专利名称：一种地层压力模拟装置及方法
技术领域：
本发明属于油田、矿山等领域，具体涉及一种地层压力模拟装置及方法，用于模拟不同岩性、不同渗透率的地层及地层压力。
背景技术：
地层压力是描述油藏的重要参数。利用地层压力可以优化泥浆重度和当量循环密度，防止井涌、井喷、地层损害或意外的地层压裂及循环漏失，帮助校正预测地层压力的算法。利用地层压力数据可提高钻井效率，进行更好的现场决策，及时更新地质模型。用随钻地层压力测量工具测量地层压力，钻头刚钻开地层即进行测试，钻井液对所测地层污染小，压力测量精度高，能更好地反应地层真实的压力状况。随钻地层压力测量工具解决了在大斜度井、大位移井中传统测量工具下入难等问题。 现有技术中，专利号为99121376. 9的专利公开了一种设有穿入探头的地层压力测量装置及其测量方法，该发明涉及一种用于测量与井孔相交的地层参数的装置和方法，使用一个可在井孔内移动的工具体。工具体携带有驱动装置，驱动装置推动探头在井眼内进行相应动作，在缩回位置与穿入井壁的伸出位置之间移动。当探头移动到伸出位置时，探头对井壁上形成密封，探头内的测量装置可以测量地层参数，该发明为一种测量地层参数的井下装置。专利号为200820210641. X的专利公开了一种随钻地层压力检测装置，该实用新型由液压泵、压力传感器、电路仓、减压阀、推靠活塞等部件组成。能及时检测并提供地层压力，实现钻井实时控制钻井液柱压力，该实用新型为石油钻井用的一种随钻地层压力检测
>J-U装直。专利号为200910002450. 3的专利公开了石油钻井用的一种随钻地层压力测试装置及方法，可以实现井底地层压力数据的动态采集，并实时传输至地面。该发明由安装在钻柱底部的地面控制指令接收单元、环空封隔单元、地层压力测试单元、数据上传单元、电源单元和地面数据处理单元组成。文献“随钻地层测试技术及其应用”(请参考《测井技术》2005. 8)中介绍了 DFT随钻地层测试器，为一种随钻测量地层压力的井下工具。DFT随钻地层测试器由双封隔器、压降泵、石英压力计等部件组成，在地层几乎未受污染的条件下测量地层压力，减少了作用风险，节约了费用，具有较好的经济效果。文献“新型随钻地层压力测试工具”(请参考《国外油田工程》2005. 11)中介绍了贝克休斯公司研发的TesTrak随钻地层压力测试工具，该工具由智能控制系统、泵系统、压力计等组成，具有基本测试与优化测试两种测试模式。该工具可与其它井下工具组合随钻测量地层压力。文献“模拟地层条件下不同岩性抗压强度试验特征”(请参考《科技资讯》2010. 7)中介绍了使用三轴岩石应力仪分析岩心的抗压强度。该仪器通过液压泵站在岩心两端与四周施加液压力，岩心两端压力逐渐升高，直至将岩心破坏，通过这样的方法研究岩石力学性质。通过分析可知，目前相关技术多用于研究岩心抗压强度、渗透率等试验仪器设备中。通过流体介质向岩心端部施加压力，进而研究岩心抵抗外力侵入的能力与流体通过岩心的渗透性能。而用于地层压力测量的地层压力模拟装置及方法的相关研究还处于探索阶段。另外，随钻地层压力测量工具与其它井下测量仪器相比，结构复杂，其核心部件是微型化的机械、电子、液压系统。随钻地层压力测量工具的工作环境十分严酷，加上钻柱内空间狭小，给测量工具的设计带来很大的难度，也存在较大的技术风险。国内外在此技术领域内可供参考的技术资料很少，几乎是空白。此外，由于油气井钻井现场处于偏远地带，在钻井现场进行随钻地层压力测量工具的原理与性能试验，技术保障存在诸多困难，增加了试验的难度；下井试验时，影响油气井正常钻探工作的开展，导致成本增加。