[发明专利]一种井筒与地层裂缝耦合流动模拟实验装置及方法

权利要求书

1.一种井筒与地层裂缝耦合流动模拟实验装置，由模拟井筒流动系统、模拟地层系统、模拟裂缝系统和数据采集系统组成，其特征在于，所述模拟井筒流动系统包括模拟井筒(8)、模拟钻杆(9)、钻井液储存罐(4)、搅拌电机(5)、钻井液螺杆泵(18)，模拟钻杆(9)位于模拟井筒(8)中央，钻井液储存罐(4)中有搅拌电机(5)，钻井液螺杆泵(18)通过钻井液储存罐(4)连接模拟钻杆(9)入口端；所述模拟地层系统包括模拟地层(12)、清水储存罐(17)、分离罐(14)、储气罐(15)、气体空压机(16)、清水螺杆泵(19)，储气罐(15)连接气体空压机(16)，并通过气体调压阀(13)连接模拟地层(12)，清水螺杆泵(19)通过清水储存罐(17)连接模拟地层(12)，模拟地层(12)连接分离罐(14)；所述模拟裂缝系统包括上下两套模拟裂缝(11)，每套模拟裂缝为两块平行的透明树脂板构成的空间，模拟裂缝两侧分别连接模拟井筒(8)与模拟地层(12)，模拟裂缝的正面均有高清摄像机(1)；所述数据采集系统包括气体流量计(20)、液体流量计(3)、压力传感器(7)、高清摄像机(1)和计算机。

2.如权利要求1所述的一种井筒与地层裂缝耦合流动模拟实验装置，其特征在于，所述储气罐与模拟地层之间有气体流量计(20)，钻井液储存罐(4)与模拟钻杆(9)之间、清水储存罐(17)与模拟地层(12)之间有液体流量计(3)，模拟井筒(8)的井口和井底、模拟地层(12)的上端和下端、模拟裂缝(11)均连有压力传感器(7)，所述气体流量计、液体流量计、压力传感器、高清摄像机均连接计算机。

3.如权利要求1所述的一种井筒与地层裂缝耦合流动模拟实验装置，其特征在于，所述钻井液螺杆泵(18)与模拟钻杆(9)入口端之间，清水螺杆泵(19)与模拟地层(12)之间均有液体调压阀(2)和单向阀(6)，用以控制流体的单向流动。

4.如权利要求3所述的一种井筒与地层裂缝耦合流动模拟实验装置，其特征在于，所述模拟井筒(8)与钻井液储存罐(4)之间，模拟地层(12)与分离罐(14)之间均有恒压溢流阀(10)，用以控制模拟井筒和模拟地层内部的压力恒定。

5.利用权利要求4所述的装置对井筒与地层裂缝耦合流动进行模拟实验的方法，依次包括以下步骤：

(1)钻井液储存罐中钻井液通过钻井液螺杆泵并经过液体调压阀和单向阀泵入模拟钻杆，然后通过模拟井筒环空返出，经过恒压溢流阀返出到钻井液储存罐中，期间通过液体调压阀、恒压溢流阀调节模拟井筒中流体压力，模拟实际井筒环境；

(2)清水储存罐中水通过清水螺杆泵经过液体调压阀和单向阀流入模拟地层，同时气体空压机将储气罐中的气体经过气体调压阀和单向阀压入模拟地层，气液混合后进入模拟地层；

(3)模拟地层溢出流体经过恒压溢流阀进入分离罐分离后返回清水储存罐，期间通过液体调压阀、气体调压阀和恒压溢流阀调节模拟地层气液含量与模拟地层压力，模拟地层环境；

(4)打开模拟裂缝开关，模拟井筒裂缝耦合流动。