一种高压动态堵漏评价实验装置的制作方法

本实用新型涉及石油天然气开采模拟地层堵漏实验装置领域，尤其是涉及一种高压动态堵漏评价实验装置。

背景技术：

在油气勘探与开发钻井过程中，井筒中的钻井液进入地层导致钻井液大量漏失，严重时有可能导致液替气，诱发井筒溢流，如果失控将导致井喷，使得设备损坏，危及钻井工作人员的人身安全，破坏石油与天然气资源。除此之外，大量的钻井液进入地层将有可能导致堵塞损害，给石油工业带来严重的负面影响。能够较为有效的封堵裂缝和孔喉是防止漏失和安全钻井的关键，然而在国内与此相关的设备较少，公开号为CN107339097A的“堵漏评价装置”提供了一种堵漏评价装置和评价方法，在一定条件下能够评价堵漏效果，但是不能模拟钻进过程中钻杆旋转对封堵的影响。公开号为CN107339097A的“一种符合一体化堵漏装置及方法”结构过于简单，不能较为准确的评价堵漏的过程，而专门用来模拟评价高压动态裂缝在井壁侧壁上的封堵实验评价装置目前尚未发现；同时，地层中一般都存在多种产状的裂缝，即立缝、平缝和斜缝共存现象，而现有的实验装置更多的是一种平缝堵漏评价装置，在封堵评价过程中没有将立缝和平缝进行区分，以单一产状的裂缝封堵效果来评价堵漏钻井液的封堵效果，实际上立缝和平缝的封堵具有一定的差异；再者，现有的装置的裂缝面都是使用刚性比较大的材料，无法模拟出实际地层的裂缝面在钻井液压力下发生微量弹性变形对堵漏效果的影响。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种高压动态堵漏评价实验装置，提供一种结构紧凑、准确度高、为高压地层的动态漏失堵漏过程研究提供实验支撑的高压动态堵漏效果评价实验装置，能够模拟地层中的平缝和立缝，以及裂缝面发生微量弹性变形情形下的堵漏效果。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高压动态堵漏评价实验装置，其包括中间容器、搅拌部分和裂缝夹持部分，其中：

搅拌部分，其用于对中间容器内进行搅拌；

裂缝夹持部分，所述裂缝夹持部分是设置在中间容器四周并连通中间容器的开缝夹持器，所述开缝夹持器包括有平行平缝夹持器、楔形平缝夹持器、平行立缝夹持器和楔形立缝夹持器。

进一步地，所述搅拌部分包括电机、传动轴和搅拌旋翼；电机以输出轴朝上垂直安装在中间容器下方，电机的输出轴连接传动轴，传动轴连接搅拌旋翼，搅拌旋翼在中间容器内部。

进一步地，所述高压动态堵漏评价实验装置还包括数据计量部分，其用于计量从开缝夹持器端漏出来的泥浆量。

进一步地，所述数据计量部分是分别置放于开缝夹持器出口正下方的量筒。

进一步地，所述开缝夹持器都水平安装在同一高度。

进一步地，所述开缝夹持器包括方形套筒，方形套筒对侧开有螺纹孔，单侧螺纹孔数量在两个以上，所有螺纹孔在一个平面内；螺纹孔安装具有螺纹的旋钮，旋钮下端铰接压板，压板表面依次固定胶垫和缝板，两侧缝板之间的空间形成裂缝。

进一步地，所述压板和方形套筒内壁、中间容器配合的接触面设有至少一圈密封圈。

进一步地，所述中间容器顶部连接有提供压力气体的气源。

进一步地，所述中间容器连接气源的具体方式是，中间容器顶部开有加压孔，加压孔连接气源；中间容器内部上方设有活塞，活塞在中间容器内部竖直方向滑动以实现对中间容器下方空间进行压缩来增加其压力。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1.实验装置原理可靠，操作简单，可以模拟地层高压条件下的漏失过程和堵漏工艺；

2.该装置可以在同一条件下同时测定分析至少四组实验数据，一定的范围内保证了多组数据的实验条件统一性；

3.裂缝夹持器内的缝板可调，通过旋钮可以对裂缝开度和角度进行调节，实现同时评价不同裂缝开度的评价，也可以同时评价同一开度不同产状的裂缝堵漏效果，该过程与实际地层在多产状的多条裂缝同时发生漏失的情况下漏失和堵漏高度契合，能够更加准确的分析堵漏工艺；

4. 压板和缝板之间有弹性胶垫，模拟裂缝面的弹性变形对封堵的影响。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的俯视图；

