评价钻井液防漏能力的实验装置和实验装置的使用方法与流程

1.本发明涉及油气钻井技术领域，具体而言，涉及一种评价钻井液防漏能力的实验装置和实验装置的使用方法。


背景技术：

2.裂缝性井漏是钻井液在压差作用下，钻井液中的固相和液相同时进入裂缝并进入地层深部的现象。钻井液漏失不仅增加钻井液成本，而且会诱发一些列其它井下复杂或事故，因此，防止钻井液漏失可以降低钻井成本，减少井下复杂和事故的风险。
3.钻井液由液相、处理剂及配浆黏土、加重材料、岩屑、防漏材料等各种尺度的固相颗粒配制而成的复杂固液悬浮体系。在压差作用下，当裂缝宽度较小时，钻井液固相无法进入裂缝而在裂缝入口处形成滤饼，仅液相进入裂缝，表现为钻井液的滤失；当裂缝宽度较大时，钻井液的液相和固相可能会同时进入地层而发生钻井液的漏失。因此，对于特定的钻井液，应当对应一个导致发生漏失的临界裂缝宽度，该裂缝宽度反应了钻井液的防漏能力。由于不同钻井液的固相种类、含量及粒度均不相同，不同钻井液的防漏能力也不尽相同。掌握钻井液对微裂缝地层的防漏能力，对优化设计钻井液配方及性能具有重要的参考意义。
4.现有评价钻井液防漏能力的装置通常采用岩心压裂试验装置，该装置使用完整的岩心模拟地层，在井筒内钻井液压力的作用下，测试岩心破裂压力、漏失压力及裂缝重新开启压力。但是，现有的岩心压裂试验装置存在以下缺点：岩心的制作加工过程繁琐，无法确保岩心的性质完全一致，导致试验的重复性较差，此外，由于采用密闭的岩心夹持器进行加压，试验结束泄压后，岩心中的裂缝会产生变形，无法定量对钻井液的防漏能力进行有效测试。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种评价钻井液防漏能力的实验装置和实验装置的使用方法，以解决现有技术中的无法有效测量钻井液的防漏能力的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种评价钻井液防漏能力的实验装置，包括杯体和裂缝模块，杯体具有容纳腔以及与容纳腔连通的第一连通口，第一连通口与第一施压管连通；裂缝模块设置在容纳腔内并将容纳腔分为第一子容纳腔和第二子容纳腔，第一子容纳腔用于盛放钻井液，第一连通口位于第一子容纳腔的远离第二子容纳腔一侧的腔壁面上，裂缝模块具有裂缝，第一子容纳腔通过裂缝与第二子容纳腔连通，裂缝的宽度可调节；其中，第一施压管向第一连通口施加压力，以使第一子容纳腔内的钻井液在压力作用下经裂缝流入第二子容纳腔内，调节第一施压管向第一连通口施加的压力和裂缝的宽度中的至少一个，并记录流入第二子容纳腔中的钻井液的体积，根据第二子容纳腔中的钻井液的体积评价钻井液的防漏能力。
7.进一步地，裂缝模块与杯体可拆卸地连接。
8.进一步地，实验装置还包括第一连通阀杆，第一连通阀杆的第一端与第一连通口
连通，第一连通阀杆的第二端与第一施压管连通。
9.进一步地，杯体还具有第二连通口，第二连通口位于第二子容纳腔的远离第一子容纳腔的腔壁面上，第二连通口与第二施压管连通，第二施压管施加的压力小于第一施压管施加的压力。
10.进一步地，实验装置还包括第二连通阀杆，第二连通阀杆的第一端与第二连通口连通，第二连通阀杆的第二端与第二施压管连通。
11.进一步地，杯体包括第一环形筒和第一杯盖，其中，第一环形筒包括容纳筒段和第一装配筒段，容纳筒段具有容纳腔，第一装配筒段与容纳筒段的轴向一端连接，第一装配筒段与容纳筒段的连接位置处形成第一止挡面；第一杯盖盖设在第一环形筒的位于第一装配筒段的位置处，并与第一止挡面抵接，第一杯盖具有第一连通口。
12.进一步地，第一杯盖与第一环形筒的连接位置处设置有第一密封圈。
13.进一步地，第一密封圈为多个，多个第一密封圈中的至少一个位于第一止挡面和第一杯盖的轴向端面之间，其余第一密封圈中的至少一个位于第一杯盖的周向外表面与第一装配筒段的筒壁面之间。
14.进一步地，第一装配筒段具有第一装配孔，第一装配孔沿第一环形筒的径向延伸设置，实验装置还包括第一紧固件，第一紧固件穿过第一装配孔并与第一杯盖连接。
