一种用于模拟复杂地层漏失通道的裂缝模拟单元的制作方法

本实用新型涉及石油与天然气行业试验设备技术领域，更具体地说涉及一种用于模拟复杂地层漏失通道的裂缝模拟单元，用于模拟井下裂缝漏失地层，实现堵漏效果评价。

背景技术：

井漏是石油、天然气勘探开发过程中普遍存在的一种现象，井漏的发生不仅造成工作液成本的增加，同时易引发井喷、卡钻、井塌等井下复杂事故，严重时可导致部分井段或全井段报废，造成重大的经济损失。井漏发生必须具备两个基本条件：一是，地层中存在漏失通道（如孔隙、裂缝或溶洞）；二是，井筒与地层之间存在能使工作液在漏失通道中发生流动的正压差。根据漏失通道的不同，可将井漏分为孔隙性漏失、裂缝性漏失、孔隙-裂缝性漏失、孔洞-裂缝性漏失、溶洞性漏失等。井漏发生以后，由于地层漏失机理、漏失通道的不同，采用的堵漏材料也不尽相同，如何及时有效地封堵漏层是一项非常重要的工作。因此，为提高现场封堵的实施效果，需要通过试验装置模拟井下情况，验证堵漏材料的堵漏效果，为堵漏方案的改进和优化提供科学的实验依据。

国外早在二十世纪六十年代初即已研制出堵漏评价试验装置，到二十世纪八十年代末，已有众多类型和不同功用的堵漏试验设备用于理论研究和堵漏作业效果评价。我国从二十世纪八十年代中期开始，也相继研制或参照国外经验改进了一批堵漏评价试验装置，并取得了相应的成果。但是，由于堵漏材料自适应性不强，缺乏更为科学的防漏堵漏评价实验技术，井漏问题仍没有得到很好的解决，特别对于如何模拟复杂漏失地层、并对其进行堵漏模拟评价至关重要。

目前室内广泛采用的堵漏试验装置主要为API静态堵漏实验仪，该装置可对不同缝宽的裂缝性漏失地层进行堵漏评价，也可评价不同渗透性或孔隙性地层下的封堵能力。然而，其最大的缺点在于缝板比较薄（仅6.4mm），堵漏剂要么不进入裂缝，要么穿过裂缝，难以在裂缝中形成有效堵墙；其次，缝板结构单一，不能满足复杂地层模拟评价要求。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷和不足，本申请提供了一种用于模拟复杂地层漏失通道的裂缝模拟单元，本申请的裂缝模拟单元可以模拟裂缝性漏失，同时也可进行多缝模拟组合，缝板结构多样化，实现对不同漏失地层的有效模拟，从而更好地进行堵漏效果评价。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请是通过下述技术方案实现的：

一种用于模拟复杂地层漏失通道的裂缝模拟单元，其特征在于：所述裂缝模拟单元是由裂缝固定套筒和裂缝组合单元构成，所述裂缝组合单元分为变径裂缝组合、非变径裂缝组合和变径-非变径组合；所述裂缝组合单元的裂缝是由垫片与隔板拼接而成；垫片分为平板型垫片与六面体型垫片，隔板分为平板型隔板与六面体型隔板；垫片和隔板上均开有两个及以上的孔洞，盖板与底板在其对应位置设有相同数量的螺纹孔，通过沉头螺钉实现盖板、垫片、隔板、底板间的固定。

所述裂缝固定套筒的外形为圆柱体，所述裂缝固定套筒的内部为长方体中空结构，裂缝固定套筒的上表面设有两个对称的穿孔，裂缝固定套筒的下表面设置有四个对称的螺纹孔。

采用平板型垫片与平板型隔板可任意组合不同缝宽、不同缝数的非变径裂缝模拟单元。

采用平板型垫片、六面体型垫片、平板型隔板、六面体型隔板可实现不同缝宽、变径、变径与非变径组合、不同缝数的裂缝组合。

本实用新型还公开了一种采用本申请裂缝模拟单元进行复杂地层漏失通道的模拟，包括堵漏模拟筒，所述堵漏模拟筒用于封装不同组合的堵漏模拟单元，所述堵漏模拟单元包括溶洞模拟单元、裂缝模拟单元和孔隙-渗透性模拟单元，所述不同组合的堵漏模拟单元是指，溶洞模拟单元、裂缝模拟单元和孔隙-渗透性模拟单元中一种或多种的任意组合的堵漏模拟单元；将不同的堵漏模拟单元进行任意组合，并放置于堵漏模拟筒中，实现对复杂地层漏失通道的模拟。

