一种可视化温控相变封堵测试仪及测试方法与流程

本发明属于石油天然气钻井施工，具体涉及一种可视化温控相变封堵测试仪及测试方法。

背景技术：

1、随着石油勘探不断走向深部、复杂地层以及处于开发中后期的压力衰竭地层，钻井过程中所遇到的复杂情况日益增加，其中井漏所导致的经济损失尤其严重。漏失损失大量钻井液，延长钻井周期，严重损害储层并伴随其它井下复杂情况产生，极大制约着油气资源的开发进程和经济效益。全球因井漏问题造成的直接和间接经济损失接近30亿美元，其中主要包括钻井液的漏失、处理费用以及钻井时间的延长。由于地下情况复杂多变，一些压力衰竭地层、裂缝性地层以及破碎地层在钻井过程中容易导致井漏的发生，据统计井漏发生频率从1995年的18％上升至28.4％。随着复杂地层日益严峻的漏失问题，不断涌现出新的堵漏工艺和堵漏材料。但实际地层漏失通道性质复杂多变，堵漏材料种类繁多、性质差异大，为提高堵漏的针对性和科学性，需要通过实验室堵漏评价仪模拟来指导现场作业。

2、仪器最关键的指标是其模拟地层实际情况的能力，即在模拟地层条件下研究堵漏材料的封堵效果和承压能力。堵漏评价仪主要模拟堵漏浆经过漏失通道时的参数，主要包括：承压能力、累计漏失量、漏层温度、封堵层形成时间等。近年来，随着防漏堵漏工艺技术的持续发展，新型堵漏工艺技术和堵漏材料不断涌现，室内试验装置和堵漏材料评价方法越来越受到重视，也出现了一些新的评价方法，为现场应用提供配方调控和工艺优化提供了重要的手段。根据堵漏评价仪的发展趋势，可以将其分为三代，第一代是在api静态堵漏实验仪的基础上发展起来的，主要是针对不同裂缝宽度的静态堵漏实验及开始模拟地层条件，包括地层温度、压力以及井筒中的流体流动对堵漏的影响(动态堵漏实验)；第二代堵漏仪器在第一代的基础上，考滤了裂缝面的形态、粗糙度、渗透率等漏失通道特征；第三代考滤加入可视化元素，实现在封堵层形成后，在环境响应下材料变形及自身结构衍化过程的观测。第一代和第二代堵漏仪器目前已经较为成熟，而第三代堵漏仪器仍处于设计或调试阶段。

3、目前国内钻井液封堵评价仪器有api滤失仪、hthp高温高压滤失仪、砂床渗透模拟试验仪、高温高压动态岩心滤失仪等，模拟封堵介质包括滤纸、岩心、砂床。这些评价仪器主要用于评价钻井液对砂岩地层的封堵能力，难以模拟钻井液动态情况下对漏层的封堵及井壁稳定能力，同时不具备可视化观测能力。如申请号201310428747.2的中国专利公开了钻井液动态煤层井壁封堵测试仪，包括：煤层井壁、煤层井筒、第一滤液冷凝接收器、钻井液容器、流量控制器及泥浆泵；所述煤层井壁位于煤层井筒内；所述第一滤液冷凝接收器通过管线通道与所述煤层井筒相连；所述煤层井筒通过管线通道与所述钻井液容器相连接，形成循环通道；在钻井液容器至煤层井筒底部的通道上，设有所述泥浆泵和所述流量控制器，用于建立钻井液的循环和控制钻井液循环的流量。该装置能够模拟钻井液在井下对煤层井壁的封堵能力，还可以直接观察钻井液对煤层的井壁稳定和损害情况，但该仪器针对的是井壁微裂缝的封堵，与漏层裂缝尺寸存在较大差异，同时存在以下几点不足：①无法评价反应性堵漏材料在温控条件下，进入孔隙时的过程封堵评价能力测定；②可视化效果差，无法直接观测堵漏材料在裂缝/孔隙中的滞留状态和渗入深度；③无法评价可固化类和可交联类材料；④仪器内部一旦被材料固化，造成仪器整体报废；⑤由于缺乏大量的试验数据和经验数据支持，导致在不同的压力和温度条件下采用何种封堵液才能够对相应的岩壁裂缝达到最好的封堵效果目前尚不确定，而且目前缺乏能够进行相应试验的设备。

