一种可调缝宽堵漏仪的制作方法

本发明涉及室内封堵实验仪器，具体是一种可调缝宽堵漏仪。

背景技术：

堵漏作业是解决油气井井漏的重要技术措施，堵漏作业成功实施的技术关键在于清楚地掌握油气井地层裂缝的缝宽。为了在实际堵漏作业之前能够对油气井的地层裂缝缝宽进行掌握，室内封堵实验是重要的技术手段。

目前，室内封堵实验常用的堵漏仪有特定缝宽堵漏仪和动态缝宽堵漏仪两种。其中，特定缝宽堵漏仪的模拟缝宽为固定的某一尺度，其通常是在剖缝岩心柱的中间填充不同厚度的支撑材料或更换不同开度的缝板来实现，它可以设定跨度很大的裂缝尺度，但每次实验只能测试一个特定的缝宽，对于同一套堵漏钻井液体系要进行多次重复实验方能测试出其封堵效果；可见，其不仅实验过程复杂、周期长、难度大、成本高，而且测试结果与现场实际情况存在较大的误差，不够准确、可靠。动态缝宽堵漏仪的模拟缝宽可以实现动态化调整，即缝宽可调，其通常是通过联动部件的推进和下放来调节缝宽调整板之间的缝隙大小以模拟不同的裂缝尺度，它的主要功能是模拟测试在一定缝宽变化范围内，堵漏钻井液体系的漏失和返吐、以及封堵效果，无法对特定缝宽的堵漏情况实现测试，灵活性和可靠性差。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种既可以实现特定缝宽模拟、又能实现动态缝宽模拟、实验操作灵活且测试结果准确、可靠的可调缝宽堵漏仪。

本发明所采用的技术方案是：一种可调缝宽堵漏仪，包括壳体，所述壳体内设有顺序连通的泥浆室和裂缝室，所述裂缝室从靠近泥浆室这一端起为由小而大的渐变楔槽结构，具有相向的第一导向槽和第二导向槽；所述堵漏仪还包括有能够延伸进裂缝室的调缝机构，所述调缝机构主要由中空的操作筒、转换头和楔形的缝宽调整板组成，所述操作筒通过限位结构以可周向旋转的方式装配在壳体的下部，在操作筒上设有与内孔相通的排液口，所述转换头的上端与缝宽调整板的底端连接，转换头以螺纹结构装配在操作筒内，所述缝宽调整板为匹配裂缝室第一导向槽和第二导向槽的两块楔形板，第一楔板和第二楔板的相向面之间构成模拟缝宽。

作为优选方案，所述裂缝室的第一导向槽和第二导向槽分别为燕尾槽结构。

作为优选方案，所述壳体的上部设有封堵泥浆室的封头，所述封头上设有与泥浆室相通的加压口，所述加压口通过井口增压管线与高压氮气源连接。进一步的，所述壳体内设有用于设置加热管的加热孔和用于设置温度探测仪的探温孔。再进一步的，所述壳体主要由密封连接在一起的、中空的上套筒和下套筒组成。

作为优选方案，所述操作筒上设有与操作筒的内孔相通的加压口，所述加压口通过井底增压管线与高压氮气源连接。进一步的，所述操作筒的内孔内设有放液机构，所述放液机构主要由活塞体、作业杆和连杆臂组成，所述活塞体设置在操作筒的内孔内、对应排液口，所述作业杆上端连接活塞体、下端轴向延伸出操作筒底端端面，所述连杆臂主要由铰接在一起的曲柄和连杆片组成，曲柄的外端与操作筒底端端面上的支撑件铰接、连杆片的外端与作业杆延伸出操作筒的端部铰接。再进一步的，所述操作筒的上部外壁设有径向外凸的限位凸台，操作筒通过限位凸台活动连接在壳体的内孔下部，操作筒的上部外壁与壳体的内孔下部之间设有密封结构。

作为优选方案，所述转换头的上端内缘处设有匹配缝宽调整板底端斜度的斜面止口，所述转换头通过上端的斜面止口锁扣在缝宽调整板的底端处；所述转换头的上、下部外缘分别为径向外凸的凸台结构，转换头的上、下部外缘之间的环壁上设有螺纹结构，转换头以中部的螺纹段与操作筒内孔内的螺纹段匹配装配，转换头以上、下部外缘与操作筒内孔螺纹段的上、下部内壁密封装配。

作为优选方案，所述堵漏仪还包括有调节支架，所述调节支架主要由传动轴和架体组成，所述传动轴为两段，这两段传动轴以径向位置对称的结构连接在壳体的中部，两段传动轴分别通过轴承组件装配在架体上，将堵漏仪的、连接在一起的壳体和调缝机构悬空。进一步的，所述调节支架还包括有操作轮盘，所述操作轮盘连接在任一传动轴上，在外力作用下、用于驱动传动轴旋转动作。