所述堵漏模拟筒包括主体结构、中空固定堵头和导流弯管，所述主体结构为一圆柱体套筒，内部设置有堵漏模拟筒腔体，所述堵漏模拟筒腔体用于封装不同组合的堵漏模拟单元；所述堵漏模拟筒腔体一端设置有台阶，另一端与中空固定堵头连接，所述导流弯管与中空固定堵头连接。

所述堵漏模拟筒腔体上连接中空固定堵头的一端内设置有密封固定环，所述中空固定堵头挤压住密封固定环。

所述密封固定环上设置有“O”型槽，所述“O”型槽内放置有“O”型橡胶圈。

所述中空固定堵头与堵漏模拟筒的主体结构之间采用螺纹连接。

所述中空固定堵头上下前后设有四个对称圆孔。

所述主体结构上端设置有凹型槽。

所述堵漏模拟单元中的溶洞模拟单元，分为非变径溶洞模拟单元、变径溶洞模拟单元和非变径-变径组合溶洞模拟单元。

所述溶洞模拟单元通过分割线将溶洞模拟单元本体分隔为两部分，即溶洞模拟单元下半圆和溶洞模拟单元上半圆；中间中空部分为溶洞结构；所述溶洞模拟单元本体均开有一定数量贯穿的螺孔，通过盘头螺钉将溶洞模拟单元下半圆和溶洞模拟单元上半圆连接为一个整体。

所述非变径溶洞模拟单元的溶洞直径固定，溶洞模拟单元本体的上表面和下表面的溶洞直径相同，非变径溶洞模拟单元的溶洞模拟单元本体的下表面设置有两个对称螺纹孔。

所述变径溶洞模拟单元的溶洞模拟单元本体的上表面和下表面的溶洞直径不同，变径溶洞模拟单元的溶洞模拟单元本体的上表面和下表面均设置有两个对称的螺纹孔。

所述堵漏模拟单元中的裂缝模拟单元是由裂缝固定套筒和裂缝组合单元构成，所述裂缝固定套筒的外形为圆柱体，所述裂缝组合单元分为变径裂缝组合、非变径裂缝组合和变径-非变径组合。

所述裂缝固定套筒的内部为长方体中空结构，裂缝固定套筒的上表面设有两个对称的穿孔，裂缝固定套筒的下表面设置有四个对称的螺纹孔。

所述裂缝组合单元的裂缝是由垫片与隔板拼接而成；垫片分为平板型垫片与六面体型垫片，隔板分为平板型隔板与六面体型隔板；垫片和隔板上均开有两个及以上的孔洞，盖板与底板在其对应位置设有相同数量的螺纹孔，通过沉头螺钉实现盖板、垫片、隔板、底板间的固定。

采用平板型垫片与平板型隔板可任意组合不同缝宽、不同缝数的非变径裂缝模拟单元。

采用平板型垫片、六面体型垫片、平板型隔板、六面体型隔板可实现不同缝宽、变径、变径与非变径组合、不同缝数的裂缝组合。

所述堵漏模拟单元中孔隙-渗透性模拟单元是采用填充材料填充于一圆柱体中，根据填充材料的粒径大小选择适合的隔网，通过螺纹连接在圆柱体上下端口位置，模拟渗透性、孔隙性漏失地层。

所述填充材料为钢珠、砂石和鹅卵石中的一种或多种的组合。

与现有技术相比，本申请所带来的有益的技术效果表现在：

1、现有堵漏试验装置仅能对单一漏层进行模拟评价，不能对多缝等复杂漏失地层进行模拟组合，且缝板结构单一。本实用新型的裂缝模拟单元，可分为变径裂缝模拟单元、非变径裂缝模拟单元和变径-非变径裂缝模拟单元，可实现单一裂缝性地层模拟，同时通过不同模拟单元的组合，实现不同尺寸的单缝组合、多缝组合等，用于模拟不同的复杂地层，从而更好地模拟地层漏失情况，实现有效的堵漏效果评价。

