模拟裂缝堵漏试验装置及试验方法.pdf

本发明涉及一种用于油气田钻井作业中的模拟裂缝堵漏试验装置及试验方法。它能评价较长裂缝深度的裂缝性堵漏材料和堵漏钻井液或完井液体系，真实反映具有深度的裂缝性漏失的堵漏效果。它是由裂缝试验模块和高压容器两部分组成，其技术方案是：高压容器上端置放高压容器○型密封圈，上盖顶部安装针型截止阀，针型截止阀与氮气瓶的高压气管的快速接头联接；高压容器由底盖与底盖联接法兰联接在主柱上；裂缝试验模块由模块定位套定位，用模块联接紧固螺钉固定，堵漏液出口管道与堵漏液出口联接法兰联接。本发明具有模拟裂缝结构合理、高

1.  一种模拟裂缝堵漏试验装置，是由模拟裂缝模块和存储钻井液的高压容器两部分组成，其特征在于：高压容器(1)上端面置放有高压容器○型密封圈(2)，上盖顶部安装针型截止阀(4)，针型截止阀(4)与氮气瓶的高压气管的快速接头联接；通道法兰(6)联接的模拟井筒联结法兰(7)内的裂缝试验模块(8)，裂缝试验模块(8)由模块定位套(9)定位，用模块联接紧固螺钉(10)固定；堵漏液出口管道(13)与堵漏液出口联结法兰(14)联接；裂缝试验模块(8)由支撑柱(15)支撑，支撑柱(15)由支撑柱紧固螺钉(16)固定在试验装置底座(17)上；高压容器(1)由高压容器底盖(21)与底盖联接法兰(22)与底盖联接螺钉(23)联接在主柱(24)上。

2.  一种如权利要求1所述装置的模拟裂缝堵漏试验方法，其特征是：将装置安装到试验预备状态，放入一定体积的堵漏体系入高压容器中，该体系中含有待研究评价的堵漏材料类型、浓度，关闭高压容器，并连接上高压气源；打开高压气源，使高压气体对堵漏体系加压，在压差作用下，高压容器中的堵漏体系向不同开口度和深度的裂缝内进行漏失；压力越高，漏失量越小，堵漏体系的堵漏效果越好，反之，越差；实验完毕，卸压后，取出裂缝模块，照相和称重记录裂缝内部的堵漏材料堆积位置和堆积质量，结合压力和漏失量数据，可以深入分析出裂缝外封口和裂缝内封喉、封腰、封尾的不同作用特点，分析出裂缝堵漏机理，建立起堵漏配方。

3.  根据权利要求1所述的模拟裂缝堵漏试验装置，其特征在于：裂缝试验模块(8)为可更换式，裂缝由对称的两块具有锥度的金属片组成，裂缝具有不同的开口和出口尺寸，裂缝总长40cm；构成裂缝的金属片壁面按照模拟需要刻化打磨成点状、或线状、或交叉线状、或局部点状的非光滑壁面。