本发明的有益效果是：

1. 本发明既可以实现特定缝宽的模拟，又能实现动态缝宽的模拟，其实验操作方便且灵活，实验测试结果准确且可靠，有利于准确、可靠、高效、经济的测得堵漏钻井液体系的封堵效果，据此可以调配、优化堵漏钻井液的配方，进而提高堵漏钻井液对实际堵漏作业的封堵效果，以确保油气井钻进的安全性、可靠性、高效性和经济性；

2. 本发明能够在带压情况下对模拟缝宽实现精确地控制调整，从而可以对堵漏钻井液体系实现定量评价缝宽随井下应力场变化而变化的封堵效果，有利于评价堵漏钻井液体系对于这种裂缝变化的适应性，筛选出更为适宜的堵漏钻井液体系配方；

3. 本发明的支撑结构能够使实验操作更加简单化、方便化和灵活化，可靠性高，实用性强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图中代号含义：1—壳体；2—上套筒；3—下套筒；4—操作筒；5—泥浆室；6—裂缝室；7—转换头；8—排液口；9—封头；10—加压口；11—加热孔；12—探温孔；13—第二楔板；14—第一楔板；15—放液机构；16—调节支架；17—架体；18—行走轮；19—传动轴；20—操作轮盘。

具体实施方式

实施例1

参见图1和图2所示，本发明为一种可调缝宽堵漏仪、尤其是带压下的可调缝宽堵漏仪，它包括壳体1、调缝机构、供压系统和调节支架16。

其中，壳体1主要由上、下顺序密封连接在一起的上套筒2和下套筒3组成。上套筒2和下套筒3分别为中空结构，分别采用耐压最高达40MPa、耐温最高达220℃的不锈钢材质（例如316L不锈钢）成型；上套筒2的内孔直径大于下套筒3的内孔直径，上套筒2的底端具有连接下套筒3顶端的下接头，下套筒3顶端具有能够延伸进上套筒2内孔的上接头，下套筒3通过上接头连接在上套筒2的下接头上，二者的连接处设有多道密封圈；上套筒2的上端具有连接封头9的上接头，上套筒2通过上接头连接有封头9，它们的连接处设有多道密封圈，封头9和下套筒3之间的上套筒2环空为泥浆室2；下套筒3的内孔为裂缝室6，其从顶端起为由小而大的渐变楔槽结构，即下套筒3的顶端缝宽小于底端缝宽，下套筒3的裂缝室6内具有相向的第一导向槽和第二导向槽，第一导向槽和第二导向槽分别为燕尾槽结构，第一导向槽和第二导向槽分别为斜槽，它们之间形成一定夹角。由此可见，壳体1内由上而下设有顺序连通的泥浆室5和裂缝室6，且裂缝室6从靠近泥浆室5这一端起为由小而大的渐变楔槽结构，具有相向的第一导向槽和第二导向槽。前述壳体1内设有加热孔11和探温孔12；加热孔11分别设置在壳体1的上套筒2和下套筒3上，用于嵌装加热管，通过加热管加热壳体1周围环境；探温孔12分别设置在壳体1的上套筒2和下套筒3上，用于嵌装温度探测仪，通过温度探测仪探测壳体1周围环境的温度变化。前述封头9上设有加压口10，该加压口10的内端与泥浆室5相通、外端与供压系统的井口增压管线连接。

调缝机构能够延伸进壳体1的裂缝室6内，具体的，调缝机构主要由中空的操作筒4、转换头7和楔形的缝宽调整板组成。操作筒4的上部外壁设有径向外凸的限位凸台，该限位凸台的直径匹配于壳体1的内孔下部直径，操作筒4通过限位凸台轴向装配在壳体1的内孔下部，并由壳体1内孔下部所连接的限位件限位，从而使操作筒4在壳体1的内孔下部形成可以周向旋转的活动连接，操作筒4的上部外壁与壳体1的内孔下部内壁之间设有多道密封圈；在操作筒4的中部设有排液口8和加压口，排液口8和加压口的内端分别与操作筒4的内孔相通，排液口8的外端用于连接堵漏钻井液收集系统，加压口的外端与供压系统的井底增压管线连接；操作筒4的内孔内设有放液机构15，该放液机构15主要由活塞体、作业杆和连杆臂组成，活塞体设置在操作筒4的内孔内、对应排液口8，作业杆上端连接活塞体、下端轴向延伸出操作筒4底端端面，并延伸出操作筒4底端端面所连接的支撑架，在支撑架上设有向下延伸的支撑件，连杆臂主要由铰接在一起的“7”字形曲柄和连杆片组成，曲柄的外端与支撑架底端端面上的支撑件铰接、连杆片的外端与作业杆延伸出操作筒4的端部铰接；操作筒4的内孔上部内部设有径向凸起的螺纹段。转换头7的上端内缘处设有匹配缝宽调整板底端斜度的斜面止口，转换头7通过上端的斜面止口锁扣在缝宽调整板的底端处；转换头7的上、下部外缘分别为径向外凸的凸台结构，转换头7上、下外缘的凸台直径匹配于操作筒4的内孔内径，转换头7的上、下部外缘之间的环壁上设有螺纹结构，转换头7装配在操作筒4内，转换头7以中部的螺纹段与操作筒4内孔内的螺纹段匹配装配，转换头7以上、下部外缘与操作筒4内孔螺纹段的上、下部内壁密封装配；由此可见，在操作筒4的周向旋转驱动下，转换头7能够在操作筒7内实现轴向位移。缝宽调整板为匹配裂缝室6第一导向槽和第二导向槽的两块楔形板，即第一楔板14和第二楔板13，第一楔板14和第二楔板13的外表面分别为斜面结构、内表面分别为直面结构，第一楔板14和第二楔板13的相向面（即内表面）之间构成模拟缝宽，模拟缝宽的变化范围为0～6mm，模拟缝宽的高度约为50～80mm。