2、本申请的裂缝模拟单元，是由裂缝固定套筒与裂缝组合单元构成。裂缝固定套筒其外形为圆柱体，内部为长方体中空结构；圆柱体上表面设有两个对称的非螺纹孔，圆柱体下表面设有四个对称的螺纹孔。当两种不同的裂缝模拟单元相组合时，可通过固定棒螺纹连接头与第一个裂缝模拟单元下表面中的两个对称螺纹孔相连，固定棒另一头非螺纹部分可直接插入第二个裂缝模拟单元上表面中的非螺纹孔，从而实现两者相固定的作用；裂缝模拟单元下表面中剩余的两个螺纹孔，便于实验后采用相应的螺纹杆将其从堵漏模拟筒中取出。裂缝组合单元可分为非变径裂缝组合、变径裂缝组合、变径与非变径裂缝组合形式。裂缝组合特征在于：裂缝是由垫片与隔板拼接而成；垫片分为平板型垫与六面体型垫片，隔板分为平板型隔板与六面体型隔板；垫片和隔板上均开有两个及以上的孔洞，盖板与底板在其对应位置设有相同数量的螺纹孔，通过沉头螺钉实现盖板、垫片、隔板、底板间的固定；采用平板型垫片与平板型隔板可任意组合不同缝宽、不同缝数的非变径裂缝模拟单元；采用平板型垫片、六面体型垫片、平板型隔板、六面体型隔板可实现不同缝宽、变径、变径与非变径组合、不同缝数的裂缝组合。裂缝组合单元中，通过在隔板表面设置不同的粗糙度，可模拟光滑与粗糙裂缝表面。

附图说明

图1为本申请裂缝模拟单元中裂缝固定套筒的结构示意图；

图2为本申请非变径裂缝模拟单元的结构示意图；

图3为本申请变径裂缝模拟单元的结构示意图；

图4为本申请裂缝模拟单元中两种垫片的结构示意图；

图5为本申请裂缝模拟单元中两种隔板的结构示意图；

图6为堵漏模拟筒的结构示意图；

图7为非变径溶洞模拟单元的结构示意图；

图8为变径溶洞模拟单元的结构示意图；

图9为孔隙-渗透性模拟单元的结构示意图；

附图标记：100、堵漏模拟筒，1、主体结构，2、螺纹连接头，3、台阶，4、凹型槽，5、堵漏模拟筒腔体，6、内螺纹接口，7.密封固定环，8、“O”型槽，9、中空固定堵头，10、外螺纹接口，11、圆孔，12、内螺纹，13、外螺纹，14、导流弯管；15、螺纹孔，16、分割线，17、溶洞模拟单元下半圆，18、溶洞模拟单元上半圆，19、溶洞结构，20、盘头螺钉，21、裂缝固定套筒，22、长方体中空结构，23、裂缝固定套筒的上表面，24、穿孔，25、裂缝固定套筒的下表面，26、平板型垫片，27、六面体型垫片，28、平板型隔板，29、六面体型隔板，30、盖板，31、底板，32、沉头螺钉，33、圆柱体，34、隔网。

具体实施方式

实施例1

作为本申请一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：一种用于模拟复杂地层漏失通道的裂缝模拟单元，所述裂缝模拟单元是由裂缝固定套筒21和裂缝组合单元构成，所述裂缝固定套筒21的外形为圆柱体，所述裂缝组合单元分为变径裂缝组合、非变径裂缝组合和变径-非变径组合；所述裂缝组合单元的裂缝是由垫片与隔板拼接而成；垫片分为平板型垫片26与六面体型垫片27，隔板分为平板型隔板28与六面体型隔板29；垫片和隔板上均开有两个及以上的孔洞，盖板30与底板31在其对应位置设有相同数量的螺纹孔，通过沉头螺钉32实现盖板30、垫片、隔板、底板31间的固定。

