一种高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置和方法与流程

本发明涉及石油天然气钻井液工程技术领域，特别是涉及一种高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置和方法。

背景技术：

随着我国对油气资源的需要越来越大，深井、超深井和异常高温高压井不断增多，使用高温高密度钻井液也越来越频繁，在深部地层中时常会出现co2侵入钻井液的情况，co2侵入钻井液会出现以下特征：

①钻井液呈暗灰色或棕灰色,污染严重时呈暗黑色胶油状,含大量气泡且不易消除。②钻井液粘度和切力居高不下,性能极不稳定,用铁络盐flcs和磺化单宁smt碱液处理不起作用。③钻井液流动性差,且起皮现象严重。④钻井液挂壁现象严重。⑤钻井液滤失量难以控制,波动大。虽然通过使用大量降滤失剂可以控制滤失量在5ml以内，但泥饼厚且虚。⑥测定钻井液流变性时粘度计指针不回零,影响测量数据精度。⑦钻井液ph值难以控制。⑧膨润土与固相含量均在正常值范围,但触变性强，静止后呈“豆腐块”状。co2作为一种酸性气体侵入钻井液会造成钻井液性能恶化，给钻井液性能维护带来极大困难，严重威胁钻井安全，同时也带来了环保压力。因此，研究co2对钻井液性能影响规律和co2污染后钻井液的处理方法就显得很重要，而这些研究工作均需要有科学的评价co2污染钻井液的实验装置和方法。

目前评价co2污染钻井液的实验装置和方法采用压力灌注法来进行室内co2污染模拟实验：使用常规钻井液用的老化罐，将钻井液装入老化罐中，在一定压力下将co2从老化罐顶部阀杆压入老化罐中，然后将老化罐放入高温滚子炉中，在模拟井底温度条件下滚动一定时间，通常为16h，取出老化罐,待冷却后将其中的钻井液倒出搅拌5min后测其性能。

目前采用压力灌注法来评价co2污染钻井液实验方法存在以下问题：

(1)老化罐中的co2在高温高压条件下极易对老化罐罐体造成腐蚀(老化罐材质通常为304钢或者316钢)，其腐蚀产物混入钻井液中也会造成钻井液的性能发生变化，因此会对co2对钻井液的影响程度造成严重干扰；(2)老化罐在滚子加热炉中滚动时，罐中的钻井液液面基本上是水平的，呈液相的钻井液与气态的co2存在明显的液-气两相界面，气态下的co2侵入钻井液中推动力仅仅是co2的浓度差，由于钻井液具有一定的粘度和切力，因此co2污染钻井液的程度很有限，这与co2在井下侵入钻井液的真实过程有很大的差异，具体地讲，就是压力灌注法中钻井液与co2两者的混合程度不够充分。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，既能防止co2在高温高压条件下腐蚀老化罐罐体又能增加co2与钻井液混合程度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置，包括老化罐，所述老化罐顶部连接有罐盖，所述罐盖上连接有阀杆，所述老化罐内壁和底壁上设置有内衬，所述内衬之间插设有十字型挡板，所述内衬顶部密闭连接有内衬盖，所述内衬盖中间开设有中心小孔；所述十字型挡板上均匀开设有多个通孔。

可选的，所述老化罐的内径为63.5mm；罐内高度为160mm；体积为500ml。

可选的，所述内衬的内径为56.5mm；厚度为3.5mm；高度为145mm。

可选的，所述内衬盖包括上、下两层，上、下两层内衬盖中间用橡胶圈密封；所述内衬盖的下层直径为56mm，上层直径为63mm，下层厚度为6mm，上层厚度为3.5mm，中心小孔直径为1mm。