供压系统主要由高压氮气源（即高压氮气瓶）、井口增压管线和井底增压管线组成；井口增压管线的一端与高压氮气源连接、另一端与封头9上的加压口10连接，井底增压管线的一端与高压氮气源连接、另一端与操作筒4上的加压口连接，高压氮气源用于通过井口增压管线或井底增压管线向泥浆室5顶部、裂缝室6底部增压；在井口增压管线上设有控制井口增压管线流道通断的截止阀；在井底增压管线上设有控制井底增压管线流道通断的截止阀。

调节支架16主要由传动轴19、架体17和操作轮盘20组成。传动轴19为两段，这两段传动轴19以径向位置对称的结构连接在壳体1的中部，即在壳体1的中部设有连接座，该连接座的周向上具有两个径向位置对称的花键接头，两段传动轴19分别以花键结构连接在壳体1中部连接座的两侧，两段传动轴19基本处在壳体1的同一径向线上；一段传动轴19的端部通过轴承组件装配在架体17的上端部，另一段传动轴19的中部通过轴承组件装配在架体17的上端部，以此将堵漏仪的、连接在一起的壳体1和调缝机构悬空。架体17的底部四角分别设有一个行走轮18。操作轮盘20以蜗轮蜗杆结构连接在端部延伸出架体17的传动轴19的端部，在外力作用下，操作轮盘20能够驱动传动轴19在架体17上旋转，从而带动堵漏仪的、连接在一起的壳体1和调缝机构旋转。

上述堵漏仪的使用方法包括下列步骤：

步骤1. 实验前检查设备加压管线是否接好；关闭操作筒4上的排液口8的阀门，关闭井底增压管线上的阀门，周向旋转操作筒4，调节缝宽调整板之间的缝宽为零；

步骤2. 在泥浆室5中注入堵漏钻井液，打开井口增压管线上的阀门，通过封头9上的加压口10对泥浆室5进行增压；通过温控箱设定温度，使加热孔内的加热管对壳体1周围的环境进行加热，同时通过温度探测仪监测壳体1周围的环境温度变化，防止因温度升高而使泥浆室5内造成超压情况发生；

步骤3. 当泥浆室5的压力和温度达到实验要求时，周向旋转操作筒4，调节缝宽调整板之间的缝宽；打开操作筒4上的排液口8，测量堵漏钻井液的漏失量；

步骤4. 实验结束后，开启操作筒4内的放液机构15，回收堵漏钻井液；实验结束后或过程中，通过放液机构15带压快速排液；

步骤5. 若堵漏成功，测试返排效果，具体的，关闭操作筒4上的排液口8的阀门，放空泥浆室5内的压力，关闭操作筒4内的放液机构15，关闭井口增压管线上的阀门，打开井底增压管线上的阀门，通过操作筒4向裂缝室6注入高压氮气，施加压力测试返排压力。