因此，为开展随钻地层压力测量与其它技术研究，需要设计开发一套能够在地面 模拟地层压力的模拟装置。本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种地层压力模拟装置及方法，可在室内模拟不同岩性、不同渗透率的地层及地层压力，可用于随钻地层压力测量短节的地面测试、校核与试验，在地面模拟随钻地层压力测试短节测量地层压力的工作过程，也可作为随钻地层压力测量控制算法的开发测试平台。本发明是通过以下技术方案实现的
一种地层压力模拟装置，包括模拟井筒5、地层岩心模拟模块6、地层流体模拟模块7、地层压力模拟模块10、数据处理及控制模块9。所述模拟井筒5为筒状结构，所述地层岩心模拟模块6安装在所述模拟井筒5的壁上，其一端与模拟井筒5的内腔相连通，另一端与地层流体模拟模块7的一端相连通；地层流体模拟模块7的另一端与地层压力模拟模块10相连通。在所述模拟井筒5的腔内放置被测试的随钻地层压力测量短节。在所述地层岩心模拟模块6和地层流体模拟模块7之间的管路上装有压力传感器8。压力传感器8采集地层岩心模拟模块6内的地层压力信号，经A/D转换与调制处理后送入数据处理及控制模块9，与预设的地层压力数字做比较，两者的差值作为控制信号，控制地层压力模拟模块10的输出压力，使地层压力模拟模块10输出的地层压力与预先设定的地层压力数字相近或相似。所述数据处理及控制模块9采用工控机，包括数据采集处理系统和控制系统。所述模拟井筒5包括上端盖I、井壁2、下端盖3，上端盖I安装在井壁2的上端面，下端盖3安装在井壁2的下端面，在所述井壁2上开有地层岩心模拟模块安装孔4，所述模拟井筒5的腔内放置测试随钻地层压力测量短节。所述地层岩心模拟模块6包括外安装座24、法兰盘25、高压油口 26、模拟岩心安装座27、岩心28和密封件。所述模拟岩心安装座27和外安装座24均为一端带法兰的套筒状结构，岩心28外包裹有密封件，岩心28及密封件一起安装在所述模拟岩心安装座27内，模拟岩心安装座27再安装在外安装座24内，模拟岩心安装座27的法兰的内端面与外安装座24的法兰的外端面接触，模拟岩心安装座27的法兰的外端面与法兰盘25接触，通过螺栓将法兰盘25、模拟岩心安装座27和外安装座24固定在一起。所述外安装座24固定在模拟井筒5的井壁2上，模拟岩心安装座27 —端插入地层岩心模拟模块安装孔4内，在法兰盘25的中心安装有高压油口 26，模拟地层流体通过高压油口 26进入岩心28，再通过岩心28渗透进入模拟井筒5内。所述地层流体模拟模块7为液压缸结构，缸体内装有活塞19，活塞19将缸体分为两个腔，活塞19的一侧为高压液压油腔18，另一侧为模拟地层流体腔20。在所述高压液压油腔18 —侧开有液压油入口 17，在高压液压油腔18上端开有排 气口 23。在所述模拟地层流体腔20的一侧开有模拟地层流体出口 21，在模拟地层流体腔20的上端开有模拟地层流体注入口 22。所述液压油入口 17与地层压力模拟模块10相连通，所述模拟地层流体出口 21与地层岩心模拟模块6上的高压油口 26相连通。电机与液压泵15相连，电磁换向阀14的第一个接口与液压泵15相连通，第二个接口与冷却器相连通，冷却器与过滤器相连通，第三个接口通过双向液压锁与调速阀13的接口相通，调速阀13与增压缸12的下腔相连通，第四个接口通过双向液压锁与增压缸12的上腔连通；增压缸12的上腔也与电磁阀11连通；液压泵15的出油口还接有溢流阀。工控机控制液压泵15的输出压力。所述密封件为一金属包裹体，是通过浇注的方式包裹在岩心28外的，其与岩心28紧密结合成为一体。