图3为本实用新型侧面局部剖视图；

图4为本实用新型正面局部剖视图；

图5为本实用新型的A部示意图；

图6为本实用新型的平缝横截面图；

图7为本实用新型的立缝横截面图；

图8为本实用新型的平行缝纵截面图；

图9为本实用新型的楔形缝纵截面图；

附图标记说明：1-中间容器；101-加压孔；102-活塞；2-搅拌部分；201-电机；202-传动轴；203-搅拌旋翼；3-裂缝夹持部分；301-平行平缝夹持器；302-楔形平缝夹持器；303-平行立缝夹持器；304-楔形立缝夹持器；305-方形套筒；306-螺纹孔；307-旋钮；308-压板；309-胶垫；310-开缝夹持器；311-裂缝；312-密封圈；313-缝板；4-数据计量部分；5-气源。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

具体实施例一：

如图1至图9所示，本实用新型提供了一种高压动态堵漏评价实验装置，其包括中间容器1、搅拌部分2、裂缝夹持部分3和数据计量部分4，其中：搅拌部分2，其用于对中间容器1内的泥浆进行搅拌；所述搅拌部分2包括电机201、传动轴202和搅拌旋翼203；电机201以输出轴朝上垂直安装在中间容器1下方，电机201的输出轴连接传动轴202，传动轴202连接搅拌旋翼203，搅拌旋翼203在中间容器1内部。裂缝夹持部分3，所述裂缝夹持部分3是设置在中间容器1四周并连通中间容器1的开缝夹持器310，所述开缝夹持器310包括有平行平缝夹持器301、楔形平缝夹持器302、平行立缝夹持器303和楔形立缝夹持器304；所述开缝夹持器310都水平安装在同一高度所述高压动态堵漏评价实验装置还包括数据计量部分4，其具体是分别置放于开缝夹持器310出口正下方的量筒，其用于计量从开缝夹持器310端漏出来的泥浆量。

其中需要说明的是，平缝和立缝是根据裂缝311的横截面长边是方向来命名的，平缝见图6，立缝见图7；同样地，平行和楔形是根据；裂缝311的纵截面形状来确定的，平行缝是两侧缝板308平行，见图8，楔形缝是两侧缝板308不平行，见图9。本实施例中采用平行平缝夹持器301、楔形平缝夹持器302、平行立缝夹持器303和楔形立缝夹持器304。需要特别指出的是，地层中一般都存在多种产状的裂缝，即立缝、平缝和斜缝共存现象，而现有的实验装置更多的是一种平缝堵漏评价装置，在封堵评价过程中没有将立缝和平缝进行区分，以单一产状的裂缝封堵效果来评价堵漏钻井液的封堵效果，实际上立缝和平缝的封堵具有一定的差异，立缝沿着井眼轴向，其地层跨度较大，缝的上段和下端存在着液柱压力差，所受的压差不同且不能忽略，压差对封堵影响较大，而同一平缝在井眼轴向的压差可以忽略不计，故有必要在封堵过程中将立缝的封堵和平缝的封堵区别处理和分析，为了更加准确的分析和研究立缝和平缝的漏失和封堵，研究一种立缝和平缝共存、同堵的实验装置是很有意义的。

其次，电机201设置在下端的好处在于，中间容器1里面添加的泥浆只要是淹没过开缝夹持器310在中间容器1上的进口孔即可，电机的设置在于模拟堵漏过程中钻杆旋转产生的动态压力对堵漏过程的影响。

本实施例中采用平行平缝夹持器301、楔形平缝夹持器302、平行立缝夹持器303和楔形立缝夹持器304数量各一个，但是仅仅增加开缝夹持器310的数量的类似思路的改进也应视作本实用新型的保护范围之内；其次实验容器的形状也不限于是圆柱形，也可是方形。

具体实施例二：

在实施例一的基础上，可以改进的是，所述中间容器1顶部连接有提供压力气体的气源5，具体方式是，中间容器1顶部开有加压孔101，加压孔101连接气源5；中间容器1内部上方设有活塞102，活塞102在中间容器1内部竖直方向滑动以实现对中间容器1下方空间进行压缩来增加其压力。

需要说明的是，本领域技术人员可以以此延伸的是，气源5是自身具有压力调节的部分，它可以有调压阀调节压力。其次，活塞102的作用在于防止动力气源气体通过中间容器经由中间容器开孔进入裂缝，对封堵层造成刺穿和损害，影响封堵效果的评价。因为在实际钻井过程中由地面泵如井筒的工作液都是经过除气处理的，钻井液中的气体含量很低，故有必要对设置活塞防止气源气体在高压作用下大量的进入泥浆，造成封堵层气窜引发的进步损害，影响封堵的评价效果。