15.进一步地，第一环形筒还包括第二装配筒段，第二装配筒段与容纳筒段的轴向另一端连接，第二装配筒段与容纳筒段的连接位置处形成第二止挡面，杯体还包括第二杯盖，第二杯盖盖设在第一环形筒的位于第二装配筒段的位置处，并与第二止挡面抵接，第二杯盖具有第二连通口。
16.进一步地，第二杯盖与第一环形筒的连接位置处设置有第二密封圈。
17.进一步地，第二密封圈为多个，多个第二密封圈中的至少一个位于第二止挡面和第二杯盖的轴向端面之间，其余第二密封圈中的至少一个位于第二杯盖的周向外表面与第二装配筒段的筒壁面之间。
18.进一步地，第二装配筒段具有第二装配孔，第二装配孔沿第一环形筒的径向延伸设置，实验装置还包括第二紧固件，第二紧固件穿过第二装配孔并与第二杯盖连接。
19.进一步地，裂缝模块包括第二环形筒，第二环形筒的轴向一端具有环形翻边，环形翻边的内圈与第二环形筒的筒边缘连接，环形翻边与第二杯盖可拆卸地连接，第二环形筒的轴向另一端具有两个调节滑块，两个调节滑块相对设置，两个调节滑块之间的距离形成裂缝，通过调节两个调节滑块之间的距离以调节裂缝的宽度；第二杯盖的朝向第二环形筒一侧的表面、第二环形筒的筒壁面和两个调节滑块的朝向第二杯盖一侧的表面围成第二子容纳腔。
20.进一步地，两个调节滑块均呈半圆形，当两个调节滑块组成的圆的横截面的面积大于或等于第二环形筒的周向外表面所在圆的面积，两个调节滑块的具有平面的一侧相对设置。
21.进一步地，裂缝的宽度为k，其中，20μm≤k≤300μm。
22.根据本发明的另一方面，提供了一种实验装置的使用方法，实验装置为上述的实验装置，使用方法包括通过第一施压管向第一连通口施加压力，以使第一子容纳腔内的钻井液在压力作用下经裂缝流入第二子容纳腔内；调节第一施压管向第一连通口施加的压力
和裂缝的宽度中的至少一个，并记录流入第二子容纳腔中的钻井液的体积；根据第二子容纳腔中的钻井液的体积评价钻井液的防漏能力。
23.应用本发明的技术方案，提供了一种具有杯体和裂缝模块的实验装置，通过第一施压管向杯体的第一连通口施加压力，从而使得第一子容纳腔内的钻井液在压力作用下经裂缝流入第二子容纳腔内，调节第一施压管向第一连通口施加的压力和裂缝的宽度中的至少一个，并记录流入第二子容纳腔中的钻井液的体积，根据第二子容纳腔中的钻井液的体积评价钻井液的防漏能力，实验装置整体结构简单，易于加工制造，大大降低了实验装置的加工制造难度，此外，通过调节第一施压管向第一连通口施加的压力和裂缝的宽度中的至少一个，还能够对不同压力和不同宽度下的钻井液的防漏能力进行测试。
附图说明
24.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
25.图1示出了根据本发明的一种可选实施例的实验装置的使用方法的流程示意图；
26.图2示出了根据本发明的一种可选实施例的实验装置的剖视结构示意图；
27.图3示出了图2中的实验装置的裂缝模块的结构示意图；
28.图4示出了图3中的裂缝模块处于分解状态时的结构示意图，该图中，一个调节滑块处于分解状态。
29.其中，上述附图包括以下附图标记：
30.10、杯体；11、容纳腔；111、第一子容纳腔；112、第二子容纳腔；12、第一连通口；13、第二连通口；14、第一环形筒；141、容纳筒段；142、第一装配筒段；143、第二装配筒段；15、第一杯盖；20、裂缝模块；21、裂缝；22、第二环形筒；221、环形翻边；222、调节滑块；30、第一连通阀杆；40、第二连通阀杆；50、第一密封圈；60、第一紧固件；70、第二杯盖；80、第二密封圈；90、第二紧固件；100、螺钉。
具体实施方式
31.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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
32.为了解决现有技术中的无法有效测量钻井液的防漏能力的问题，本发明提供了一种评价钻井液防漏能力的实验装置和实验装置的使用方法。