地面数据处理与控制模块9的功能由一台工控机完成，包括数据采集处理模块、控制模块和电源管理模块；压力传感器8采集地层岩心模拟模块6内的地层压力信号，经调理电路整形、滤波后输入到A/D转换电路，A/D转换电路对各通道信号进行模拟数字转换后将地层压力数据传输到数据采集处理模块，数据采集处理模块完成各部分电路的接口和对数据的数字信号处理，同时电源管理模块管理其它模块的供电以降低功耗。控制模块控制液压泵15的输出压力。本发明的地层压力模拟装置的使用方法包括以下步骤
步骤I :根据试验要求选取模拟地层的岩心28与地层流体。步骤2 :将随钻地层压力测量短节放置在模拟井筒5内，将模拟井筒5密封。步骤3 :地层压力模拟装置开机，数据处理系统与控制系统初始化。步骤4 :根据试验要求，在工控机内设定地层压力值。步骤5 :向电机供电，液压泵15回转，启动地层压力模拟装置。步骤6 :如果数据采集处理系统采集到的地层压力达到设定值，进行下一步操作，否则控制系统继续调整液压泵15的输出压力，直至输出压力接近或达到地层压力设定值。步骤7 :如果需要测试，进行下一步操作，否则等待。步骤8 :随钻地层压力测量短节的测量探头推靠至地层岩心模拟模块6内的岩心28端部，进行测试。步骤9 :测试完毕，随钻地层压力测量短节的测量探头回位。步骤10 :如果结束本次测试，进行下一步操作，否则返回步骤(6)。
步骤11 :关闭地层压力模拟装置。步骤12 :关机。步骤13 :取出随钻地层压力测量短节。步骤14 :数据后期处理与解释。步骤15 :装置保养，准备下次测试。与现有技术相比，本发明的有益效果是
(I)本发明提供了一种地层压力模拟装置和方法，能在室内模拟不同岩性、不同渗透率的地层及地层压力。
(2)通过该装置，可以进行随钻地层压力测量短节的室内试验，在地面模拟随钻地层压力测试短节测量地层压力的工作过程，可作为随钻地层压力测量短节的测试平台与随钻地层压力测量控制算法的开发平台。(3)地层压力模拟装置避免了在钻井现场进行随钻地层压力测量短节试验时设备
搬迁、操作维护不便，影响钻井进度、增大钻井成本等问题，降低了试验难度，提高了经济效.、/■
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图I是本发明地层压力模拟装置的原理图。图2是本发明地层压力模拟装置中的模拟井筒的结构示意图。图3是本发明地层压力模拟装置中的地层流体模拟模块的结构示意图。图4是本发明地层压力模拟装置中的地层岩心模拟模块的结构示意图。图5是本发明地层压力模拟装置的使用原理图。
其中，I为上端盖，2为井壁，3为下端盖，4为地层岩心模拟模块安装孔，5为模拟井筒，6为地层岩心模拟模块，7为地层流体模拟模块，8为压力传感器，9为数据处理与控制模块，10为地层压力模拟模块，11为电磁阀，12为增压缸，13为调速阀，14为换向阀，15为液压泵，16为岩心端面，17为高压液油入口，18为高压液压油腔，19为活塞，20为模拟地层流体腔，21为模拟地层流体出口，22为模拟地层流体注入口，23为排气口，24为外安装座，25为法兰，26为高压油口，27为岩心安装座，28为岩心，29为定位活塞，30为测量短节，31为测量探头。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述