实施例2

作为本申请又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：一种用于模拟复杂地层漏失通道的裂缝模拟单元，所述裂缝模拟单元是由裂缝固定套筒21和裂缝组合单元构成，所述裂缝固定套筒21的外形为圆柱体，所述裂缝组合单元分为变径裂缝组合、非变径裂缝组合和变径-非变径组合；所述裂缝固定套筒的内部为长方体中空结构22，裂缝固定套筒的上表面23设有两个对称的穿孔24，裂缝固定套筒的下表面25设置有四个对称的螺纹孔。所述裂缝组合单元的裂缝是由垫片与隔板拼接而成；垫片分为平板型垫片26与六面体型垫片27，隔板分为平板型隔板28与六面体型隔板29；垫片和隔板上均开有两个及以上的孔洞，盖板30与底板31在其对应位置设有相同数量的螺纹孔，通过沉头螺钉32实现盖板30、垫片、隔板、底板31间的固定。

实施例3

作为本申请又一较佳实施例，参照说明书附图1，本实施例公开了：一种用于模拟复杂地层漏失通道的裂缝模拟单元，所述裂缝模拟单元是由裂缝固定套筒21和裂缝组合单元构成，所述裂缝固定套筒21的外形为圆柱体，所述裂缝组合单元分为变径裂缝组合、非变径裂缝组合和变径-非变径组合；所述裂缝固定套筒的内部为长方体中空结构22，裂缝固定套筒的上表面23设有两个对称的穿孔24，裂缝固定套筒的下表面25设置有四个对称的螺纹孔。所述裂缝组合单元的裂缝是由垫片与隔板拼接而成；垫片分为平板型垫片26与六面体型垫片27，隔板分为平板型隔板28与六面体型隔板29；垫片和隔板上均开有两个及以上的孔洞，盖板30与底板31在其对应位置设有相同数量的螺纹孔，通过沉头螺钉32实现盖板30、垫片、隔板、底板31间的固定；采用平板型垫片26与平板型隔板28可任意组合不同缝宽、不同缝数的非变径裂缝模拟单元。

采用平板型垫片26、六面体型垫片27、平板型隔板28、六面体型隔板29可实现不同缝宽、变径、变径与非变径组合、不同缝数的裂缝组合。

实施例4

作为本申请又一较佳实施例，本实施例公开了一种采用本申请裂缝模拟单元进行裂缝-孔隙性漏失地层的模拟：裂缝-孔隙性漏失地层模拟可选用裂缝模拟单元与孔隙-渗透性模拟单元相组合的模式。根据实验需要，如图1-5所示，通过选用不同的垫片和隔片组合，模拟出特定裂缝宽度、变径或非变径、单缝或多缝组合的裂缝组合单元，并将该裂缝组合单元放入裂缝固定套筒21内，从而获得特定需要的裂缝模拟单元；选择特定尺寸的钢珠，将其充填于圆柱体33中，并采用相匹配的隔网34通过螺纹连接在圆柱体33上下端口位置，从而获得满足实验要求的特定孔隙性模拟单元。将紫铜垫片置于堵漏模拟筒100的内置台阶3上，并依次放入裂缝模拟单元、孔隙-渗透性模拟单元，其中裂缝固定套筒上表面23与紫铜垫片接触。放入密封固定环7，并与孔隙性模拟单元接触。将中空固定堵头9与堵漏模拟筒主体结构1相连接，并旋紧，用于固定堵漏模拟筒100内的堵漏模拟单元，避免其在实验过程中发生移动。最后将导流弯管14与中空固定堵头9相连，在实验过程中起导流作用。根据漏失通道模拟装置尺寸大小，可在堵漏模拟筒腔体5内放置多个堵漏模拟单元，进行有效模拟。

实施例5

作为本申请又一较佳实施例，本实施例公开了一种采用本申请裂缝模拟单元进行裂缝性漏失地层的模拟：裂缝性漏失地层模拟可选用不同的裂缝模拟单元进行组合模拟。根据实验需要，如图1-5所示，通过选用不同的垫片和隔片组合，模拟出特定裂缝宽度、变径或非变径、单缝或多缝组合的裂缝组合单元，并将该裂缝组合单元放入裂缝固定套筒21内，从而获得特定需要的不同裂缝模拟单元。将紫铜垫片置于堵漏模拟筒100的内置台阶3上，放入第一个裂缝模拟单元，其中裂缝固定套筒21上表面与紫铜垫片接触，裂缝固定套筒下表面25两对称螺纹孔连接固定棒。随后，放入第二个裂缝模拟单元，其裂缝固定套筒上表面23的两个穿孔24与第一个裂缝模拟单元的裂缝固定套筒下表面25连接的固定棒相对接。放入密封固定环7，并与第二个裂缝模拟单元接触。将中空固定堵头9与堵漏模拟筒100主体结构1相连接，并旋紧，用于固定堵漏模拟筒100内的堵漏模拟单元，避免其在实验过程发生移动。最后将导流弯管14与中空固定堵头9相连，在实验过程中起导流作用。根据漏失通道模拟装置尺寸大小，可在堵漏模拟筒腔体5内放置多个模拟单元，进行有效模拟。