可选的，所述内衬盖上部连接有凸起，所述凸起的直径为15mm，高为8mm，所述凸起与所述内衬盖一体成型。

可选的，十字型挡板包括两块结构相同的长方体型的面板，两块所述面板正十字型交叉；所述通孔开设于所述面板上。

可选的，每块所述面板长为138mm；宽为56mm；厚为2.0mm；通孔孔径为5mm；相邻两个所述通孔的孔距为5mm。

可选的，所述内衬、内衬盖和十字型挡板的材质均为聚四氟乙烯。

本发明还提供一种高密度钻井液二氧化碳污染实验评价方法，主要包括如下步骤：

(1)组装实验装置，将内衬装入老化罐内；将十字型挡板插入内衬中；

(2)将待评价钻井液300ml倒入老化罐中，盖好内衬盖，确保内衬盖的中心小孔不被堵死，再将老化罐的罐盖拧紧；

(3)用管线将老化罐的罐盖上的阀杆与co2气瓶连接，拧松阀杆使老化罐中的co2分压达到设定值；保持老化罐中的co2分压位于设定值并拧紧阀杆，卸去连接管线；

(4)将老化罐放入滚子加热炉中在设定温度下老化滚动16h后取出，待冷却后倒出钻井液进行性能测试，实验结束。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置和方法，可以全面真实模拟测量二氧化碳污染后钻井液性能变化，为高密度钻井液预防和处理二氧化碳污染提供依据，克服了以往压力灌注法造成的老化罐罐体因二氧化碳腐蚀产物对钻井液性能影响以及二氧化碳与钻井液混合污染程度不足的缺点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置结构示意图；

图2为本发明高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置的内衬盖结构示意图；

图3为本发明高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置的十字型挡板结构俯视图；

图4为本发明高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置的面板通孔分布示意图；

其中，1为老化罐、1-1为罐盖、2为内衬、3为内衬盖、3-1为中心小孔、3-2为凸起、4为十字型挡板、4-1为通孔、4-2为面板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，既能防止co2在高温高压条件下腐蚀老化罐罐体又能增加co2与钻井液混合程度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种高密度钻井液二氧化碳污染实验评价装置，如图1-图4所示，包括由304型不锈钢组成的高温高压的老化罐1，老化罐1顶部连接有罐盖1-1，罐盖1-1上连接有阀杆，老化罐1内壁和底壁上设置有一体的内衬2，内衬2之间插设有十字型挡板4，内衬顶部密闭连接有内衬盖3，内衬盖3中间开设有中心小孔3-1；十字型挡板4上均匀开设有多个通孔4-1。

具体的，老化罐1的内径为63.5mm；罐内高度为160mm；体积为500ml。内衬2的内径为56.5mm；厚度为3.5mm；高度为145mm。内衬盖3包括上、下两层，上、下两层内衬盖3中间用橡胶圈密封；内衬盖3的下层直径为56mm，上层直径为63mm，下层厚度为6mm，上层厚度为3.5mm，中心小孔3-1直径为1mm。内衬盖3上部连接有凸起3-2，凸起3-2的直径为15mm，高为8mm，凸起3-2与内衬盖3一体成型，且中心小孔3-1贯通内衬盖3和凸起3-2。

进一步优选的，十字型挡板4包括两块结构相同的长方体型的面板4-2，两块面板4-2正十字型呈九十度交叉；通孔4-1开设于面板4-2上。每块面板4-2长为138mm；宽为56mm；厚为2.0mm；通孔4-1孔径为5mm；每块面板4-2上沿长度方向布4排通孔4-1，每排13个通孔4-1，相邻两个通孔4-1的孔距为5mm。

内衬2、内衬盖3和十字型挡板4的材质均为聚四氟乙烯。

本发明还提供一种高密度钻井液二氧化碳污染实验评价方法，主要包括如下步骤：

(1)组装实验装置，将内衬2装入老化罐1内；将十字型挡板4插入内衬2中；

(2)将待评价钻井液300ml倒入老化罐1中，盖好内衬盖3，确保内衬盖3的中心小孔不被堵死，再将老化罐1的罐盖拧紧；

(3)用管线将老化罐1的罐盖上的阀杆与co2气瓶连接，拧松阀杆使老化罐中的co2分压达到设定值；保持老化罐中的co2分压位于设定值并拧紧阀杆，卸去连接管线；

(4)将老化罐1放入滚子加热炉中在设定温度下老化滚动16h后取出，待冷却后倒出钻井液进行性能测试，实验结束。

本发明可以全面真实模拟测量二氧化碳污染后钻井液性能变化，为高密度钻井液预防和处理二氧化碳污染提供依据，克服了以往压力灌注法造成的老化罐罐体因二氧化碳腐蚀产物对钻井液性能影响以及二氧化碳与钻井液混合污染程度不足的缺点。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。