33.如图1所示，实验装置的使用方法包括通过第一施压管向第一连通口12施加压力，以使第一子容纳腔111内的钻井液在压力作用下经裂缝21流入第二子容纳腔112内；调节第一施压管向第一连通口12施加的压力和裂缝21的宽度中的至少一个，并记录流入第二子容纳腔112中的钻井液的体积；根据第二子容纳腔112中的钻井液的体积评价钻井液的防漏能力。
34.如图2至图4所示，评价钻井液防漏能力的实验装置包括杯体10和裂缝模块20，其
中，杯体10具有容纳腔11以及与容纳腔11连通的第一连通口12，第一连通口12与第一施压管连通；裂缝模块20设置在容纳腔11内并将容纳腔11分为第一子容纳腔111和第二子容纳腔112，第一子容纳腔111用于盛放钻井液，第一连通口12位于第一子容纳腔111的远离第二子容纳腔112一侧的腔壁面上，裂缝模块20具有裂缝21，第一子容纳腔111通过裂缝21与第二子容纳腔112连通，裂缝21的宽度可调节；其中，第一施压管向第一连通口12施加压力，以使第一子容纳腔111内的钻井液在压力作用下经裂缝21流入第二子容纳腔112内，调节第一施压管向第一连通口12施加的压力和裂缝21的宽度中的至少一个，并记录流入第二子容纳腔112中的钻井液的体积，根据第二子容纳腔112中的钻井液的体积评价钻井液的防漏能力。
35.本技术提供了一种具有杯体10和裂缝模块20的实验装置，通过第一施压管向杯体10的第一连通口12施加压力，从而使得第一子容纳腔111内的钻井液在压力作用下经裂缝21流入第二子容纳腔112内，调节第一施压管向第一连通口12施加的压力和裂缝21的宽度中的至少一个，并记录流入第二子容纳腔112中的钻井液的体积，根据第二子容纳腔112中的钻井液的体积评价钻井液的防漏能力，实验装置整体结构简单，易于加工制造，大大降低了实验装置的加工制造难度，此外，通过调节第一施压管向第一连通口12施加的压力和裂缝21的宽度中的至少一个，还能够对不同压力和不同宽度下的钻井液的防漏能力进行测试。
36.需要说明的是，在本技术中，裂缝模块20与杯体10可拆卸地连接。这样，便于将裂缝模块20拆卸下，以对裂缝模块20的裂缝21的宽度进行调节。
37.如图2所示，实验装置还包括第一连通阀杆30，第一连通阀杆30的第一端与第一连通口12连通，第一连通阀杆30的第二端与第一施压管连通。这样，确保第一连通口12与第一施压管的连通可靠性。
38.如图2所示，杯体10还具有第二连通口13，第二连通口13位于第二子容纳腔112的远离第一子容纳腔111的腔壁面上，第二连通口13与第二施压管连通，第二施压管施加的压力小于第一施压管施加的压力。这样，确保第一连通口12和第二连通口13之间能够形成压差，从而确保第一子容纳腔111内的钻井液能够在压力作用下经裂缝21流入第二子容纳腔112内。
39.如图2所示，实验装置还包括第二连通阀杆40，第二连通阀杆40的第一端与第二连通口13连通，第二连通阀杆40的第二端与第二施压管连通。这样，确保第二连通口13与第二施压管的连通可靠性。
40.如图2所示，杯体10包括第一环形筒14和第一杯盖15，其中，第一环形筒14包括容纳筒段141和第一装配筒段142，容纳筒段141具有容纳腔11，第一装配筒段142与容纳筒段141的轴向一端连接，第一装配筒段142与容纳筒段141的连接位置处形成第一止挡面；第一杯盖15盖设在第一环形筒14的位于第一装配筒段142的位置处，并与第一止挡面抵接，第一杯盖15具有第一连通口12。这样，打开第一杯盖15能够向第一环形筒14内倒入钻井液，盖上第一杯盖15能够进行后续钻井液的测试试验。
41.如图2所示，第一杯盖15与第一环形筒14的连接位置处设置有第一密封圈50。这样，确保第一杯盖15与第一环形筒14之间的密封可靠性，避免钻井液出现泄漏现象，以及避免出现泄压现象。
42.如图2所示，第一密封圈50为多个，多个第一密封圈50中的至少一个位于第一止挡面和第一杯盖15的轴向端面之间，其余第一密封圈50中的至少一个位于第一杯盖15的周向外表面与第一装配筒段142的筒壁面之间。这样，确保第一杯盖15与第一环形筒14的连接位置处的轴向和径向均能够达到密封的效果。
