[发明专利]基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明属于钻井领域，具体涉及一种采用聚氨酯加固模拟井壁的实验装置和方法。该方法可应用于地质、石油、煤炭、冶金等部门的钻井领域。

背景技术

钻进过程中，维护井壁的稳定性是确保正常钻进的基本条件之一，井壁坍塌将掩埋钻具，延误工期，严重时可能会导致井眼报废，造成重大经济损失。然而，井壁失稳是钻井过程中普通存在并一直困扰钻井界的一个技术难题。对于轻微的坍塌，一般采用优质钻井液处理就不会给钻井施工造成困难。但若钻遇破碎易坍塌地层，在短期内井壁会形成大规模的坍塌，裸露一层，剥蚀一层，连续不断，卡埋钻具，使钻井作业无法进行。聚氨酯是一种液体材料，遇水后，体积迅速膨胀固化，具有固化强度高、固化速度快、固结体化学稳定性高、固化速度可调、无毒不污染环境以及膨胀压力推动浆液向裂缝深处扩散等优点。采用聚氨脂加固破碎易坍塌井壁可优化井身结构、防漏堵漏、增强不稳定地层的井壁稳定性、确保钻井安全，从而降低钻井风险和成本、提高钻井效率和质量，直接经济效益显著。目前，采用聚氨酯加固井壁仍处于初级研究阶段，其井下加固井壁的效果，地表无法直观检测。

发明内容

本发明提供了一种基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，该模拟实验装置解决了上述背景技术中的不足，能够使技术人员直接观察和检测聚氨酯加固井壁的效果，为聚氨酯加固井壁这种新技术的应用发展提供可靠依据。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，至少包括液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置、井壁模拟装置以及输出装置，所述的液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置及输出装置均与井壁模拟装置连通，所述的液态聚氨酯输入装置包括液态聚氨酯存储罐以及首端与液态聚氨酯存储罐连接的输入管A，输入管A上设有泵A、安全阀A及流量计A；所述的钻井液输入装置包括钻井液存储罐以及首端与钻井液存储罐连接的输入管B，输入管B上设有泵B、安全阀B及流量计B；所述的输出装置包括输出管以及安装于输出管上的压力表、限压阀及流量计C；所述的井壁模拟装置包括左端盖、右端盖、内管、外管、加热层及模拟井壁，内管与外管均呈圆筒状且内管套于外管内，加热层位于内管与外管之间，左端盖和右端盖均安装于外管的两端开口处且与内管及外管之间共同形成一个封闭的腔体，模拟井壁位于腔体内的左侧或右侧且与左端盖或右端盖接触；输入管A与输入管B的尾端均与左端盖和右端盖中不与模拟井壁接触的端盖连接且穿过该端盖伸入腔体内，输出管的一端与左端盖和右端盖中与模拟井壁接触的端盖连接且穿过该端盖伸入腔体内。

井壁模拟装置上设有压力传感器，井壁模拟装置的外部设有红外测温仪。

左端盖和右端盖均与外管之间通过螺纹连接；左端盖和右端盖均与内管之间设有密封环。

输入管A上位于腔体内的部位为花管。

模拟井壁由相互之间存在间隙的小石子组成，且位于腔体的右半部。

本发明提供的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置有以下优点：通过本模拟实验装置能够确定适合井壁加固的聚氨酯的类型、浓度、添加剂的种类、数量等参数组合以及相应的体积膨胀率、固化时间、固结体强度、固化温度和压力等性能指标，为聚氨酯加固井壁提供可靠的实验依据。

附图说明

图1为本发明提供的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置的结构示意图；

图中：1-液态聚氨酯存储罐，2-泵A，3-输入管A，4-安全阀A，5-流量计A，6-左端盖，7-花管，8-红外测温仪，9-压力传感器，10-模拟井壁，11-右端盖，12-压力表，13-限压阀，14-流量计C，15-输出管，16-钻井液存储罐，17-泵B，18-安全阀B，19-流量计B，20-输入管B，21-密封圈，22-内管，23-腔体，24-加热层，25-外管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细具体的说明。

本发明提供的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置的结构如图1所示，由液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置、井壁模拟装置以及输出装置组成，其中液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置及输出装置均与井壁模拟装置连通。液态聚氨酯输入装置包括液态聚氨酯存储罐1以及首端与液态聚氨酯存储罐1连接的输入管A3，输入管A3上设有泵A2、安全阀A4及流量计A5；所述的钻井液输入装置包括钻井液存储罐16以及首端与钻井液存储罐连接的输入管B20，输入管B20上设有泵B17、安全阀B18及流量计B19；所述的输出装置包括输出管15以及安装于输出管15上的压力表12、限压阀及流量计C。