如图I所示，一种模拟地层压力的试验装置，包括模拟井筒5、地层岩心模拟模块6、地层流体模拟模块7、地层压力模拟模块10、数据处理及控制模块9。本发明为在地面模拟井下地层压力的装置。所述模拟井筒5为筒状结构，在其筒壁上开有地层岩心模拟模块安装孔4，所述地层岩心模拟模块6安装在所述地层岩心模拟模块安装孔内，其一端与模拟井筒5的内腔相连通，另一端与地层流体模拟模块7的一端相连通；地层流体模拟模块7的另一端与地层压力模拟模块10相连通。在所述地层岩心模拟模块6和地层流体模拟模块7之间的管路上装有传感器8。
数据处理及控制模块通过压力传感器8采集增压缸输出的地层压力信号，经A/D转换与调制处理送入工控机，与预设的地层压力数字做比较，两者的差值作为控制信号，控制液压泵15的输出压力，使增压缸输出的地层压力与预先设定的地层压力数字相近或相似。( I)模拟井筒
如图2所示，模拟井筒为筒状结构，包括上端盖I、井壁2、下端盖3，上端盖I安装在井壁2的上端面，下端盖3安装在井壁2的下端面，在所述井壁2上开有地层岩心模拟模块安装孔4，所述模拟井筒的内部形成了测试随钻地层压力测量短节的空间。实际应用时，根据钻井实际井眼环境与尺寸对模拟井筒进行耐高温高压设计，内径可以设计为6. 75、. 5英寸，但不限于这些尺寸。(2)地层岩心模拟模块
如图I第6部分所示，地层岩心模拟模块6安装在模拟井筒外壁上，一端与模拟井筒内 部相连通，另一端与地层流体模拟模块7相连通；在所述地层岩心模拟模块6内装有岩心，根据试验需求，可更换不同岩性、不同渗透率的岩心来模拟真实地层。岩心外围经过特殊封装处理，有较好的密封效果，在较高压力作用下，使得模拟地层流体只能经过岩心内部渗入到模拟井筒，而不从岩心与岩心安装座之间渗入模拟井筒。图4所示的是地层岩心模拟模块的原理图，如图4所示，地层岩心模拟模块6包括外安装座24、法兰盘25、高压油口 26、模拟岩心安装座27、岩心28 ;所述模拟岩心安装座27和外安装座24均为一端带法兰的套筒状结构，岩心28外包裹有密封件(所述密封件为一金属包裹体，是通过烧注的方式包裹在岩心28外的,其与岩心28紧密结合成为一体。),岩心28及密封件一起安装在所述模拟岩心安装座27内，模拟岩心安装座27再安装在外安装座24内，模拟岩心安装座27的法兰的内端面与外安装座24的法兰的外端面接触，模拟岩心安装座27的法兰的外端面与法兰盘25接触，通过螺栓将法兰盘25、模拟岩心安装座27和外安装座24固定在一起；法兰盘25对地层岩心模拟模块6进行密封。所述外安装座24固定在模拟井筒5的井壁2上,岩心安装座27 —端插入地层岩心模拟模块安装孔4内，在法兰盘25的中心安装高压油口 26，高压油通过高压油口 26进入岩心28，再通过岩心28渗透进入模拟井筒5内。使用时，打开法兰盘25，将岩心28及密封件放入模拟岩心安装座27内，根据试验要求可更换不同岩性及渗透率的岩心。岩心28放置完成后，用法兰盘25将地层岩心模拟模块6密封。岩心28经过密封处理(此处的密封处理就是指上述的在岩心28外面包裹有密封件。)，其外围的密封件可防止模拟地层流体从岩心安装座27与岩心28之间渗入模拟井筒5，而是让模拟地层流体从岩心28渗透到模拟井筒5内。( 3 )地层流体模拟模块
如图I第7部分所示，地层流体模拟模块7安装在地层岩心模拟模块6与地层压力模拟模块10之间。其一端连通高压油液，另一端与地层岩心模拟模块6相连通。根据试验要求，可更换不同性质的流体来模拟真实地层流体，模拟不同压力下，不同性质的地层流体在不同岩性、不同渗透率的岩心内的渗流，进而可研究随钻地层压力测量控制算法。