一种气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统。
【背景技术】
[0002]气体钻井是利用空气、天然气、氮气等作为循环介质的一种欠平衡钻井技术。与常规钻井相比，气体钻井在提高机械钻速、缩短钻井周期、减少储层损害等方面具有较大的优势，并且可消除井漏对钻井的影响、克服水敏性泥页岩遇水坍塌导致的井壁失稳等问题。
[0003]气体钻井钻遇出水层后，出水量较小时，可通过加大注气量和注气压力就能将出水携带至地面，至于应该增加多大的注气量、增加多大的注气压力，现场操作具有较大盲目性，这就造成了能源浪费、设备的磨损和负荷增加，如果能先通过室内试验进行模拟，可以给出不同情况下所需的具体注气量和注气压力，则可以避免类似问题发生。
[0004]如果地层出水量太大就只有采用充气泡沫钻井，甚至转换为常规钻井液钻进，这就缩短了气体钻井的应用井段，也限制了气体钻井应用规模。将吸水树脂应用于气体钻井，则可以吸收地层出水、保持井眼干燥，确保气体钻井的顺利进行。在不同地层出水量，需要添加多少吸水树脂，以及吸水树脂最多能吸收多少出水量(即吸水树脂适用的出水范围)，目前还缺乏一种模拟装置能给出以上参数。
[0005]目前，气体钻井工艺模拟装置很少见诸报道，东北石油大学有一套大型携肩试验装置，但该装置尺寸太大，长度在10m以上，内外径大于100mm，该装置内筒无法旋转，模拟功能单一，且占地面积较大，操作极为不方便，空压机排量大，每运行一次都需要耗费极大的人力、物力及电力。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是克服【背景技术】中存在的现有气体钻井室内模拟装置功能单一、体积大、能耗大、操作难、误差大的问题，而提供一种气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，该气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，模拟功能更全面，且占地面积小，能耗小、操作简单、误差小，同时，旋转的内筒能更真实的模拟气体钻井过程岩肩的粘附情况。
[0007]本实用新型解决其问题可通过如下技术方案来达到:该气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，包括模拟井筒，所述模拟井筒下端固定在底座上，模拟井筒上端固定有顶盖，所述模拟井筒通过顶盖固定连接一个中空的模拟钻杆，所述顶盖一侧连接排气管线;所述模拟钻杆上端通过空压机管线连接空气压缩机;所述空压机管线中部通过管线连接封闭钢罐;所述模拟井筒底部连接密闭钢罐;模拟井筒中下部连接装密闭钢罐;排气管线出口处连接塑料管线，塑料管线末端连接有岩肩回收箱。
[0008]本实用新型与上述【背景技术】相比较可具有如下有益效果:该气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，可以模拟气体钻井现场施工条件下，不同地层、不同钻速下所需要的气体排量，以及在钻遇出水地层后需要增加多大的注气量和注气压力，为现场应对复杂工况提供可靠、详实的参考数据;能在出水量较大时，模拟吸水树脂吸水、保持井壁干燥的携水工艺，并能确定吸水树脂适用的出水范围和吸水树脂的最终加量。本实用新型为气体钻井工艺的模拟及出水后气体钻井的携水工艺提供可靠的评价手段。
【附图说明】
[0009]附图1是本实用新型的结构示意图。
[0010]图中:1-高压气瓶;2-空气压缩机;3-流量调节阀;4-气体压力表;5-模拟钻杆;6-模拟井筒;7-顶盖;8-排气管线;9-回收装置；10-水箱；11-岩肩盛装箱；12-吸水树脂盛装箱;13-塑料管线;14-底座。
[0011]【具体实施方式】:
[0012]下面结合附图将对本实用新型作进一步说明:
[0013]如附图1所示，该气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，包括模拟井筒6，所述模拟井筒6下端固定在底座14上，模拟井筒6上端固定有顶盖7，顶盖上安装有电机，由电机带动模拟钻杆以一定的转速旋转;所述模拟井筒6通过顶盖7固定连接一个中空的模拟钻杆5，所述顶盖7—侧连接排气管线8;所述模拟钻杆5上端通过空压机管线连接空气压缩机2，所述空压机管线上接有流量调节阀3、气体压力表4;所述空压机管线中部通过管线连接装有粉末状吸水树脂的封闭钢罐12，封闭钢罐12上部连接高压气瓶1，由高压气瓶1持续提供压力以保证吸水树脂能够随着管线进入模拟井筒，吸水树脂的加量可由流量调节阀控制;所述模拟井筒6底部通过管线连接装有岩肩粉的密闭钢罐11，密闭钢罐11上部通过管线连接高压气瓶1，岩肩粉可由高压气瓶1持续提供压力随着管线进入模拟井筒6，并由流量调节阀控制加量;模拟井筒6中下部通过管线连接装有水的密闭钢罐10，密闭钢罐10上部连接高压气瓶1，由高压气瓶和流量调节阀控制加量;排气管线8出口处连接塑料管线13，模拟气体钻井岩肩返排管线;在返排管线塑料管线13的末端连接有岩肩回收箱9。
[0014]该气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统具体的操作步骤如下:
[0015](1)在确保空压机阀门畅通的情况下，开动模拟井筒顶盖7上的马达，使模拟钻杆5以现场气体钻井过程中的转速转动；
[0016](2)按照现场气体钻井过程中一定钻速下每秒钟产生的岩肩量，通过控制流量阀加入到模拟井筒内。在没有出水的情况下，只要钻速保持恒定，只需要较小的注气量和注气压力就能将岩肩携带至回收箱9;
