[发明专利]一种高温高压下井壁水侵模拟实验装置

说明书

本发明公开了一种高温高压下井壁水侵模拟实验装置，包括地层模拟系统、模拟钻井液循环流动系统和岩心围压控制系统，地层模拟系统包括高温高压反应釜和人造模拟岩心，模拟钻井液循环流动系统包括模拟井筒、循环动力泵和流体体积计量仪，模拟井筒分别与循环动力泵和流体体积计量仪连通；岩心围压控制系统包括高压氮气瓶和高压气体注入阀组，高压氮气瓶通过管道与高压气体注入阀组相连，高压氮气瓶与高压气体注入阀组之间设有气体调压阀，高压气体注入阀组与人造模拟岩心连通；人造模拟岩心上安装有探针和加热电阻板，加热电阻板与温控装置电连接，数据采集装置分别与液压表、气压表、温控装置、压力表通过导电线电连接。

技术领域

本发明属于欠平衡钻井技术领域，具体涉及一种高温高压下井壁水侵模拟实验装置。

背景技术

在欠平衡钻井技术发展过程中，井壁稳定问题一直是一个很大的难题，实际工况中，钻井液一旦侵入泥页岩储层，将使井筒附近含水饱和度逐渐增大，导致近井壁地带的岩石强度降低，导致井壁坍塌或缩径。通过先期一些文献和专利的调研，发现钻井过程中液相侵入地层的控制因素主要有井筒和地层间的压力差、毛管力、化学势差三种。

针对泥页岩储层钻井过程中的井壁稳定性问题，相关的文献或专利做了相关的研究：向岩心周围注入高压气体来模拟真实地层高压环境，岩心右端面直接裸露于模拟井筒，由岩心左端面注入高压气体，通过检测模拟井筒中气体流量变化来间接研究逆流自吸作用的强弱程度。该研究方法中产生逆流自吸的控制因素有欠压差值、毛管力、化学势三种，且实验过程中三种控制因素同时存在，没有明确说明各种控制因素单独或双重作用下的逆流自吸强度大小，另外实验过程中没能模拟真实地层中的高温条件。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便，能够接近模拟地下真实钻井情况的高温高压下井壁水侵模拟实验装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高温高压下井壁水侵模拟实验装置，包括地层模拟系统、模拟钻井液循环流动系统和岩心围压控制系统，地层模拟系统包括高温高压反应釜和人造模拟岩心，人造模拟岩心位于高温高压反应釜内部，高温高压反应釜的内壁与人造模拟岩心之间安装有橡胶密封套；模拟钻井液循环流动系统包括模拟井筒、循环动力泵和流体体积计量仪，模拟井筒的底部通过管道与循环动力泵连通，模拟井筒的顶部通过管道与流体体积计量仪连通，流体体积计量仪与循环动力泵通过管道连通，模拟井筒的上部与流体体积计量仪之间还安装有液压表；流体体积计量仪的上部通过第二单向阀与液体注入口相连，液体注入口的上端通过管道与液体压缩泵相连，液体压缩泵通过管道与储液罐相连，岩心围压控制系统包括高压氮气瓶和高压气体注入阀组，高压氮气瓶通过管道与高压气体注入阀组相连，高压氮气瓶与高压气体注入阀组之间设有气体调压阀，高压气体注入阀组与人造模拟岩心连通；高压气体注入阀组与气体调压阀之间还设有气压表；人造模拟岩心上安装有探针和加热电阻板，探针位于人造模拟岩心外部与储液箱相连，人造模拟岩心与储液箱之间安装有压力表，加热电阻板与温控装置电连接；数据采集装置分别与液压表、气压表、温控装置、压力表通过导电线电连接，数据采集装置能够将液压表、气压表、温控装置、压力表的数据进行采集和分析。

优选地，所述高压气体注入阀组包括结构相同的第一高压气体注入阀组和第二高压气体注入阀组，第一高温高压气体注入阀组包括数量为三个且结构相同的高压气体注入阀，高压气体注入阀的一端位于人造模拟岩心内部，另一端位于高温高压反应釜的外部且并联后与气体调压阀相连。

优选地，所述气压表位于第一高压气体注入阀组与气体调压阀之间。

优选地，所述模拟井筒与循环动力泵之间设有第一单向阀。

优选地，所述液体注入口与液体压缩泵之间还设有第三单向阀。

优选地，所述流体体积计量仪的底部安装有闸阀。

优选地，所述人造模拟岩心为圆柱体结构，人造模拟岩心的直径为5cm，高度为10cm。