评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置，包括：高温钻井系统，其包括钻杆、岩芯、岩芯夹持器、对岩芯进行加热的加热机构以及进液口和出液口，其中，岩芯和加热机构均设在岩芯夹持器内，在岩芯与钻杆之间形成泥饼；钻井液供给系统，其与进液口连通为高温钻井系统提供动态的高压钻井液；压力机构，连接在高温钻井系统的岩芯上，为泥饼与钻杆之间的摩擦钻进提供压力；钻井液回收系统，其与出液口连通，和测试机构，用于测试泥饼与钻杆之间的动摩擦力。该实验装置能在实验室环境中模拟超深水平井和大位移井的高温高压环境，而且测试结果更准确，从而能为钻井液的优选提供实验依据。
【专利说明】评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及油田钻井相关参数测定的实验装置，具体涉及一种评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置。
【背景技术】
[0002]随着浅层油气资源的逐渐枯竭，深层油气资源的开发与利用得到更多的重视。对于深层油气资源而言，普遍存在高温高压的地质特征。为提高油气资源的开采效率，超深水平井和大位移井的钻井开发技术得到了推广和应用，随之配套的钻井液技术也得到了快速发展。
[0003]钻井液的润滑性能作为钻井液的一个最重要的性能，对于提高钻井速度、预防卡钻等井下事故的发生具有重要意义。对于超深水平井和大位移井而言，钻杆与岩芯表面形成的泥饼之间的动摩擦系数的大小对于评价钻井液的润滑性能具有重要的参考意义。
[0004]目前，对于超深水平井和大位移井的钻井液的润滑性能的评价，多是在常温条件下，采用其他润滑仪测定的参数进行粗略评价。因此，该测得的参数不能用于表征超深水平井及大位移井这类高温高压工况中的钻井液的润滑性能。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置，其能在实验室环境中模拟超深水平井和大位移井的高温高压环境，而且测试结果更准确，从而能为钻井液的优选提供实验依据。
[0006]本实用新型的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置，包括:
[0007]高温钻井系统，其包括钻杆、岩芯、岩芯夹持器、对岩芯进行加热的加热机构以及进液口和出液口，其中，岩芯和加热机构均设在岩芯夹持器内，在岩芯与钻杆之间形成泥饼；
[0008]钻井液供给系统，其与进液口连通为尚温钻井系统提供动态的尚压钻井液；
[0009]压力机构，连接在高温钻井系统的岩芯上，为泥饼与钻杆之间的摩擦钻进提供压力；
[0010]钻井液回收系统，其与出液口连通，和
[0011]测试机构，用于测试泥饼与钻杆之间的动摩擦力。
[0012]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点。通过在实验环境中的加热机构、压力机构和钻井液供给系统构造了一个高温高压的实验环境。在该高温高压环境中通过测试泥饼与钻杆之间的动摩擦力的大小可以得到不同条件下的钻井液的润滑性能的优劣。而且测试结果更准确，因此可以为钻井液的优选提供实验依据。
[0013]在一个实施例中，所述加热机构与岩芯之间设有岩芯支撑板。岩芯支撑板不仅起到支撑岩芯的作用，而且会起到使岩芯受热更均匀的作用。
[0014]在一个实施例中，所述钻杆的两端连接均连接有活塞容器，两端的活塞容器均与钻杆之间形成动密封配合。活塞容器对钻杆的两端起到支撑作用。两端的活塞容器均与钻杆之间形成动密封配合能更好地防止钻井液的泄漏。
[0015]在一个优选的实施例中，所述压力机构包括活塞缸和为活塞缸提供压力的机械助力泵，其中，机械助力泵与活塞缸的无杆腔端连接，活塞缸的活塞杆穿过岩芯夹持器抵接岩芯。通过机械助力泵将压力传到活塞缸，通过活塞缸将压力作用到岩芯上，通过改变压力机构对岩芯的作用力，能测得不同条件下的泥饼与钻杆之间的动摩擦力。
[0016]在一个实施例中，所述钻杆连接有步进电机，在步进电机与钻杆之间设有推力传感器。通过推力传感器能测得步进电机作用到钻杆的推力的大小。
[0017]在一个实施例中，所述测试机构除推力传感器外，还包括用于测试压力机构与岩芯之间的作用力的压力传感器以及用于显示的显示器，其中推力传感器与压力传感器均与显示器连接。通过推力传感器显示测得的推力和压力。
[0018]在一个实施例中，所述钻井液供给系统包括储液罐和高压泵，其中:
[0019]储液罐内设有对其内的钻井液进行搅拌的搅拌器；
