[发明专利]一种水力-化学耦合作用下的孔隙压力传递实验系统及方法

说明书

本发明公开一种水力‑化学耦合作用下的孔隙压力传递实验系统及方法，包括双泵流体控制系统和三轴室、围压增压系统；所述三轴室包括轴向增压缸、三轴室支座、三轴室腔体、气泵；所述三轴室腔体上设有与三轴室腔体内腔相通的气管接头、轴向穿设的顶端支撑压头，内部设有流体循环压头、岩心；所述三轴室支座具有向上的轴向凸起部，所述顶端支撑压头、流体循环压头、岩心依次压在所述三轴室支座的轴向凸起部上；所述岩心侧面设有测量岩心内部压力的孔隙压力传感器。本发明可以模拟地层条件下循环的钻井液在水力压差单独作用、化学势差单独作用以及水力压差和化学势差耦合作用下的孔隙压力传递实验，得到各因素对孔隙压力的影响程度和变化规律。

技术领域

本发明涉及石油天然气工程、地质工程等相关领域的孔隙压力传递实验，特别涉及一种水力-化学耦合作用下的孔隙压力传递实验系统及方法。

背景技术

在石油天然气钻井和开采领域，孔隙压力是石油天然气钻井工程和油藏地质工程重要的基础数据之一，准确地预测和监测孔隙压力，对于石油的勘探和开发具有及其重要的作用和意义。孔隙压力是指作用在地层孔隙内流体(油、气、水)上的压力，亦称地层孔隙压力或地层压力。在钻井过程中，钻井液与井周围岩相互接触，由于地层流体与钻井液在压力梯度和离子浓度方面均有所差异，在以水力压差和化学势差为主导作用的驱动力下，孔隙压力将发生变化，进而诱发井壁失稳、储层损害等工程技术难题。为了解决钻井过程中遇到的井壁失稳问题和储层损害等工程技术难题，必须要准确分析和掌握钻井液与地层之间的交互作用关系，这通常可以通过渗透率测试等相关实验进行测试。但是，对于页岩油气、致密油气等超低渗透的非常规地层而言，常规的渗透性测试方法很难准确测试其渗透性，也很难准确分析和掌握钻井液与地层之间的交互作用关系，尽管一些新型的脉冲型渗透性测试方法能够进行相关测试，但是这类方法仅仅适用于单一流体介质的渗透性测试，无法对水力压差、化学势差及其耦合作用下的孔隙压力等渗透行为进行测试，而且也无法考虑钻井过程中钻井液循环、钻井液性能实时调控等实际工况的影响，这严重制约了钻井过程中钻井液与地层之间的交互作用关系的研究，限制了钻井液诱发井壁失稳、储层损害等工程技术难题的解决。

为此，针对现有方法无法考虑钻井过程中钻井液循环、钻井液性能实时调控等实际工况的影响进行水力压差、化学势差及其耦合作用下的孔隙压力测试的实际问题，开发一种能够模拟钻井液循环、钻井液化学性能调控等实际工况的水力-化学耦合作用下的孔隙压力传递实验系统及方法显得非常重要。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种水力-化学耦合作用下的孔隙压力传递实验系统及方法，本发明可以模拟地层条件下循环的钻井液在水力压差单独作用、化学势差单独作用以及水力压差和化学势差耦合作用下的孔隙压力传递实验，开展孔隙压力影响因素和变化规律研究，为钻井井壁稳定、储层损害、油气高效开采提供技术支持。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种水力-化学耦合作用下的孔隙压力传递实验系统，包括双泵流体控制系统、三轴室和围压增压系统；

所述三轴室包括轴向增压缸、放置于轴向增压缸上的三轴室支座、设置于三轴室支座上的三轴室腔体、气泵；

所述三轴室腔体上设有与三轴室腔体内腔相通的气管接头、轴向穿设的顶端支撑压头，内部设有流体循环压头、岩心；

所述三轴室支座具有向上的轴向凸起部，所述顶端支撑压头、流体循环压头、岩心依次压在所述三轴室支座的轴向凸起部上；所述岩心侧面设有测量岩心内部压力的孔隙压力传感器；

所述双泵流体控制系统包括增压泵A、增压泵B、通过进液管线A与增压泵A连通上的溶液缸A、通过进液管线B与增压泵B连通的溶液缸B；

所述三轴室支座内设有L形的进液流道、出液流道、进出油流道，所述流体循环压头底面设有液体流道，侧面设有进液接头、出液接头；

所述进液流道一端通过管线与进液接头连通，另一端通过管线分别与增压泵A、增压泵B连通；