图3所示的是地层流体模拟模块7的原理图，所述地层流体模拟模块7为液压缸结构，缸体内装有活塞19，活塞19将缸体分为两个腔，活塞19的一侧为高压液压油腔18，另一侧为模拟地层流体腔20 ;在所述高压液压油腔18—侧开有液压油入口 17，在高压液压油腔18上端开有排气口 23，在所述模拟地层流体腔20的一侧开有模拟地层流体出口 21，在模拟地层流体腔20的上端开有模拟地层流体注入口 22 ;所述液压油入口 17与地层压力模拟模块10相连通，所述模拟地层流体出口 21与地层岩心模拟模块6上的高压油口 26相连通。高压液压油通过液压油入口 17进入地层流体模拟模块7的高压液压油腔18内，液压油作用在活塞19上。活塞19的另一侧是模拟地层流体腔20。活塞19将高压液压油腔18与模拟地层流体腔20隔离开来，防止液压油污染地层流体，影响试验效果。试验过程中，模拟地层流体经模拟地层流体出口 21进入地层岩心模拟模块6内，因此地层流体会有所损失，体积减少。试验结束后，打开排气口 23，通过地层流体注入口 22向地层流体模拟装置补充地层流体，供下次试验使用。 (4)地层压力模拟模块
如图I所示，地层压力模拟模块10向地层流体模拟模块7提供不同压力的高压油，用来模拟地层压力。该模块包括电磁阀11、增压缸12、调速阀13、电磁换向阀14、液压泵15和电机。液压油的压力通过地层流体模拟模块作用在地层岩心模拟模块内的岩心上，来模拟真实的地层压力。液压泵的输出压力有限，为模拟更大压力范围的地层压力，采用增压缸放大液压泵输出压力的方法模拟地层压力。电机与液压泵15相连，电磁换向阀14的第一个接口与液压泵15相连通,第二个接口与冷却器相连通，冷却器与过滤器相连通，第三个接口通过双向液压锁与调速阀13的接口相通，调速阀13与增压缸12的下腔相连通，第四个接口通过双向液压锁与增压缸12的上腔连通。增压缸12的上腔也与电磁阀11连通。液压泵15的出油口还接有溢流阀。使用时，向电动机供电，带动液压泵15回转，高压液压油经过换向阀14，再通过双向液压锁与调速阀13进入增压缸12的下腔，通过增压缸12的增压作用，高压油的压力数值在增压缸12的上腔被放大，通过电磁阀11后进入地层流体模拟模块7，然后作用在地层岩心模拟模块6内的岩心上,模拟地层压力。换向阀14控制增压缸12内活塞的运动方向，高压油进入增压缸12的下腔，活塞向上运动到增压缸12的上腔顶端后，控制换向阀14，关闭电磁阀11，高压油作用在增压缸12的上腔顶端，活塞向下运动，回到增压缸12的下腔低端，恢复初始状态。需要再次增压时，控制换向阀14，使高压油进入液压缸12的下腔，活塞再次向上运动，放大液压泵15的输出压力，模拟地层压力。调速阀13控制液压缸12内的活塞运动速度，使液压缸12上腔的压力匀速增大,保持地层压力增长的稳定性,提高地层压力控制精度。当地层压力升高到预先设定的数值后，电磁阀11可切断地层流体模拟模块7的液压源，进而保持地层岩心模拟模块6内的地层压力。此时液压泵15可停止转动，节省能量。当地层压力减小时，控制系统自动开启液压泵15，继续通过地层流体模拟模块7向地层岩心模拟模块6内的岩心提供模拟地层流体，直到地层压力与预设值相近，液压泵15再次停止运转。(5)数据处理及控制模块