实施例6

作为本申请又一较佳实施例，本实施例公开了一种采用本申请裂缝模拟单元进行溶洞-裂缝性漏失地层的模拟：溶洞-裂缝性漏失地层模拟可选用溶洞模拟单元与裂缝模拟单元相组合的模式。根据实验需要，通过选用不同的垫片和隔片组合，模拟出特定裂缝宽度、变径或非变径、单缝或多缝组合的裂缝组合单元，并将该裂缝组合单元放入裂缝固定套筒21内，从而获得特定需要的裂缝模拟单元；根据实验需要，选择特定类型的溶洞模拟单元。将紫铜垫片置于堵漏模拟筒100的内置台阶3上，并依次放入溶洞模拟单元、裂缝模拟单元，其中溶洞模拟单元上表面（存在变径溶洞的模拟单元，根据需要可选择下表面）与紫铜垫片接触。放入密封固定环7，并与裂缝模拟单元接触。将中空固定堵头9与堵漏模拟筒100主体结构1相连接，并旋紧，用于固定堵漏模拟筒（图1）内的堵漏模拟单元，避免其在实验过程发生移动。最后将导流弯管14与中空固定堵头9相连，在实验过程中起导流作用。根据漏失通道模拟装置尺寸大小，可在堵漏模拟筒腔体5内放置多个模拟单元，进行有效模拟。

实施例7

作为本申请又一较佳实施例，本实施例公开了一种采用本申请裂缝模拟单元进行复杂地层漏失通道的模拟，包括堵漏模拟筒，所述堵漏模拟筒用于封装不同组合的堵漏模拟单元，所述堵漏模拟单元包括溶洞模拟单元、裂缝模拟单元和孔隙-渗透性模拟单元，所述不同组合的堵漏模拟单元是指，溶洞模拟单元、裂缝模拟单元和孔隙-渗透性模拟单元中一种或多种的任意组合的堵漏模拟单元；将不同的堵漏模拟单元进行任意组合，并放置于堵漏模拟筒中，实现对复杂地层漏失通道的模拟。

在本实施例中，堵漏模拟单元可以是由一个或多个溶洞模拟单元放置在堵漏模拟筒中模拟溶洞漏失地层，还可以是由一个或多个裂缝模拟单元放置在堵漏模拟筒中模拟裂缝漏失地层，还可以是有一个或多个孔隙-渗透性模拟单元放置在堵漏模拟筒中模拟孔隙渗透性地层，还可以是由溶洞模拟单元与裂缝模拟单元的组合、裂缝模拟单元与孔隙-渗透性模拟单元的组合、孔隙-渗透性模拟单元与溶洞模拟单元的组合、溶洞模拟单元、裂缝模拟单元与孔隙-渗透性模拟单元的组合分别模拟溶洞-裂缝漏失地层、裂缝-孔隙漏失地层、孔隙-溶洞漏失地层、溶洞-裂缝-孔隙漏失地层等，实现对复杂地层漏失通道的模拟。