[0017](3)逐渐将水箱10中的水通过流量阀加入到模拟井筒内，水量很小时，直接被气体携带出来;当水量逐渐加大，水和岩肩发生粘连，并粘附在模拟钻杆5上，此时加大注气量和注气压力后，粘附现象消失；
[0018](4)当水加入到一定量时，水和岩肩粘结成球，并大量粘附在模拟钻杆5和模拟井筒6内壁上，加大注气量和注气压力已无法将水和岩肩携带出来。由此可以得出通过加大注气量和注气压力能解决的地层出水范围，也能为现场气体钻井注气量和注气压力的上限、下限提供数据参考；
[0019](5)加大注气量和注气压力无法解决出水难题时，保持水量不变，打开装有吸水树脂的封闭钢罐12的阀门，逐渐加大加量，观察模拟井筒6内水和岩肩的粘连情况，以及在模拟钻杆5上的粘附情况；
[0020](6)当没有出现粘连情况时，逐渐加大注水量和吸水树脂加量，直至出现粘连和粘附情况为止。此时，可以得出吸水树脂适用的加水量和吸水树脂的加量，并可换算成现场钻井过程中吸水树脂适用的出水量范围和对应的吸水树脂加量；
[0021](7)可根据需要，调整底座14的倾斜角度来模拟气体钻井定向施工工艺。
[0022]实施例1
[0023]如图1所示，密闭箱10中装入水，密闭箱11中装入磨细的岩肩粉，在密闭箱12中装入粉末状吸水树脂。模拟井筒6内径为120mm，外径135mm，模拟钻杆5外径75mm，内径65mm。
[0024]装置组装后，按现场气体钻井的钻速、井径扩大率和地层岩石密度确定模拟实验中岩肩粉的加量，在岩肩加量不变情况下，模拟在不同出水量条件下，不使用吸水树脂要将岩肩和水携带出管线所需要的最小注气量和注气压力。按照装置操作步骤进行模拟，并将室内实验数据换算成现场气体钻井的参数。实验结果为:在没有加水之前，携带岩肩所需最小注气量为35m3/h，最小注气压力为1.6Mpa，在注水量为1.6m3/h(换算成现场气体钻井中的地层出水量，下同)时，不使用吸水树脂，即能将岩肩和水携带出管线的最大注气量为52m3/h，最小注气压力为2.1Mpa。
[0025]实施例2
[0026]在保持注气量为52m3/h，注气压力为2.1MP不变的情况下，加水量从1.6m3/h的加量上逐渐增加，观察模拟井筒内岩肩与水的粘连情况，以及模拟钻柱上岩肩的粘附情况。实验结果显示，当地层出水量为3.5 m3/h时，注气量和注气压力不变的情况下，吸水树脂加量为360kg/h，就可以将水分全部携带出来，没有出现相互粘结和成团的现象；当出水量大于3.5m3/h时，不管是加大注气量和注气压力，还是增加吸水树脂加量，出现较严重的粘结和成团现象，很难返排。由此可以得出，吸水树脂能够适用的地层出水的阈值为3.5m3/h，当地层出水量超过这一阈值，就应该停止气体钻井，转换为泡沫或者常规钻井液继续钻进。
[0027]从以上两个实施例的实验结果可以看出，本实用新型的气液固三相混合模拟装置可以对不同条件下的气体钻井工艺进行模拟，并能够模拟出水条件下的气体钻井井眼干燥工艺，为应对现场气体钻井复杂工况提供可靠的室内评价手段，能够为现场气体钻井所需要的注气量和注气压力等参数提供第一手参考数据。
【主权项】
1.一种气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，包括模拟井筒(6)，所述模拟井筒(6)下端固定在底座(14)上，模拟井筒(6)上端固定有顶盖(7)，其特征在于:所述模拟井筒(6)通过顶盖(7)固定连接一个中空的模拟钻杆(5)，所述顶盖(7)—侧连接排气管线(8);所述模拟钻杆(5)上端通过空压机管线连接空气压缩机(2);所述空压机管线中部通过管线连接封闭钢罐(12);所述模拟井筒(6)底部连接密闭钢罐(11);模拟井筒(6)中下部连接装密闭钢罐(10);排气管线(8)出口处连接塑料管线(13)，塑料管线(13)末端连接有岩肩回收箱(9)。2.根据权利要求1所述的气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，其特征在于:所述封闭钢罐(12)装有粉末状吸水树脂;密闭钢罐(11)内装有岩肩粉;密闭钢罐(10)内装有水。3.根据权利要求1所述的气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，其特征在于:所述密闭钢罐(10)、封闭钢罐(12)、密闭钢罐(11)上部通过管线连接高压气瓶(1)。4.根据权利要求1所述的气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，其特征在于:所述空压机管线上接有流量调节阀(3)、气体压力表(4)。
【专利摘要】本实用新型涉及一种气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统。主要解决了现有技术中存在的现有气体钻井室内模拟装置功能单一、能耗大、误差大的问题。其特征在于：所述模拟井筒(6)通过顶盖(7)固定连接一个中空的模拟钻杆（5），所述顶盖(7)一侧连接排气管线（8）；所述模拟钻杆上端通过空压机管线连接空气压缩机（2）；所述空压机管线中部通过管线连接封闭钢罐（12）；所述模拟井筒(6)底部连接密闭钢罐（11）；模拟井筒(6)中下部连接装密闭钢罐（10）；排气管线（8）出口处连接塑料管线（13），塑料管线末端连接有岩屑回收箱。该气体钻井气液固三相混合模拟井眼干燥评价系统，模拟功能更全面，能耗小、误差小。
【IPC分类】E21B49/00, E21B21/16
【公开号】CN205078207
【申请号】CN201520858844
【发明人】侯杰, 刘永贵, 宋广顺, 宋涛, 吴迪, 杨东梅, 孙露露
【申请人】中国石油天然气集团公司, 大庆石油管理局
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月30日