数据处理及控制模块通过压力传感器8采集增压缸输出的地层压力信号，经A/D转换与调制处理送入工控机，与预设的地层压力数字做比较，两者的差值作为控制信号，控制液压泵15的输出压力，使增压缸输出的地层压力与预先设定的地层压力数字相近或相似，达到精确闭环反馈控制地层压力的目的。如图I第9部分所示。地面数据处理与控制模块9的功能由一台工控机完成，包括数据采集处理模块、控制模块和电源管理模块。其中数据采集处理模块的工作原理为压力传感器8采集地层岩心模拟模块6内的地层压力信号(也就是地层压力模拟模块10的输入压力)，经调理电路整形、滤波后输入到A/D转换电路，A/D转换电路对各通道信号进行模拟数字转换后将地层压力数据传输到数据采集处理模块，数据采集处理模块完成各部分电路的接口和对数据的数字信号处理，同时电源管理模块管理其它模块的供电以降低功耗。控制模块的工作原理是工控机控制液压泵15的输出压力，向地层流体模拟模块7输入高压油，然后地层岩心模拟模块6内模拟地层流体压力升高，来模拟地层压力。压力传感器8检测地层岩心模拟模块6内的地层压力，与预先设定的地层压力值做比较，产生的差值作为液压泵15的控制量，控制液压泵15的输出压力，进而使增压缸12的输出压力接 近或达到预先设定的地层压力后，工控机根据保压要求，使液压泵15停止运转，关闭电磁阀11，这样地层岩心模拟模块6内的地层压力保持稳定。控制系统具有自动开机、分段加压、自动停机保压、自动卸压、压力自动补偿等功能，提高地层压力的控制精度。本发明地层压力模拟装置的使用原理如下
如图5所示，使用地层压力模拟装置时，先将要测试的随钻地层压力测量短节30放置在模拟井筒5的腔内。密封的井筒内有高温高压流体，模拟真实的井筒环境。定位活塞29、测量探头31从随钻地层压力测量短节内部伸出。测量探头31与岩心28相连通，测量探头31内部产生压力降，模拟地层流体通过地层岩心模拟模块6内的岩心28、测量探头31流入测量短节30内。压力平衡后，测量短节30内部的压力传感器测量的流体压力就是地层压力。由于地层压力模拟装置的输出地层压力已预先设定，因此可以判定测量短节30所测量地层压力的准确性。模拟井筒5内可设计为高温高压环境，用于测试测量短节30在高温高压环境内的工作可靠性。同时，通过研究地层岩心模拟模块6与测量短节30的测量探头31内的地层流体压力的降低、升高和恢复可开发随钻地层压力测量的控制算法，进而提高测量短节测量地层压力的准确性。本发明的地层压力模拟装置的使用方法包括以下步骤
步骤I :根据试验要求选取模拟地层的岩心与地层流体。步骤2 :将随钻地层压力测量短节放置在模拟井筒内，将模拟井筒密封。步骤3 :地层压力模拟装置开机，数据处理系统与控制系统初始化。步骤4 :根据试验要求，在工控机内设定地层压力值。步骤5 :向电机供电，液压泵回转，启动地层压力模拟装置。步骤6 :如果数据采集处理系统采集到的地层压力达到设定值，进行下一步操作，否则控制系统继续调整液压泵的输出压力，直至输出压力接近或达到地层压力设定值。步骤7 :如果需要测试，进行下一步操作，否则等待。步骤8 :随钻地层压力测量短节的测量探头推靠至地层岩心模拟模块内的岩心端部，进行测试。步骤9 :测试完毕，随钻地层压力测量短节的测量探头回位。步骤10 :如果结束本次测试，进行下一步操作，否则返回步骤(6)。步骤11 :关闭地层压力模拟装置。
步骤12 :关机。步骤13 :取出随钻地层压力测量短节。步骤14 :数据后期处理与解释。步骤15 ::装置保养，准备下次测试。本发明应用于油气勘探、开发中，实现地层压力随钻测量工具开发过程中的地面试验和仿真测试。随钻测量地层压力是目前石油钻井中急需解决的技术之一，随钻地层压力测量工具的结构复杂，设计和加工技术要求高、难度大，因此在研发过程中需要一套地面装置进行试验与仿真调试。同时，入井产品也需要在地面进行大量的试验，以确保工具的可靠性和入井安全。对一些低渗透率的地层来说，在规定的测量时间内无法达到压力平衡，完成测试任务，需要一套数学模型来进行压力恢复的计算，本发明的模拟装置可作为压力测量算法的研究平台。随着地层压力随钻测量工具的广泛应用，本发明必将会发挥重要作用。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