[0020]高压泵，设在储液罐与高温钻井系统之间，将储液罐内的钻井液泵送到高温钻井系统内。通过高压泵输出高压的钻井液到高温钻井系统中。
[0021]在一个优选的实施例中，所述高压泵与高温钻井系统通过耐压管线连接，在所述耐压管线上连接有流量计和压力传感器，所述流量计和压力传感器均与显示器连接。通过流量计和压力传感器监测高压泵输出的钻井液的流量和压力。
[0022]在一个优选的实施例中，所述钻井液回收系统包括降温降压机构和输送泵，其中，降温降压机构与出液口连接，输送泵与储液罐连接。降温降压机构对从出液口出来的钻井液进行降温和降压，输送泵将降温降压后的钻井液运送回储液罐。因此，钻井液回收系统和钻井液供给系统一起形成钻井液的动态循环系统，对钻井液进行循环利用。
[0023]在一个实施例中，所述加热机构包括电加热套，所述电加热套连接有温度传感器和控温仪。在优选的实施例中，该温度传感器和控温仪均连接到显示器。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1所示是本实用新型的评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置的一种具体实施例。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
[0026]图1示出了根据本实用新型的评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置的一种具体实施例。在该实施例中，该实验装置主要包括高温钻井系统、钻井液供给系统、压力机构、钻井液回收系统和测试机构。其中，高温钻井系统主要包括钻杆9、岩芯8、岩芯夹持器7、对岩芯8进行加热的加热机构15以及进液口和出液口。岩芯8和加热机构15均设在岩芯夹持器7内。在岩芯8与钻杆9之间留有空间，钻井液进入该空间时在岩芯8的表面形成泥饼。
[0027]在下面的实施例中，耐高温主要是指能承受的温度范围在100°C?250°C之间。耐高压主要指的是能承受15MPa?25MPa的压力。
[0028]在一个优选的实施例中，钻杆9的两端均通过活塞容器13来支撑。优选地，两端的活塞容器13均与钻杆9为动密封配合。这样的结构使得钻杆9与泥饼的摩擦钻进的过程中，钻井液不容易从钻杆9的两端泄漏。优选地，岩芯夹持器7和活塞容器13均采用的是耐高温高压的材质制成。
[0029]在一个优选的实施例中，加热机构15采用电加热套。在电加热套与岩芯8之间设有岩芯支撑板10。该岩芯支撑板10优选为导热性能良好的金属件。岩芯支撑板10不仅起到保护岩芯8的作用，而且能使岩芯8受热更均匀。
[0030]在一个优选的实施例中，电加热套连接有温度传感器16和控温仪17。温度传感器16和控温仪17 —起对电加热套的加热温度进行检测和控制。
[0031]在一个实施例中，与进液口连通为高温钻井系统提供动态的高压钻井液的钻井液供给系统，其主要包括储液罐I和高压泵5。在一个优选的实施例中，储液罐I中设有用于搅拌的搅拌器2。高压泵5通过耐压管线6与高温钻井系统连接。为了控制高压泵5的输出的流量和压力，在该耐压管线6上设有流量计3和压力传感器4。
[0032]在一个实施例中，与出液口连接的钻井液回收系统主要包括降温降压机构21和输送泵14。此处的降温降压机构21是与出液口连接，其可以采用一个既能降温又能降压的器件，也可以是多个器件的组合，该组合整体能起到降温降压的作用即可。输送泵14的一端连接降温降压机构21，另一端连接储液鍾I，将降温降压后的钻井液运送回储液鍾I ο钻井液供给系统与钻井液回收系统构成了高温钻井系统的动态循环系统，使得钻井液能被循环利用。
[0033]在一个实施例中，为泥饼与钻杆9之间的摩擦钻进提供压力的压力机构主要包括活塞缸18和为活塞缸18提供压力的机械助力泵19。其中，机械助力泵19与活塞缸18的无杆腔端连接，机械助力泵19将压力流体压到活塞缸18的无杆腔，推动活塞杆穿过岩芯夹持器7将压力作用在岩芯8上。因此，通过改变机械助力泵19对岩芯8的作用力，能够达到改变泥饼与钻杆9之间的压力的作用。尤其是，因此可以测得不同压力条件下岩芯夹持器7与泥饼之间的动摩擦力。
[0034]在一个实施例中，通过测试机构进行测试后计算得到泥饼与钻杆之间的动摩擦力。其中，测试机构主要包括与钻杆9连接的用于测试步进电机11对钻杆9的作用力的推力传感器12以及用于测试活塞缸18对岩芯8的作用力的压力传感器(未示出)。优选地，推力传感器12和压力传感器均电连接到显示器20。
