入室內(nèi)，蓋上封板，用螺栓擰緊；
[0064]2、取出另一類型的飽和地層模塊兩塊，套上第一類、第二類膠皮套后分別裝入第一類、第二類侵入室內(nèi)，蓋上封板，用螺栓擰緊；
[0065]3、用航吊將裝好的侵入室吊裝到模擬井筒窗口上，用封板封住其余4個(gè)窗口，千斤頂加壓30MPa將侵入室推靠至井壁窗口上；
[0066]4、模擬井筒內(nèi)充注地層模塊飽和溶液，并用加壓泵加壓測(cè)試井壁窗口的密封性，若密封性不合格重新吊裝侵入室；
[0067]5、模擬井筒內(nèi)充注泥漿，開(kāi)啟攪拌電機(jī)，并用泥漿加壓泵加到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力，啟動(dòng)侵入室出口端的濾失流量測(cè)量裝置，設(shè)置實(shí)驗(yàn)采集參數(shù)，啟動(dòng)泥漿侵入數(shù)據(jù)采集裝置；
[0068]6、等泥漿加壓時(shí)間達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求后，停止實(shí)驗(yàn)，放空模擬井筒內(nèi)泥漿，吊出侵入室，取出地層模塊。
[0069]e.動(dòng)、靜濾失轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
[0070]實(shí)驗(yàn)步驟:
[0071]1、取出兩塊飽和后的地層模塊，套上第一類、第二類膠皮套后分別裝入第一類、第二類侵入室內(nèi)，蓋上封板，用螺栓擰緊；
[0072]2、用航吊將裝好的侵入室吊裝到模擬井筒窗口上，用封板封住其余6個(gè)窗口，千斤頂加壓30MPa將侵入室推靠至井壁窗口上；
[0073]3、模擬井筒內(nèi)充注地層模塊飽和溶液，并用柱塞泵加壓測(cè)試井壁窗口的密封性，若密封性不合格重新吊裝侵入室；
[0074]4、模擬井筒內(nèi)充注泥漿，開(kāi)啟攪拌電機(jī)，模擬泥漿侵入動(dòng)態(tài)濾失，并用泥漿加壓泵加到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力，啟動(dòng)侵入室出口端的濾失流量測(cè)量裝置，設(shè)置實(shí)驗(yàn)采集參數(shù)，啟動(dòng)泥漿侵入數(shù)據(jù)采集裝置；
[0075]5、泥漿加壓一段時(shí)間后，關(guān)閉井筒攪拌電機(jī)，模擬泥漿侵入靜態(tài)濾失；
[0076]6、等泥漿加壓時(shí)間達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求后，停止實(shí)驗(yàn)，放空模擬井筒內(nèi)泥漿，吊出侵入室，取出地層模塊。
[0077]f.地層模塊泥漿侵入傷害評(píng)估實(shí)驗(yàn)
[0078]實(shí)驗(yàn)步驟:
[0079]1、取出8塊飽和后的地層模塊，套上相應(yīng)膠皮套后分別裝入三類侵入室內(nèi)，蓋上封板，用螺栓擰緊；
[0080]2、用航吊將裝好的侵入室吊裝到模擬井筒窗口上，千斤頂加壓30MPa將侵入室推靠至井壁窗口上；
[0081]3、模擬井筒內(nèi)充注地層模塊飽和溶液，并用加壓泵加壓測(cè)試井壁窗口的密封性，若密封性不合格重新吊裝侵入室；
[0082]4、模擬井筒內(nèi)充注地層模塊飽和溶液，啟動(dòng)侵入室出口端的濾失流量測(cè)量裝置，用加壓泵加壓，測(cè)試未受泥漿侵入影響地層模塊的滲透性；
[0083]5、模擬井筒內(nèi)充注泥漿，開(kāi)啟攪拌電機(jī)，并用加壓泵加到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力，啟動(dòng)侵入室出口端的濾失流量測(cè)量裝置，設(shè)置實(shí)驗(yàn)采集參數(shù)，啟動(dòng)泥漿侵入數(shù)據(jù)采集裝置；
[0084]6、在泥漿侵入過(guò)程中的不同時(shí)刻，暫停實(shí)驗(yàn)并取出一個(gè)侵入室，共暫停7次，得到8個(gè)不同侵入時(shí)間影響的地層模塊；
[0085]7、將步驟6中的8個(gè)地層模塊重新裝入侵入室并吊裝到模擬井筒上，模擬井筒內(nèi)充注地層模塊飽和溶液，啟動(dòng)侵入室出口端的濾失流量測(cè)量裝置，用加壓泵加壓，測(cè)試受泥漿侵入傷害后地層模塊的滲透性；
[0086]8、在8個(gè)受泥漿侵入傷害后的地層模塊的不同位置處鉆取柱塞樣，并測(cè)試其物性，研究泥漿侵入傷害評(píng)估方法。
[0087]g.泥餅形成規(guī)律研究實(shí)驗(yàn)
[0088]實(shí)驗(yàn)步驟:
[0089]1、取出8塊飽和后的地層模塊，套上膠皮套后分別裝入侵入室內(nèi)，蓋上封板，用螺栓抒緊；
[0090]2、用航吊將裝好的侵入室吊裝到模擬井筒窗口上，千斤頂加壓30MPa將侵入室推靠至井壁窗口上；
[0091]3、模擬井筒內(nèi)充注地層模塊飽和溶液，并用加壓泵加壓測(cè)試井壁窗口的密封性，若密封性不合格重新吊裝侵入室；
[0092]4、模擬井筒內(nèi)充注泥漿，開(kāi)啟攪拌電機(jī)，并用加壓泵加到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力，啟動(dòng)侵入室出口端的濾失流量測(cè)量裝置；
[0093]5、在泥漿侵入過(guò)程中的不同時(shí)刻，暫停實(shí)驗(yàn)并取出一個(gè)侵入室，共暫停7次，得到8個(gè)不同形成階段的泥餅樣品，實(shí)驗(yàn)測(cè)量這些泥餅樣品的孔隙度、滲透率、厚度等參數(shù)。
[0094]上述方式中未述及的部分采取或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