43.如图2所示，第第一装配筒段142具有第一装配孔，第一装配孔沿第一环形筒14的径向延伸设置，实验装置还包括第一紧固件60，第一紧固件60穿过第一装配孔并与第一杯盖15连接。这样，确保第一杯盖15与第一环形筒14的连接可靠性。
44.如图2所示，第一环形筒14还包括第二装配筒段143，第二装配筒段143与容纳筒段141的轴向另一端连接，第二装配筒段143与容纳筒段141的连接位置处形成第二止挡面，杯体10还包括第二杯盖70，第二杯盖70盖设在第一环形筒14的位于第二装配筒段143的位置处，并与第二止挡面抵接，第二杯盖70具有第二连通口13。
45.如图2所示，第二杯盖70与第一环形筒14的连接位置处设置有第二密封圈80。这样，确保第二杯盖70与第一环形筒14之间的密封可靠性，避免钻井液出现泄漏现象，以及避免出现泄压现象。
46.如图2所示，第二密封圈80为多个，多个第二密封圈80中的至少一个位于第二止挡面和第二杯盖70的轴向端面之间，其余第二密封圈80中的至少一个位于第二杯盖70的周向外表面与第二装配筒段143的筒壁面之间。这样，确保保第二杯盖70与第一环形筒14的连接位置处的轴向和径向均能够达到密封的效果。
47.如图2所示，第二装配筒段143具有第二装配孔，第二装配孔沿第一环形筒14的径向延伸设置，实验装置还包括第二紧固件90，第二紧固件90穿过第二装配孔并与第二杯盖70连接。这样，确保第二杯盖70与第一环形筒14的连接可靠性。
48.如图2至图4所示，裂缝模块20包括第二环形筒22，第二环形筒22的轴向一端具有环形翻边221，环形翻边221的内圈与第二环形筒22的筒边缘连接，环形翻边221与第二杯盖70可拆卸地连接，第二环形筒22的轴向另一端具有两个调节滑块222，两个调节滑块222相对设置，两个调节滑块222之间的距离形成裂缝21，通过调节两个调节滑块222之间的距离以调节裂缝21的宽度；第二杯盖70的朝向第二环形筒22一侧的表面、第二环形筒22的筒壁面和两个调节滑块222的朝向第二杯盖70一侧的表面围成第二子容纳腔112。这样，确保裂缝模块20能够有效将容纳腔11分为第一子容纳腔111和第二子容纳腔112，且仅通过裂缝21连通第一子容纳腔111和第二子容纳腔112。
49.如图3和图4所示，两个调节滑块222均呈半圆形，当两个调节滑块222组成的圆的横截面的面积大于或等于第二环形筒22的周向外表面所在圆的面积，两个调节滑块222的具有平面的一侧相对设置。这样，确保两个调节滑块222相对设置时能够与第二环形筒22的横截面相适配，通过拧松两个调节滑块222与第二环形筒22之间的螺钉100，采用塞尺调节好裂缝21的宽度后，再拧紧螺钉100，确保裂缝21的宽度在钻井液测试过程中不会发生改变。
50.可选地，裂缝21的宽度为k，其中，20μm≤k≤300μm。这样，通过优化裂缝21的宽度k，避免因裂缝21的宽度k过小而导致钻井液中的固相无法通过，还避免了因裂缝21的宽度k过大而无法达到钻井液的漏失和滤失之间过渡的测量的目的。
51.可选地，第一装配筒段142与容纳段同轴设置。
52.可选地，高压端和低压端的压力起初时保持压差为0.7mpa，逐步升高高压端的压力，使得压差最大能够达到3.5mpa，记录不同压力下的流出的钻井液的体积，待测量完毕后，取出裂缝模块20，观察裂缝模块20上的钻井液的附着情况，再结合流出的钻井液的体积，分析钻井液的防漏能力。
53.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
54.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
55.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
56.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
57.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
58.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。