[0035]在一个优选的实施例中，连接在耐压管线6上的流量计3和压力传感器4也均连接到显示器20。优选地，与电加热套连接的温度传感器16和控温仪17也连接到显示器20。
[0036]在检测得到步进电机11对钻杆9的推力和活塞缸18对岩芯8作用的压力后，根据滑动摩擦系数公式= μΝ计算得到钻杆9与岩芯8的表面泥饼之间的动摩擦系数。其中，f代表动摩擦力，在本实施例中与推力传感器12测得的推力相关。μ代表动摩擦系数，N代表钻杆9作用在岩芯8的表面的压力，该压力与压力传感器测得的压力相关。另外，动摩擦力f与推力传感器12测得的推力之间的关系，表钻杆9作用在岩芯8的表面的压力N与压力传感器测得的数据之间的关系已经通过现有实验总结得到，此处不再展开阐述。因此，在钻杆9作用在岩芯8的表面的压力以及改变步进电机11对钻杆9的推力不变的情况下，通过改变钻井液的温度和钻井液的压力，可以得到在不同温度及压力条件下钻井液的动摩擦系数。又或者可以测得在相同的温度压力条件下，不同性质的钻井液的动摩擦系数的大小。因此，本实用新型的实验装置可以为超深水平井和大位移井的钻井液体系的优选提供较可靠的实验依据。
[0037]虽然已经结合具体实施例对本实用新型进行了描述，然而可以理解，在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本实用新型的范围内。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
【权利要求】
1.一种评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置，其特征在于，包括: 高温钻井系统，其包括钻杆、岩芯、岩芯夹持器、对岩芯进行加热的加热机构以及进液口和出液口，其中，岩芯和加热机构均设在岩芯夹持器内，在岩芯与钻杆之间形成泥饼； 钻井液供给系统，其与进液口连通为高温钻井系统提供动态的高压钻井液； 压力机构，连接在高温钻井系统的岩芯上，为泥饼与钻杆之间的摩擦钻进提供压力； 钻井液回收系统，其与出液口连通，和 测试机构，用于测试泥饼与钻杆之间的动摩擦力。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热机构与岩芯之间设有岩芯支撑板。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述钻杆的两端连接均连接有活塞容器，两端的活塞容器均与钻杆之间形成动密封配合。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力机构包括活塞缸和为活塞缸提供压力的机械助力泵，其中，机械助力泵与活塞缸的无杆腔端连接，活塞缸的活塞杆穿过岩芯夹持器抵接岩芯。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钻杆连接有步进电机，在步进电机与钻杆之间设有推力传感器。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述测试机构除推力传感器外，还包括用于测试压力机构与岩芯之间的作用力的压力传感器以及用于显示的显示器，其中推力传感器与压力传感器均与显示器连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述钻井液供给系统包括储液罐和高压泵，其中: 储液罐内设有对其内的钻井液进行搅拌的搅拌器； 高压泵，设在储液罐与高温钻井系统之间，将储液罐内的钻井液泵送到高温钻井系统内。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述高压泵与高温钻井系统通过耐压管线连接，在所述耐压管线上连接有流量计和压力传感器，所述流量计和压力传感器均与显示器连接。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述钻井液回收系统包括降温降压机构和输送泵，其中，降温降压机构与出液口连接，输送泵与储液罐连接。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热机构包括电加热套，所述电加热套连接有温度传感器和控温仪。
【文档编号】G01N19/00GK204214761SQ201420676061
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】李涛, 任立伟, 李胜, 杨枝, 褚奇 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