一种高温高压钻井液密度实时在线测试装置及方法

本发明涉及矿业开采，特别涉及一种高温高压钻井液密度实时在线测试装置及方法。

背景技术：

1、cn201921445182一种高温高压条件下钻井液密度测试装置，其特征在于包括加热搅拌系统、真空抽吸系统和pvt测试系统，其中加热搅拌系统包括搅拌罐、加热器和搅拌器；真空抽吸系统包括真空泵、集液罐、真空压力传感器、负压吸液阀和抽真空阀；pvt测试系统包括pvt测试釜体、位移传感器和恒压泵，通过加热器和恒压泵模拟钻井液所处地层高温高压实际工况，pvt测试釜体中的活塞和位移传感器可实时在线监测钻井液的密度变化，得到钻井液密度随温度和压力的变化规律。

2、cn200520036228高温高压钻井液密度测量装置，其特征在于活塞组件置入釜体，活塞杆顶部装有活塞顶帽、限位装置和千分表，釜体上盖装有溢流调压阀及进压阀，釜体下盖装有排液阀，釜体置于油浴温箱中，可模拟井下高温高压状态，测量各种钻井液在不同温度、压力状态下的密度，可评价井下不同温度和液柱压力对钻井液密度产生的影响。

3、cn202011526546高温高压下钻井液粘度测量装置及其测量方法主要涉及钻井液粘度，cn201420676061评价高温高压钻井液的润滑性能的实验装置主要涉及钻井液润滑性能，cn201420675399高温高压动态钻井液滤失实验装置主要涉及钻井液滤失性，cn202120982024钻井液高温高压失水仪安全实验杯主要涉及钻井液失水量，cn201220538166高温高压条件下钻井液物性参数的测量装置主要涉及钻井液密度和导热系数，cn202121124225一种高温高压钻井液启动扭矩及沉降稳定性评价装置主要涉及钻井液沉降稳定性。

4、综上所述，钻井液性能参数对油气井安全高效钻进极其重要、且具有极强的工程需求，而当前测试装置和方法远不能满足超深超深井、万米深井钻遇高温高压复杂储层，面临地层水液体侵入、h2s/co2/ch4等烃类气体侵入时，钻井液密度实时在线测试技术要求，制约了深井超深井、万米深井钻井液体系设计及井筒精细控压和安全高效钻进技术的创新发展。

5、现有常规钻井液密度测试装置存在以下不足：

6、1、解决现场对于井筒高温高压、地层水液体侵入、h2s/co2/ch4等烃类气体侵入时钻井液密度测试装置的需求问题；

7、2、解决钻井液密度测试与井筒条件不符，无法实时在线测试井筒高温高压、地层水液体侵入、h2s/co2/ch4等烃类气体侵入条件下钻井液密度的变化；

8、3、克服当前测试方法和装置结构设计不足，未考虑地层水液体侵入、h2s/co2/ch4等烃类气体侵入对钻井液密度的影响作用；

技术实现思路

1、油气井钻井过程中，钻井液面临高温高压、地层水液体侵入、h2s/co2/ch4等烃类气体侵入等工况条件，钻井液密度极易发生变化，导致井筒液柱压力控制失当而面临安全风险。本发明建立了一种高温高压工况钻井液密度实时在线测试装置，同时形成了使用该装置评定高温筒工况钻井液密度变化的测试方法。目的在于精细模拟井筒高温高压环境，实时在线测试高温高压、地层水液体侵入、h2s/co2/ch4等烃类气体侵入时钻井液密度变化规律，为钻井液密度测试及体系优化设计提供技术支撑。

2、本发明要解决的问题：

3、1、提供一套能够实时在线模拟测试井筒高温高压、地层水液体侵入、h2s-co2气体侵入时钻井液密度的装置；

4、2、可模拟测试室温～350℃、常压～150mpa、地层水侵入、h2s/co2/ch4等烃类气体侵入井筒工况条件下钻井液的密度；

5、3、可实时在线模拟测试地层水侵入、h2s/co2/ch4等烃类气体侵入钻井液的过程。

6、具体的技术方案：

7、一种高温高压钻井液密度实时在线测试装置，包括增压升温系统、气侵模拟系统、钻井液密度测试系统、数据监控系统；

8、增压升温系统，包括液体存储罐、物料存储罐、液体和物料增压泵、电加热器、高温高压反应器、废气废液回收罐；液体存储罐、物料存储罐并联后，通过液体和物料增压泵依次连接电加热器、高温高压反应器，高温高压反应器还连接废气废液回收罐；用于将混合流体进行增压和升温至实验所需条件，将混合流体注入钻井液密度测试系统；

9、气侵模拟系统，包括h2s气瓶、co2气瓶、ch4气瓶、其他烃类气瓶、气体增压泵、混合气体存储罐组成；h2s气瓶、co2气瓶、ch4气瓶、其他烃类气瓶并联后，通过气体增压泵连接混合气体存储罐；用于将混合气体增压至实验所需条件，并将混合气体注入钻井液密度测试系统；

