[发明专利]一种用于评价井壁损伤的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于评价井壁损伤的实验装置，属于石油开采技术领域。本发明装置包括计算机控制系统、上加压头、下加压头和岩心样品，岩心样品设置于上加压头与下加压头之间，上加压头用于模拟上覆地层压力，岩心样品内设置有模拟井筒，模拟井筒内设置有微电阻率扫描成像仪，岩心样品的各侧面均设置有水平地应力控制装置，岩心样品的顶面、底面、左侧面和右侧面上均设置有声发射检测装置，上加压头、声发射检测装置、微电阻率扫描成像测井仪、水平地应力控制装置均与计算机控制系统相连接。本发明还公开了一种用于评价井壁损伤的方法，室内还原了人工裂缝产生过程，通过对裂缝的发育情况及扩展方位进行监测，为井壁损伤的动态评价提供了依据。

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种用于评价井壁损伤的实验装置及方法。

背景技术

目前，井壁失稳每年约给石油天然气工业造成数亿美元的损失，特别是在自然环境恶劣、钻遇地层日趋复杂的情况下，钻井过程中井壁失稳问题的发生更加频繁。由于地层井壁坍塌、缩径、漏失、卡钻等问题不仅影响钻井速度，还严重影响油气井后期作业，所以因井壁失稳所引发的钻井事故不仅造成了巨大的经济损失，还严重影响了勘探开发速度，制约了油气资源开发战略的发展。

现阶段，对于井壁失稳的研究，鲜有针对井壁失稳前井壁的损伤进行研究，井壁损伤主要是钻井过程中井壁受上覆岩层压力、水平地应力和井筒液柱压力产生裂缝且裂缝以不同方位扩展的现象，裂缝不断扩展发育最终将会导致井壁失稳，造成巨大的经济损失。专利CN105804738A公开了一种泥页岩井壁稳定及完整性可视化评价装置，但是该装置仅能对单一地层进行井壁稳定评价且评价时效性不足。专利CN104563927A公开了种适用于欠平衡钻井的井壁稳定方法及实验装置，但该装置适用条件苛刻且考虑的影响因素不充分。专利CN103758513A公开了一种模拟全尺寸井壁稳定的评价方法，但是该评价方法并未考虑利用裂缝扩展对井壁损伤进行评价。

因此，亟需一种用于评价井壁损伤的实验装置及方法，利用裂缝的发育情况及其扩展方位对井壁损伤进行评价。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种用于评价井壁损伤的实验装置及方法，利用实验装置在室内还原了井筒中人工裂缝的产生过程，通过对裂缝的发育情况及扩展方位进行监测，为井壁损伤的动态评价提供了依据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于评价井壁损伤的实验装置，包括计算机控制系统、上加压头、下加压头和岩心样品；

所述上加压头内设置有压力腔和上循环管道，压力腔顶部通过第一管道与液压油罐相连接，第一管道上设置有液压泵，液压泵与压力腔之间的第一管道上设置有加压阀，压力腔底部通过第二管道与液压泵的进液端相连接，第二管道上设置有泄压阀；

所述下加压头固定于底座上，下加压头内设置有下循环管道，下循环管道的出液端通过钻井液循环管道与上循环管道的进液端相连接；所述钻井液循环管道的进液端设置有第一流量计，出液端设置有第二流量计，钻井液循环管道上设置有钻井液循环泵，钻井液循环泵通过第三管道与泥浆储罐相连接；

所述岩心样品设置于上加压头与下加压头之间，岩心样品呈正方体结构，岩心样品内部中空形成贯穿岩心样品的模拟井筒，模拟井筒内设置有微电阻率扫描成像测井仪，岩心样品的顶面与上加压头的底面相紧贴，岩心样品的底面与下加压头的底面相紧贴，上加压头和下加压头的底面积均大于模拟井筒的截面积，上循环管道、模拟井筒、下循环管道依次连通，岩心样品的各侧面均设置有水平地应力控制装置，水平地应力控制装置通过支架固定在底座上，岩心样品的顶面、底面、左侧面和右侧面上均设置有声发射检测装置；

所述上加压头、声发射检测装置、微电阻率扫描成像测井仪、水平地应力控制装置均与计算机控制系统相连接。

优选地，所述水平地应力控制装置为液压千斤顶。

优选地，所述声发射检测装置包括多个呈阵列排布的声发射传感器。