如图6所示，在本实施例中，所述堵漏模拟筒100为一圆柱体套筒，用于封装堵漏模拟单元，模拟复杂漏失地层。堵漏模拟筒100是由主体结构1、密封固定环7、中空固定堵头9、导流弯管14组成。主体结构1中螺纹连接头2，实现与任意相匹配的堵漏实验装置连接，并采用“O”型橡胶圈密封；内置台阶3，用于支撑固定堵漏模拟筒100中的不同堵漏模拟单元，同时可在内置台阶3与堵漏模拟单元间采用紫铜垫片密封；凹型槽4，便于实验过程中安装拆卸堵漏模拟筒100；堵漏模拟筒腔体5，用于封装不同类型的堵漏模拟单元组合，实现复杂地层漏失通道模拟。密封固定环7放置于堵漏模拟筒腔体内，置于堵漏模拟单元后；密封固定环7上设有“O” 型槽8，用于放置“O” 型橡胶圈，实现密封固定环7与堵漏模拟筒腔体5之间的密封。通过内螺纹接口6和外螺纹接口10，将中空固定堵头9与堵漏模拟筒主体结构1连接，通过中空固定堵头9对密封固定环7的挤压作用，实现对堵漏模拟单元的固定作用；中空固定堵头9上下前后设有四个对称圆孔11，便于实验过程中安装拆卸中空固定堵头9。通过内螺纹12和外螺纹13，可将导流弯管14与中空固定堵头9连接，起导流作用。

如图7和8所示，在本实施例中的溶洞模拟单元，可分为非变径、变径、非变径组合、变径组合、非变径与变径组合的溶洞模拟单元。非变径溶洞模拟单元通过“Z”型分割线16将溶洞模拟单元分割为两部分，即溶洞模拟单元下半圆17与溶洞模拟单元上半圆18；中间中空部分为非变径溶洞结构19；溶洞模拟单元均开有一定数量贯穿的螺孔，通过十字槽盘头螺钉20将两部分连接为一整体；非变径溶洞模拟单元下表面设有两个对称螺纹孔15，便于实验后，采用相应的螺纹杆将其从堵漏模拟筒100中取出。变径溶洞模拟单元通过“Z”型分割线16将溶洞模拟单元分割为两部分，即溶洞模拟单元下半圆17与溶洞模拟单元上半圆18；中间中空部分为变径溶洞结构19；溶洞模拟单元均开有一定数量贯穿的螺孔，通过十字槽盘头螺钉20将两部分连接为一整体；变径溶洞模拟单元上、下表面均设有两个对称螺纹孔15，便于实验后，采用相应的螺纹杆将其从堵漏模拟筒100中取出。通过改变溶洞模拟单元中的中空部分，采用非变径溶洞组合、变径溶洞组合、非变径与变径溶洞组合的结构，可形成相应的组合溶洞模拟单元。

如图1-5所示，本实施例的裂缝模拟单元，是由裂缝固定套筒21与裂缝组合单元构成。裂缝固定套筒21其外形为圆柱体，内部为长方体中空结构22；裂缝固定套筒的上表面23设有两个对称的穿孔24，裂缝固定套筒的下表面25设有四个对称的螺纹孔。当两种不同的裂缝模拟单元相组合时，可通过固定棒螺纹连接头与第一个裂缝模拟单元下表面中的两个对称螺纹孔相连，固定棒另一头非螺纹部分可直接插入第二个裂缝模拟单元上表面中的穿孔24，从而实现两者相固定的作用；裂缝模拟单元下表面中剩余的两个螺纹孔，便于实验后采用相应的螺纹杆将其从堵漏模拟筒中取出。裂缝组合单元可分为非变径裂缝组合、变径裂缝组合、变径与非变径裂缝组合形式。裂缝组合的裂缝是由垫片与隔板拼接而成；垫片分为平板型垫26与六面体型垫片27，隔板分为平板型隔板28与六面体型隔板29；垫片和隔板上均开有两个及以上的孔洞，盖板30与底板31在其对应位置设有相同数量的螺纹孔，通过沉头螺钉32实现盖板30、垫片、隔板、底板31间的固定；采用平板型垫片26与平板型隔板28可任意组合不同缝宽、不同缝数的非变径裂缝模拟单元；采用平板型垫片26、六面体型垫片27、平板型隔板28、六面体型隔板29可实现不同缝宽、变径、变径与非变径组合、不同缝数的裂缝组合。裂缝组合单元中，通过在隔板表面设置不同的粗糙度，可模拟光滑与粗糙裂缝表面。

如图9所示，本申请的孔隙-渗透性模拟单元，采用钢珠、砂石、鹅卵石等填充于圆柱体33中，根据填充物大小选择适合的隔网34，通过螺纹连接在圆柱体33上下端口位置，模拟渗透性、孔隙性漏失地层。