模拟裂缝堵漏试验装置及试验方法
技术领域：
本发明涉及用于油气田钻井作业中的裂缝性漏失与堵漏研究用的模拟裂缝堵漏试验装置及试验方法，特别适用于模拟井下具有深度的裂缝进行堵漏材料评价和堵漏钻井液、完井液及其它油气井工作液的堵漏效果、堵漏机理、堵漏配方研究。
背景技术：
井漏是石油天然气钻井过程中普遍存在、经常遇见的复杂工程情况，由它引起的井下复杂情况和由它诱发的其它各种井下恶性事故，对钻井、完井工程危害极大，一直是国内外石油工程界十分关注的问题。但由于其原因复杂、制约因素很多，使之成为国内外钻井、完井工程至今未能完全解决的重大技术难题。
人们在长期的堵漏实践过程中创造了多种堵漏方法，但是这些方法的前提是必须对有关的堵漏机理、堵漏配方及堵漏钻井液的封堵性能等进行试验研究，以便尽快确定应对方案，因此，相应的堵漏评价实验装置及其相关评价方法就成为所有技术方案提出的基础。
如何能够在实验室内研究和正确地模拟井壁和评价堵漏钻井液(完井液)的堵漏效果，为石油钻井现场防漏堵漏技术提供科学的依据和必要的实验数据，一直是困扰提高堵漏实验技术水平和准确程度的一大难题。目前国内普遍使用的是API室内静态堵漏评价试验装置，该装置由于漏床和缝板的位置及结构不合理，不能真实地模拟漏失地层的裂缝具有一定深度的状况，这就提出了新的迫切要求：能否研究设计出一种全新的裂缝堵漏测定装置，该装置模拟的裂缝具有较长的深度或长度，试验完成后可以分开裂缝，观察到堵漏材料在裂缝内不同位置停留的深度，分析出封口、封喉、封腰、封尾的不同堵漏效果和作用机理。由此分析评价出堵漏材料的封堵裂缝效果，为堵漏剂、堵漏材料的配方优选，堵漏钻井液封堵裂缝效能的评价以及堵漏方案和工艺的确定，提供一种科学有效的试验评价手段。为此，提出一种裂缝堵漏模拟实验装置，该装置通过高压气体加压，使试验堵漏流体在气体加压的作用下通过不同开口裂缝模块发生漏失或者堵漏，以及堵漏后的承压力，由此评价堵漏材料或堵漏钻井液的裂缝封堵效果，优选出最佳堵漏配方，分析堵漏机理，为确定裂缝堵漏方案提供试验依据。装置还可通过选择不同裂缝模块组合模拟多种形态裂缝，包括不同裂缝的开口和出口，裂缝内壁面的粗糙程度。该裂缝堵漏模拟试验装置具有结构巧妙合理，工作稳定可靠，操作方便等特点。
发明内容：
本发明的目的是：为了科学评价具有深度的真实裂缝对裂缝地层堵漏的严重影响，研究出有针对性的裂缝地层井漏后的堵漏钻井液与完井液中的堵漏材料和堵漏体系，提高裂缝性地层漏失后的堵漏效果，特提供一种模拟裂缝堵漏试验装置及试验方法。
为了达到上述目的，本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种模拟裂缝堵漏试验装置是由模拟裂缝模块和存储钻井液的高压容器两部分组成，其结构特征是：高压容器1上端面置放有高压容器○型密封圈2，上盖顶部安装针型截止阀4，针型截止阀4与氮气瓶的高压气管的快速接头联接；堵漏液在气压作用下注入通道法兰6联接的模拟井筒联接法兰7内的裂缝试验模块8，裂缝试验模块8由模块定位套9定位，用模块联接紧固螺钉10固定；堵漏液出口管道13与堵漏液出口联接法兰14联接；裂缝试验模块8由支撑柱15支撑，支撑柱15由支撑柱紧固螺钉16固定在试验装置底座17上；高压容器1由高压容器底盖21与底盖联接法兰22与底盖联接螺钉23联接在主柱24上。
裂缝试验模块8为可更换式，裂缝由对称的两块具有锥度的金属片组成，裂缝具有不同的开口和出口尺寸，裂缝总长40cm或者更长；构成裂缝的金属片壁面按照模拟需要刻化打磨成点状、或线状、或交叉线状、或局部点状的非光滑壁面。
本发明试验方法的工作过程是：一种模拟裂缝堵漏试验方法，将装置安装到试验预备状态，放入一定体积的堵漏体系入高压容器中，该体系中含有待研究评价的堵漏材料类型、浓度，关闭高压容器，并连接上高压气源；打开高压气源，使高压气体对堵漏体系加压，在压差作用下，高压容器中的堵漏体系向不同开口度和深度的裂缝内进行漏失；压力越高，漏失量越小，堵漏体系的堵漏效果越好，反之，越差；实验完毕，卸压后，取出裂缝模块，照相和称重记录裂缝内部的堵漏材料堆积位置和堆积质量，结合压力和漏失量数据，可以深入分析出裂缝外封口和裂缝内封喉、封腰、封尾的不同作用特点，分析出裂缝堵漏机理，建立起堵漏配方。
本发明具有的有益效果是：(1)可模拟地层不同开口度、深度裂缝性漏失的堵漏过程，测试堵漏钻井液对不同开口度和深度裂缝的封堵效果，为解决裂缝性漏失堵漏问题，提供一个可靠的科学评价手段，从而实验优选出堵漏材料类型、粒度与级配，形成针对不同开口度和深度裂缝堵漏的最优配方，有效地阻止非储层和储层裂缝型地层发生的钻井液与完井液的严重漏失；(2)裂缝模块具有结构巧妙合理，高压密封和工作稳定可靠，堵漏装置操作方便等特点。
附图说明：
图1为本发明模拟裂缝堵漏试验装置结构示意图；
图2为本装置裂缝试验模块8的结构图。
图中：1、高压容器，2、高压容器○型密封圈，3、容器上盖，4、针型截止阀，5、旋盖把，6、通道法兰，7、模拟井筒联接法兰，8、裂缝试验模块，9、模块定位套，10、模块联接紧固螺栓，11、堵漏液出口控制阀，12、堵漏液出口通道，13、堵漏液出口管道，14、堵漏液出口联接法兰，15、支撑柱，16、支撑柱紧固螺钉，17、试验装置底座，18、余液排泄阀，19、余液出口联接管，20、余液出口联接管道，21、高压容器底盖，22、底盖联接法兰，23、底盖联接螺钉，24、立柱。
具体实施方式：
实验时，将试验所需的堵漏液置入高压容器1中，将容器上盖3顺时针旋转，由高压容器1上端面置放的高压容器○型密封圈2密闭，上盖顶部安装针型截止阀4，与氮气瓶的高压气管的快速接头联接，根据需要选择模拟现场条件的恒定压差或按一定速率增加或降低压力，使堵漏液在压力作用下注入通道法兰6联接的模拟井筒7内的裂缝试验模块8，试验模块由模块定位套9定位，用模块联接紧固螺钉10固定，当堵漏液通过裂缝压缩堵漏液出口控制阀11沿堵漏液出口通道12流出，堵漏液出口管道13与堵漏液出口联接法兰14联接，模拟井筒联接法兰7由模拟井筒支撑柱15支撑，支撑柱15由支撑紧固螺钉16固定在试验装置底座17上，试验完毕后，打开余液排泄阀18将高压容器1内剩余的堵漏液经余液出口联接管19沿余液出口联接管道20流出。高压容器1由高压容器底盖21与底盖联接法兰22与底盖联接螺钉23联接在主柱24上。