[0095]需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書(shū)的教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員所作出的任何等同替代方式，或明顯變型方式，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:包括地層模塊飽和裝置、鉆井泥漿配制裝置與泥漿侵入物理模擬裝置，所述泥漿侵入物理模擬裝置包括模擬井筒、扇形侵入室與侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置，所述模擬井筒分別連接加料倉(cāng)與加壓泵，在模擬井筒的井軸位置安裝攪拌軸和葉輪，攪拌軸與攪拌電機(jī)傳動(dòng)連接，所述模擬井筒上開(kāi)設(shè)有窗口，所述扇形侵入室內(nèi)裝有扇形地層模塊，扇形侵入室密封連接在模擬井筒的窗口處，在扇形侵入室的出口端設(shè)置有濾失流量測(cè)量裝置，所述侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置與侵入室相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述侵入室共分為三類，分別為第一類侵入室、第二類侵入室與第三類侵入室；第一類侵入室包括殼體與封板，殼體前后兩端及頂面開(kāi)口，內(nèi)部形成容納地層模塊的腔室，封板安裝在殼體頂面，在殼體底面與封板上均設(shè)置有電極；第二類侵入室包括殼體與封板，殼體前后兩端及頂面開(kāi)口，內(nèi)部形成容納地層模塊的腔室，封板安裝在殼體頂面，在殼體底面上設(shè)置有壓力傳感器；第三類侵入室包括殼體與封板，殼體前后兩端及頂面開(kāi)口，內(nèi)部形成容納地層模塊的腔室，封板安裝在殼體頂面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種地層模塊泥漿浸入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的侵入室配備用于密封地層模塊四個(gè)側(cè)面的扇形絕緣膠皮套，扇形絕緣膠皮套也分為三類，分別為第一類絕緣膠皮套、第二類絕緣膠皮套與第三類絕緣膠皮套，以配合第一類侵入室、第二類侵入室與第三類侵入室使用，第一類絕緣膠皮套的上、下表面均設(shè)置有電極頭，第二類絕緣膠皮套的下表面設(shè)置有壓力測(cè)量孔，第三類絕緣膠皮套僅呈前后兩端開(kāi)口的扇形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述窗口共開(kāi)設(shè)8個(gè)，分別布置在模擬井筒的兩側(cè)，每側(cè)4個(gè)；所述第一類侵入室與第二類侵入室各設(shè)置2個(gè)，第三類侵入室設(shè)置4個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述第一類侵入室在封板與殼體底面上沿著徑向非等間距布設(shè)8對(duì)銅電極，所述第二類侵入室在殼體底面上沿著徑向非等間距布設(shè)8個(gè)壓力傳感器；對(duì)應(yīng)的，所述第一類絕緣膠皮套的上、下表面沿著徑向非等間距布設(shè)8對(duì)銅電極頭，所述第二類絕緣膠皮套的下表面沿著徑向非等間距布設(shè)8個(gè)壓力測(cè)量孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述泥漿侵入物理模擬裝置還包括用以將侵入室推靠至模擬井筒的窗口上的千斤頂，以及用于將千斤頂壓力維持在所需壓力范圍內(nèi)的液壓控制裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述濾失流量測(cè)量裝置包括帶刻度玻璃管，所述帶刻度玻璃管的開(kāi)口端接濾液輸送管出口端流出的濾液，濾液輸送管的進(jìn)口端連接侵入室出口端，所述帶刻度玻璃管的底端連接放空管，在放空管上設(shè)置有放空閥，所述帶刻度玻璃管的一側(cè)設(shè)置有攝像頭，攝像頭通過(guò)視頻記錄終端連接顯示器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述侵入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置包括計(jì)算機(jī)、串口線、控制柜、航空插頭與電纜，所述航空插頭包括與第一類侵入室上電極相連接的上、下電極航空插頭、及與第二類侵入室上壓力傳感器相連接的壓力傳感器航空插頭，上、下電極航空插頭與壓力傳感器航空插頭分別通過(guò)電纜與控制柜連接，控制柜通過(guò)串口線連接計(jì)算機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述地層模塊飽和裝置包括巖心室、柱塞加壓泵、加料室、溶液室與真空泵，所述加料室通過(guò)加料管與溶液室相連，在加料管上設(shè)置有加料閥，所述溶液室通過(guò)管路連接巖心室，在管路上設(shè)置有柱塞加壓泵與數(shù)控壓力表，所述巖心室與溶液室分別通過(guò)管路連接真空泵，在巖心室與真空泵之間的連接管路上設(shè)置有真空壓力表。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地層模塊泥漿侵入多功能物理模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述鉆井泥漿配制裝置包括泥漿池，在泥漿池內(nèi)設(shè)置有攪拌軸，攪拌軸與攪拌電機(jī)連接，在攪拌軸上設(shè)置有葉輪，所述泥漿池還連接一外循環(huán)管路，在外循環(huán)管路上設(shè)置有剪切泵。
【文檔編號(hào)】G09B25/00GK104318844SQ201410505281
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】范宜仁, 鄭京閩, 吳飛, 葛新民, 鄧少貴, 李虎 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)