[发明专利]一种随钻气侵模拟实验装置及实验方法

说明书

本申请实施方式公开了一种随钻气侵模拟实验装置及实验方法，其中，所述装置包括气液输送机构、井筒模拟实验机构以及数据处理机构，其中：所述气液输送机构包括气液混合器以及与所述气液混合器相连的气体支路和泥浆支路，所述气体支路包括依次相连的空气压缩机和储气罐，所述储气罐与所述气液混合器相连；所述泥浆支路包括依次相连的泥浆罐、加热器和柱塞泵，所述柱塞泵与所述气液混合器相连；所述井筒模拟实验机构包括多普勒超声原理实验段和井下溢流模拟测试段；所述数据处理机构包括依次相连的前端放大器、模数采集器以及计算机，所述前端放大器与所述井筒模拟实验机构相连。本申请提供的技术方案，能够为精确、及时地检测气侵提供数据支持。

技术领域

本申请涉及石油天然气勘探技术领域，特别涉及一种随钻气侵模拟实验装置及实验方法。

背景技术

在石油天然气勘探开发过程中，钻井、试油、试气以及采油、采气过程中都有可能发生井喷事故，井喷事故往往导致火灾、爆炸、环境污染、人员伤亡、设备损坏、油气层破坏等严重损害的发生，预防和控制井喷的发生是油气田勘探开发安全工作的第一要务。

溢流是井喷的先兆，溢流发生的直接原因是地层流体(油、气、水)侵入井筒，其中尤以气侵危害最大。溢流发生时，若能及时发现并采取合理的处理措施，可以避免或控制井喷事故的发生，最低也可以为发生井喷后抢险和压井创造有利条件，降低井喷造成的危害程度。钻井过程中油气水侵(特别是气侵)的及时发现，能够为排除溢流、重建压力平衡赢得宝贵时间，大大降低二次井控的难度，因此早期溢流监测是实现油气井井喷预防的主要技术手段之一。

目前陆上钻井的主要溢流监测方法有泥浆池液面增量法、钻井液流量监测法、声波气侵监测法和随钻气侵监测法等，从传感器安装位置分类可分为地面和井下。地面监测方法特点是操作简便，但泥浆池液面增量法需要被气体侵入的泥浆达到地面后才能开展检测，存在报警滞后的问题，钻井液流量监测法受到传感器测量精度和现场工况复杂程度限制，存在误报较多的问题，声波气侵监测法由于声波信号易受干扰、处理复杂，存在判断失真的问题。井下随钻气侵监测工具目前多采用随钻地层测试、井下微流量测量、井下温度测量等技术进行气侵识别，这些技术依赖于气侵发生引起的间接参数变化进行识别，当测量到井下压力异常、井下温度异常、钻井液流速异常时触发报警，也存在误报较多、溢流量难以计算的问题。

发明内容

本申请实施方式的目的是提供一种随钻气侵模拟实验装置及实验方法，能够为精确、及时地检测气侵提供数据支持。

为实现上述目的，本申请一方面提供一种随钻气侵模拟实验装置，所述装置包括气液输送机构、井筒模拟实验机构以及数据处理机构，其中：所述气液输送机构包括气液混合器以及与所述气液混合器相连的气体支路和泥浆支路，所述气体支路包括依次相连的空气压缩机和储气罐，所述储气罐与所述气液混合器相连；所述泥浆支路包括依次相连的泥浆罐、加热器和柱塞泵，所述柱塞泵与所述气液混合器相连；所述井筒模拟实验机构包括多普勒超声原理实验段和井下溢流模拟测试段，其中，所述多普勒超声原理实验段包括筒体和设置于所述筒体的筒壁外部的超声波收发传感器探头，所述筒体中填充有泥浆和气体的混合物；所述井下溢流模拟测试段包括上筒体和下筒体，所述下筒体内设置有岩心支撑架，所述岩心支撑架上放置有岩心样品，所述上筒体和下筒体内设置有监测短节，所述监测短节包括电池段和探头段，所述探头段的下端设置有PDC钻头，所述PDC钻头相抵于所述岩心样品，所述探头段上设置有超声波收发传感器探头，所述探头段在设置于所述上筒体上方的电机的带动下转动，所述上筒体和所述下筒体内填充有泥浆和气体的混合物；所述数据处理机构包括依次相连的前端放大器、模数采集器以及计算机，所述前端放大器与所述井筒模拟实验机构相连。

进一步地，所述储气罐上设置有安全阀，所述储气罐与所述气液混合器之间依次设置有流量控制阀和质量流量计，所述质量流量计与所述模数采集器之间通过信号线相连。