权利要求
1.一种地层压力模拟装置，其特征在于所述地层压力模拟装置包括模拟井筒(5)、地层岩心模拟模块(6)、地层流体模拟模块(7)、地层压力模拟模块(10)、数据处理及控制模块(9)； 所述模拟井筒(5)为筒状结构，所述地层岩心模拟模块(6)安装在所述模拟井筒(5)的壁上，其一端与模拟井筒(5)的内腔相连通，另一端与地层流体模拟模块(7)的一端相连通；地层流体模拟模块(7)的另一端与地层压力模拟模块(10)相连通； 在所述模拟井筒(5)的腔内放置被测试的随钻地层压力测量短节； 在所述地层岩心模拟模块(6)和地层流体模拟模块(7)之间的管路上装有压力传感器(8)； 压力传感器(8)采集地层岩心模拟模块(6)内的地层压力信号，经A/D转换与调制处理后送入数据处理及控制模块(9)，与预设的地层压力数字做比较，两者的差值作为控制信号，控制地层压力模拟模块(10)的输出压力，使地层压力模拟模块(10)输出的地层压力与预先设定的地层压力数字相近或相似。
2.根据权利要求I所述的地层压力模拟装置，其特征在于所述模拟井筒(5)包括上端盖(I)、井壁(2)、下端盖(3);上端盖(I)安装在井壁(2)的上端面，下端盖(3)安装在井壁2的下端面，在所述井壁(2)上开有地层岩心模拟模块安装孔(4)。
3.根据权利要求2所述的地层压力模拟装置，其特征在于所述地层岩心模拟模块(6)包括外安装座(24)、法兰(25)、高压油口(26)、模拟岩心安装座(27)、岩心(28)和密封件； 所述模拟岩心安装座(27)和外安装座(24)均为一端带法兰的套筒状结构，岩心(28)外包裹有密封件，岩心(28)及密封件一起安装在所述模拟岩心安装座(27)内，模拟岩心安装座(27)再安装在外安装座(24)内，模拟岩心安装座(27)的法兰的内端面与外安装座(24)的法兰的外端面接触，模拟岩心安装座(27)的法兰的外端面与法兰(25)接触，通过螺栓将法兰(25)、模拟岩心安装座(27)和外安装座(24)固定在一起； 所述外安装座(24)固定在模拟井筒(5)的井壁(2)上，模拟岩心安装座(27) —端插入地层岩心模拟模块安装孔(4)内，在法兰(25)的中心安装有高压油口(26)，模拟地层流体通过高压油口( 26 )进入岩心(28 )，再通过岩心(28 )渗透进入模拟井筒(5 )内。
4.根据权利要求3所述的地层压力模拟装置，其特征在于所述地层流体模拟模块(7)为液压缸结构，缸体内装有活塞(19)，活塞(19)将缸体分为两个腔，活塞(19)的一侧为高压液压油腔(18)，另一侧为模拟地层流体腔(20); 在所述高压液压油腔(18) 一侧开有液压油入口( 17)，在高压液压油腔(18)上端开有排气口(23)； 在所述模拟地层流体腔(20)的一侧开有模拟地层流体出口(21)，在模拟地层流体腔(20)的上端开有模拟地层流体注入口(22)； 所述液压油入口(17)与地层压力模拟模块(10)相连通，所述模拟地层流体出口(21)与地层岩心模拟模块(6)上的高压油口(26)相连通。
5.根据权利要求4所述的地层压力模拟装置，其特征在于所述地层压力模拟模块(10)包括电磁阀(11)、增压缸(12)、调速阀(13)、电磁换向阀(14)、液压泵(15)和电机； 电机与液压泵(15)相连，电磁换向阀(14)的第一个接口与液压泵(15)相连通，第二个接口与冷却器相连通，冷却器与过滤器相连通，第三个接口通过双向液压锁与调速阀(13)的接口相通，调速阀(13)与增压缸(12)的下腔相连通，第四个接口通过双向液压锁与增压缸(12)的上腔连通；增压缸(12)的上腔也与电磁阀11连通；液压泵15的出油口接有溢流阀； 工控机控制液压泵15的输出压力。
