[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

说明书

本发明公开了一种井筒与地层裂缝耦合流动模拟实验装置及方法。该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。该方法包括：(1)钻井液泵入模拟钻杆，通过模拟井筒环空返出，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)水和气体进行气液混合后进入模拟地层；(3)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。本发明可模拟钻遇地层裂缝时地层流体与井筒循环钻井液的流动置换，能够更全面地反映裂缝对井筒流动的影响，为井筒与地层裂缝耦合流动的深入研究提供更为准确可信的数据支持和理论基础。

技术领域

本发明涉及油气钻采室内实验装置研究领域，特别涉及一种井筒与地层裂缝耦合流动模拟实验装置及实验方法。

背景技术

在油气钻采中，钻遇裂缝是一种常见的工程现象，一旦裂缝与地层流体连通，井筒周围裂缝就会成为油藏油气渗流的主要通道，裂缝常常造成井筒压力控制困难、设计裂缝支撑剂困难等工程难题。因此研究井筒、地层与井周裂缝中流体流动对油气产能预测、井筒压力控制、裂缝性岩层漏失堵漏以及合理压裂液支撑剂方案设计等方面都有重大意义。

裂缝与井筒的流动是一个连续耦合的整体，二者的流动状态是相互制约影响的，而当前国内将井筒与裂缝的流体流动结合起来研究的实验方法较少，绝大部分实验设备都是针对井筒流动或裂缝的流动单独研究，而且没有考虑实际井筒地层中流体成分、压力等情况。

总的来说，目前室内实验设备普遍缺乏考虑相对全面的井筒与地层流体流动耦合的实验装置和方法。专利“一种井筒裂缝模拟装置”(CN102305045A)通过在模拟井筒上接入一根裂缝管模拟钻井漏失过程，没有考虑地层具体情况。专利“用于研究裂缝性地层溢漏同存发生机理的研究装置”(CN204098907U)用一块缝板连接模拟井筒与模拟地层，用于评价裂缝性地层溢漏同存机理，虽同时考虑了井筒与地层的情况，但没有考虑地层流体与钻井液气液置换。

目前国内文献涉及井筒裂缝流动置换装置及方法研究很少，许多文献没有考虑实际井筒中复杂流动问题和模拟地层压力控制(舒刚.裂缝性地层钻井溢漏同存流动规律及模型研究[D].西南石油大学,2012；蒋廷学,姜东.考虑井筒流动的垂直裂缝井稳态产能计算模型[J].石油钻采工艺,2001,23(4):50-53；刘宇.复杂条件下垂直裂缝井压力动态及产能研究[D].大庆石油学院东北石油大学,2006)。也有关于气液置换装置方面的研究(李之军.垂直裂缝地层气液置换及钻井液防气侵封堵技术研究[D].西南石油大学,2014)，但没有模拟地层条件，同时没有考虑井筒中环流对流动的影响。所以，目前少有考虑流体在裂缝、井筒与地层中流动的相互影响关系的研究，同时室内实验设备普遍缺乏考虑相对全面的井筒与地层流体流动耦合的实验装置和方法。因此建立适用于实际钻遇裂缝的井筒与裂缝流动的实验装置，对于钻完井裂缝研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井筒与地层裂缝耦合流动模拟实验装置，该装置模拟钻遇地层裂缝时地层流体与井筒循环钻井液的流动置换，可控制模拟井筒钻井液流速、井筒压力、模拟地层流体气液比例、地层压力等条件，还可同时模拟两套裂缝流动，能够更全面地反映裂缝对井筒流动的影响。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置对井筒与地层裂缝耦合流动进行模拟实验的方法，该方法原理可靠，操作简便，结合钻完井工程实际，综合考虑了裂缝流动、井筒流动与地层条件影响因素，可为井筒与地层裂缝耦合流动的深入研究提供更为准确可信的数据支持和理论基础，克服了现有技术的缺陷和不足。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种井筒与地层裂缝耦合流动模拟实验装置，包括模拟井筒流动系统、模拟地层系统、模拟裂缝系统和数据采集系统构成。