实施例2

本发明为一种可调缝宽堵漏仪，它包括壳体、调缝机构和调节支架。

其中，壳体主要由上、下顺序密封连接在一起的上套筒和下套筒组成。上套筒和下套筒分别为中空结构，分别采用耐压最高达40MPa、耐温最高达220℃的不锈钢材质（例如316L不锈钢）成型；上套筒的内孔直径大于下套筒的内孔直径，上套筒的底端具有连接下套筒顶端的下接头，下套筒顶端具有能够延伸进上套筒内孔的上接头，下套筒通过上接头连接在上套筒的下接头上，二者的连接处设有多道密封圈；上套筒的上端具有连接封头的上接头，上套筒通过上接头连接有封头，它们的连接处设有多道密封圈，封头和下套筒之间的上套筒环空为泥浆室；下套筒的内孔为裂缝室，其从顶端起为由小而大的渐变楔槽结构，即下套筒的顶端缝宽小于底端缝宽，下套筒的裂缝室内具有相向的第一导向槽和第二导向槽，第一导向槽和第二导向槽分别为燕尾槽结构，第一导向槽和第二导向槽分别为斜槽，它们之间形成一定夹角。由此可见，壳体内由上而下设有顺序连通的泥浆室和裂缝室，且裂缝室从靠近泥浆室这一端起为由小而大的渐变楔槽结构，具有相向的第一导向槽和第二导向槽。

调缝机构能够延伸进壳体的裂缝室内，具体的，调缝机构主要由中空的操作筒、转换头和楔形的缝宽调整板组成。操作筒的上部外壁设有径向外凸的限位凸台，该限位凸台的直径匹配于壳体的内孔下部直径，操作筒通过限位凸台轴向装配在壳体的内孔下部，并由壳体内孔下部所连接的限位件限位，从而使操作筒在壳体的内孔下部形成可以周向旋转的活动连接，操作筒的上部外壁与壳体的内孔下部内壁之间设有多道密封圈；在操作筒的中部设有排液口，排液口的内端与操作筒的内孔相通，排液口的外端用于连接堵漏钻井液收集系统；操作筒的内孔内设有放液机构，该放液机构主要由活塞体、作业杆和连杆臂组成，活塞体设置在操作筒的内孔内、对应排液口，作业杆上端连接活塞体、下端轴向延伸出操作筒底端端面，并延伸出操作筒底端端面所连接的支撑架，在支撑架上设有向下延伸的支撑件，连杆臂主要由铰接在一起的“7”字形曲柄和连杆片组成，曲柄的外端与支撑架底端端面上的支撑件铰接、连杆片的外端与作业杆延伸出操作筒的端部铰接；操作筒的内孔上部内部设有径向凸起的螺纹段。转换头的上端内缘处设有匹配缝宽调整板底端斜度的斜面止口，转换头通过上端的斜面止口锁扣在缝宽调整板的底端处；转换头的上、下部外缘分别为径向外凸的凸台结构，转换头上、下外缘的凸台直径匹配于操作筒的内孔内径，转换头的上、下部外缘之间的环壁上设有螺纹结构，转换头装配在操作筒内，转换头以中部的螺纹段与操作筒内孔内的螺纹段匹配装配，转换头以上、下部外缘与操作筒内孔螺纹段的上、下部内壁密封装配；由此可见，在操作筒的周向旋转驱动下，转换头能够在操作筒内实现轴向位移。缝宽调整板为匹配裂缝室第一导向槽和第二导向槽的两块楔形板，即第一楔板和第二楔板，第一楔板和第二楔板的外表面分别为斜面结构、内表面分别为直面结构，第一楔板和第二楔板的相向面（即内表面）之间构成模拟缝宽，模拟缝宽的变化范围为0～6mm，模拟缝宽的高度约为50～80mm。

调节支架主要由传动轴、架体和操作轮盘组成。传动轴为两段，这两段传动轴以径向位置对称的结构连接在壳体的中部，即在壳体的中部设有连接座，该连接座的周向上具有两个径向位置对称的花键接头，两段传动轴分别以花键结构连接在壳体中部连接座的两侧，两段传动轴基本处在壳体的同一径向线上；一段传动轴的端部通过轴承组件装配在架体的上端部，另一段传动轴的中部通过轴承组件装配在架体的上端部，以此将堵漏仪的、连接在一起的壳体和调缝机构悬空。架体的底部四角分别设有一个行走轮。操作轮盘以蜗轮蜗杆结构连接在端部延伸出架体的传动轴的端部，在外力作用下，操作轮盘能够驱动传动轴在架体上旋转，从而带动堵漏仪的、连接在一起的壳体和调缝机构旋转。

上述堵漏仪的使用方法包括下列步骤：

步骤1. 关闭操作筒上的排液口的阀门，周向旋转操作筒，调节缝宽调整板之间的缝宽为零；

步骤2. 在泥浆室中注入堵漏钻井液；

步骤3. 周向旋转操作筒，调节缝宽调整板之间的缝宽；打开操作筒上的排液口，测量堵漏钻井液的漏失量；

步骤4. 实验结束后，开启操作筒内的放液机构，回收堵漏钻井液；实验结束后或过程中，通过放液机构快速排液。

实施例3

本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于：壳体为一整体。

实施例4

本实施例的其它内容与实施例1或2相同，不同之处在于：取消调节支架。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。