6.根据权利要求3所述的模拟地层压力的试验装置，其特征在于所述密封件为一金属包裹体，是通过浇注的方式包裹在岩心(28)外的，其与岩心(28)紧密结合成为一体。
7.根据权利要求I所述的模拟地层压力的试验装置，其特征在于所述数据处理与控制模块(9)的功能由一台工控机完成，包括数据采集处理模块、控制模块和电源管理模块；压力传感器8采集地层岩心模拟模块(6)内的地层压力信号，经调理电路整形、滤波后输入到A/D转换电路，A/D转换电路对各通道信号进行模拟数字转换后将地层压力数据传输到数据采集处理模块，数据采集处理模块完成各部分电路的接口和对数据的数字信号处理，同时电源管理模块管理其它模块的供电以降低功耗； 控制模块控制液压泵(15)的输出压力。
8.一种使用权利要求5所述地层压力模拟装置的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 步骤I :根据试验要求选取模拟地层的岩心(28)与地层流体； 步骤2 :将随钻地层压力测量短节放置在模拟井筒(5)内，将模拟井筒(5)密封； 步骤3 :地层压力模拟装置开机，数据处理系统与控制系统初始化； 步骤4 :根据试验要求，在工控机内设定地层压力值； 步骤5 :向电机供电，液压泵(15)回转，启动地层压力模拟装置； 步骤6 :如果数据采集处理系统采集到的地层压力达到设定值，进行下一步操作，否则控制系统继续调整液压泵(15)的输出压力，直至输出压力接近或达到地层压力设定值；步骤7 :如果需要测试，进行下一步操作，否则等待； 步骤8 :随钻地层压力测量短节的测量探头推靠至地层岩心模拟模块(6)内的岩心(28)端部，进行测试； 步骤9 :测试完毕，随钻地层压力测量短节的测量探头回位； 步骤10 :如果结束本次测试，进行下一步操作，否则返回步骤(6)； 步骤11 :关闭地层压力模拟装置； 步骤12 :关机； 步骤13 :取出随钻地层压力测量短节； 步骤14 :数据后期处理与解释； 步骤15 :装置保养，准备下次测试。
全文摘要
本发明提供了一种地层压力模拟装置及方法，属于油田、矿山等领域。本装置包括模拟井筒(5)、地层岩心模拟模块(6)、地层流体模拟模块(7)、地层压力模拟模块(10)、数据处理及控制模块(9)。利用本装置能在室内模拟不同岩性、不同渗透率的地层及地层压力；通过该装置，可以进行随钻地层压力测量短节的室内试验，在地面模拟随钻地层压力测试短节测量地层压力的工作过程，验证测量短节的测试准确性，可作为随钻地层压力测量短节的测试平台与随钻地层压力测量控制算法的开发平台；地层压力模拟装置避免了在钻井现场进行随钻地层压力测量短节试验时设备搬迁、操作维护不便，影响钻井进度、增大钻井成本等问题，降低了试验难度，提高了经济效益。
文档编号E21B49/00GK102748015SQ201110102278
公开日2012年10月24日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者凌勇, 刘宇辉, 曾义金, 杨春国, 牛新明, 王强, 郑俊华, 马开华, 高炳堂 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院, 四川航天技术研究院