4、因此，亟需设计出一种可以模拟井下压力和温度条件下，观察并记录相应堵漏浆对特定的模拟出的岩壁裂缝的封堵过程和封堵效果的新型试验设备，进而有效的解决此类问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可视化温控相变封堵测试仪及其测试方法，以解决上述背景技术中提出的缺乏能够模拟在不同温度和压力条件下测试不同封堵剂针对不同岩壁裂缝的封堵效果的设备的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种可视化温控相变封堵测试仪，包括支撑装置、搅拌装置、增压装置和收集容器，收集容器设置于支撑装置的下方，支撑装置的上端安装有底部封盖，底部封盖上端密封插接有透明刻度筒，透明刻度筒的底部连接有中心排液管，中心排液管的一端穿过底部封盖后伸入收集容器内部；底部封盖的外侧密封安装有压力套筒，所述压力套筒设置于透明刻度筒外部，且压力套筒与透明刻度筒之间具有间距并形成一用于容置导热液的容置腔，所述容置腔内安装有加热器；

4、压力套筒的上端安装有用于封闭压力套筒的顶部封盖，顶部封盖上安装有用于搅拌位于透明刻度筒内部填充物的搅拌装置，顶部封盖上安装有用于向透明刻度套筒内注液的导液管，顶部封盖上还安装有的导气管，导气管的一端插入压力套筒内部，导气管的另一端与增压装置的输气端连通。

5、优选地，所述搅拌装置包括搅拌电机和搅拌桨，所述搅拌电机通过安装架固定在顶部封盖上，搅拌桨的顶部通过对接套与搅拌电机的输出端连接，搅拌桨的底部插入透明刻度筒内部，透明刻度筒的内壁密封连接有过滤架。

6、优选地，所述导液管的一端伸出顶部封盖并连接有用于供液的注液装置，注液装置包括液压推杆、储液容器和液压泵，所述储液容器内安装有用于推动储液容器内液体运动的推动塞，所述液压泵安装于支撑装置上，液压泵的输出端与液压推杆的输入端相连，液压推杆的输出端与所述推动塞连接，所述储液容器的出口通过进液管与导液管连接，所述进液管上安装有进液阀。

7、优选地，所述液压泵的输出端通过液压管驱动液压推杆运动，液压管上固定安装有用于测量液压管内部压力的辅助压力表。

8、优选地，所述储液容器的底部通过支架固定在支撑装置上，储液容器的顶部设置有注液口，且注液口通过封闭塞封闭。

9、优选地，所述顶部封盖上安装有用于向压力套筒内部照明的照明灯，顶部封盖上还安装有用于检测压力套筒内部压力的顶部压力表；压力套筒上安装有便于观察透明刻度筒上刻度的透明观察窗；底部封盖上安装有插入所述容置腔内的温度传感器和中部压力传感器，所述收集容器上安装有插入收集容内部的底部压力传感器和底部液位传感器。

10、优选地，该可视化温控相变封堵测试仪还包括可显示计算机，所述支撑装置上安装有控制台，控制台上安装有内部控制器，内部控制器通过数据线与可显示计算机信号连接并通过可显示计算机上的显示器输出测试结果，且内部控制器通过电缆分别与搅拌装置、照明灯、底部压力传感器、底部液位传感器、温度传感器、中部压力传感器以及加热器电性连接。

11、优选地，所述内部控制器为stm32型单片机控制器，控制台上安装有与内部控制器电性连接的电源总开关、温控表、转速显示器、调速按钮和电源接口，电源接口与外部供电装置电性连接，所述转速显示器用于显示搅拌装置的搅拌速度，调速按钮用于调节搅拌装置的搅拌速度，电源总开关用于控制设备整体的供电状态，温控表用于控制和显示加热器的工作状态，所述加热器为电热丝加热器。