具体实施例三：

在实施例一的基础上，优选地，所述开缝夹持器310包括方形套筒305，方形套筒305对侧开有螺纹孔306，单侧螺纹孔306数量在两个以上，所有螺纹孔306在一个平面内；螺纹孔306安装具有螺纹的旋钮307，旋钮307下端铰接压板308，压板308表面依次固定胶垫309和缝板313，两侧缝板313之间的空间形成裂缝311。

可以得出的是，该实施例的旋钮307能对缝板308进行操作实现裂缝不同开度和不同角度的调节。胶垫309的作用在于起到一个缓冲，再一就是模拟裂缝面的弹性变形对封堵的影响，实际封堵过程中真实裂缝是具有一定的弹性变形，裂缝面的形态会发生一定的变化。

对于此实施例需要指出的是，本领域技术人员可以实现旋钮307对压板308的不同角度调节操作，在结构上首先是旋钮307和压板308是铰接，其中一个旋钮307铰接位置是固定在缝板308上，其余旋钮307是可以能在压板308上相对滑动，比如在压板308上开导槽，在机械构造上此结构是完全可以实现的。

具体实施例四：

在实施例一的基础上，可以改进的是，所述压板308和方形套筒内壁305、中间容器1配合的接触面设有至少一圈密封圈312。

作为一个例子来解释，在具体实验的过程中，裂缝311是比较小的，典型的裂缝311开度在1cm左右，压板308和方形套筒内壁305、中间容器1配合的接触面可能会有缝隙出现引起漏液，但是因为压板308调节动作一般较为微小，该缝隙也相对较小，且由于堵漏液的原因该缝隙一般很快堵住，所以调节压板308引起的这个缝隙可以忽略。但是为了提高准确度，本实施例在压板308和方形套筒内壁305、中间容器1配合的接触面设有至少一圈密封圈312，意义在于提高实验的效果和精度。

所述实验装置的使用步骤：

S1、通过旋钮307将裂缝311调至预设开度和产状，将量筒分别安放在开缝夹持器310末端正下方；

S2、将预先配置好的钻井液倒入中间容器1中并打开电机201，电机201带动搅拌旋翼203转动，搅拌旋翼103对钻井液进行搅拌，模拟钻井过程中钻井液运动的情况，同时打开气源5的氮气瓶为钻井液进入裂缝提供动力，模拟钻井液进入地层裂缝的过程，两个过程有机的结合能够模拟出钻井液动态漏失过程和封堵过程；

S3、在所有参数不变的情况下，通过电机201实现不同转速，测定不同转速下的漏失量，分析得出钻速对裂缝封堵的影响；

S4、在所有参数不变的情况下，调节旋钮307，实现同一条件下不同裂缝开度或不同裂缝产状对钻井液堵漏效果的影响，分析得出同一条件下钻井液对平缝、立缝、平行缝和楔形缝的封堵效果；

S5、在其他条件不变的条件下，将平缝和立缝的裂缝开口宽度调成同一大小，将楔形缝的外端和平行缝调置同一宽度，逐渐增大中间容器1的驱替压力实现不同液柱压力下对不同产状同一开口宽度裂缝的封堵过程，分析得出裂缝产状对封堵效果的影响。

可以得出的是，该实验装置原理可靠，操作简单，可以模拟地层高压条件下的漏失过程和堵漏工艺；该装置可以在同一条件下同时测定分析至少四组实验数据，一定的范围内保证了多组数据的实验条件统一性；裂缝夹持器内的缝板可调，通过旋钮可以对裂缝开度和角度进行调节，实现同时评价不同裂缝开度的评价，也可以同时评价同一开度不同产状的裂缝堵漏效果，该过程与实际地层在多产状的多条裂缝同时发生漏失的情况下漏失和堵漏高度契合，能够更加准确的分析堵漏工艺；压板和缝板之间有弹性胶垫，模拟裂缝面的弹性变形对封堵的影响。通过以上相关参数的获取分析，指导配制出性能优良的堵漏钻井液。整个实验装置为钻井液中堵漏处理剂的加量和颗粒大小的配比优化提供了可靠地实验支撑，为高压储层钻进时所需的堵漏钻井液的配制提供理论指导，与以往静态的、单一的评价相比更加准确、高效和可靠，为漏失过程和封堵漏效果分析评价提供了实验基础。

以上揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作地等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。