12、优选地，所述中心排液管上安装有第一排放阀，底部封盖上安装有用于排出位于透明刻度筒和压力套筒之间导热液的辅助排液管，且辅助排液管上固定安装有第二排放阀。

13、优选地，所述压力套筒上安装有便于旋转压力套筒的第一转柄，顶部封盖上安装有便于旋转顶部封盖的第二转柄。

14、支撑装置优选地包括支撑平台、支撑立柱，支撑平台设有空腔，空腔内放置控制台，支撑平台的底端连接支撑立柱，支撑立柱的底部安装有滚轮；所述增压装置为高压气瓶。

15、一种可视化温控相变封堵的测试方法，包括以下步骤：

16、s1，组装设备：首先将底部封盖固定在支撑装置上，随后将透明刻度筒密封安装在底部封盖上，然后将压力套筒螺旋安装在底部封盖上，再在位于透明刻度筒内部的过滤架上放入用于模仿井壁裂缝间隙的介质，将介质的上端平整好，接着将导热液导入压力套筒和透明刻度筒之间的容置腔中，将顶部封盖固定在压力套筒的上端，并将增压装置的输气端与插入压力套筒内部的导气管接通，将导液管与注液装置连接，最后将可显示计算机通过数据线与内部控制器连接；

17、s2，调整设备：打开可显示计算机并运行配套的软件使可显示计算机能够接收由内部控制器传输过来的压力、温度和液位高度信号，并能够自动将上述信号绘制成为相应的图表进行显示，随后通过加热器开始对导热液进行加热并使导热液维持在指定的温度，然后利用增压装置将压力套筒内部的气压提升至指定的数值；

18、s3，开始试验：通过注液装置或由人工直接向透明刻度筒内注入由聚合物或者堵漏剂组成的试验液体，随后打开搅拌装置对试验液体进行搅拌，等待压力套筒内部的压力和温度再次稳定后，使位于透明刻度筒内部的试验液体流入收集容器内，记录此时收集容器内的液位变化和压力变化，并利用液位变化和压力变化来绘制压力-滤失量曲线图；

19、s4，拆卸清洗：试验完毕后，拆除增压装置和注液装置，并逐步排出位于压力套筒内部的残余气体，随后在压力套筒内部的温度降到室温后，排出导热液，随后依次拆除搅拌装置、顶部封盖、压力套筒、透明刻度筒和底部封盖，并对拆除后的设备进行清洗，等待下一次试验使用。

20、进一步地，步骤s3中，注液装置使用时，首先打开进液阀，通过液压泵向液压推杆内泵送压力油注液使液压推杆能够驱动推动塞将位于储液容器内的试验液体挤入到透明刻度筒内，注液的过程中打开照明灯然后通过透明观察窗观察位于透明刻度筒上的刻度，使试验液体到达指定的注液量。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1.本发明设计的可视化温控相变封堵测试仪能够在指定的压力和温度条件下测试不同的由聚合物或者堵漏剂组成的试验液体对不同井壁裂缝间隙的封堵效果，从而为实际施工中的相应试剂应用提供指导，从而选择出相应施工条件下最有效的封堵材料，有效提高施工时的封堵效果。

23、2.本发明所提供的可视化温控相变封堵的测试方法，操作简单，能够自动化的记录试验数据并绘制相应的压力和滤矢量曲线图，而且能够通过肉眼实时的观察试验过程，更加的直观和方便，因此具有很高的实用价值。

24、3.本发明通过内部控制器控制加热器对导热液进行加热并使导热液维持在指定的温度，利用增压装置将压力套筒内部的气压提升至指定的数值，并利用调速按钮调节搅拌装置的搅拌速度，自动化程度高，并极大地减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。

25、4.本发明通过在支撑装置上固定安装液压泵，液压泵连接液压推杆并为液压推杆的线性位移提供液压驱动，液压推杆的自由端末端与储液容器内部的推动塞相连，使试验液体通过导液管注入到透明刻度筒内，通过液压泵、液压推杆和推动塞的配合，即可方便快捷地实现试验液体地自动加注，降低了施工难度，提高了工作效率。此外，试验液体也可以不通过注液装置进行加注，而是直接在安装顶部封盖之前由人工注入到透明刻度筒中，以适应不同的工况需求。

26、5本发明还具有结构紧凑、操作方便、测试可靠性高的特点。

27、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。