10、钻井液密度测试系统，包括磁力电机、搅拌浆、高温高压密度计、气侵入口、电磁泄压阀、加热套、保温层、液侵入口、高温高压釜组成；高温高压釜内设有搅拌浆，搅拌浆由磁力电机驱动；高温高压釜底部设有气侵入口、电磁泄压阀、液侵入口；气侵入口连接连接混合气体存储罐；电磁泄压阀连接废气废液回收罐；液侵入口连接高温高压反应器；高温高压釜外部设有加热套、保温层；高温高压釜上设有高温高压密度计；用于模拟测试井筒钻进高温高压、井筒发生h2s/co2/ch4及其他烃类混合气体侵入钻井液以及混合液体侵入钻井液时的钻井液密度变化曲线；

11、数据监控系统，包括计算机控制器、混合液体压力数据处理器、混合液体温度数据处理器、混合液体温度压力数据处理器、混合气体压力数据处理器、加热套温度数据处理器、扭矩和转速数据处理器、在线密度数据处理器、高温高压釜温度压力数据处理器，以及混合液体压力传感器、混合液体温度传感器、混合液体温压传感器、混合气体压力传感器、加热套温度传感器、扭矩和转速传感器、在线密度传感器、高温高压釜温度压力传感器组成；混合液体压力数据处理器、混合液体温度数据处理器、混合液体温度压力数据处理器、混合气体压力数据处理器、加热套温度数据处理器、扭矩和转速数据处理器、在线密度数据处理器、高温高压釜温度压力数据处理器分别与计算机控制器连接；混合液体压力传感器设在液体和物料增压泵上；混合液体温度传感器设在电加热器上；混合液体温压传感器设在高温高压反应器上；混合气体压力传感器设在气体增压泵上；加热套温度传感器、扭矩和转速传感器、在线密度传感器、高温高压釜温度压力传感器设在高温高压釜上；用于实时监测气侵模拟过程中混合气体的压力，实时监测液侵模拟过程中混合液体的温度和压力，实时在线测试高温高压、气侵和液侵过程中钻井液密度大小，记录数据并绘制钻井液密度变化曲线。

12、本发明还提供一种高温高压钻井液密度实时在线测试方法，采用所述的一种高温高压钻井液密度实时在线测试装置，所述的方法包括实验准备、模拟测试、绘制钻井液密度变化曲线三个方面：

13、一、实验准备：

14、s1、确定开展钻井液密度室内模拟测试的工况参数；根据典型井钻进深度和工况条件，确定井筒温度和压力，气侵时对应气体组分和压力，液侵时混合液体组分、温度和压力，实验所用钻井液配方、助剂、配置要求及钻井液体系基本物性参数；

15、s2、配制钻井液；按照钻井液配方及配制要求配制足量的钻井液体系，注入高温高压釜中；

16、s3、配制液侵用混合液体；按照液侵时混合液体组分，配制足量的混合液体，注入液体存储罐中，其他液侵流体注入物料存储罐中；

17、s4、配制气侵用混合气体；按照气侵时对应气体组分，计算气体分压并配制混合气体，注入混合气体存储罐中；

18、s5、混合液体增压；按照混合液体组分、浓度和用量，混合液体存储罐和物料存储罐中的流体，打开液体和物料增压泵增压至液侵时混合液体的压力；

19、s6、混合液体升温；打开电加热器，将混合液体升温至液侵时混合液体的温度；

20、s7、将混合液体注入高温高压反应器；将混合液体注入高温高压反应器中，运用混合液体温度传感器(1b)实时监测混合液体温度压力，确保混合液体温度压力与液侵时一致，否则返回步骤4再次对混合液体进行增压升温，直至高温高压反应器中混合液体温度压力条件与液侵时一致；

21、二、数据监控及测试：

22、s1、高温高压钻井液密度测试；使用计算机控制器开启并控制加热套升温，计算机控制器控制在线密度传感器、在线密度数据处理器实时在线测试钻井液密度大小，将高温高压釜温度压力升至模拟测试工况温度压力条件，30分钟内所测得钻井液密度不再变化时，完成高温高压条件下钻井液密度测试并记录测试数据；

23、s2、液侵时钻井液密度测试；将高温高压反应器中混合液体注入高温高压釜，使用计算机控制器控制在线密度传感器、在线密度数据处理器实时在线测试钻井液密度大小，开启磁力电机，搅拌浆高速旋转充分混合钻井液与液侵混合液体，同时使用扭矩和转速传感器监测扭矩和转速变化数据，直至钻井液与液侵混合液体充分混合，30分钟内所测得的钻井液密度不再变化时，结束液侵时钻井液密度测试实验；

24、s3、气侵时钻井液密度测试；将混合气体存储罐中的烃类混合气体注入高温高压釜，使用计算机控制器控制在线密度传感器、在线密度数据处理器实时在线测试钻井液密度大小，开启磁力电机，搅拌浆高速旋转使得气侵烃类混合气体充分溶解在钻井液中，同时使用扭矩和转速传感器监测扭矩和转速变化数据，直至气侵烃类混合气体充分溶解在钻井液中，30分钟内所测得的钻井液密度不再变化时，结束气侵时钻井液密度测试实验；

25、s4、气侵和液侵同时发生时钻井液密度测试；根据典型井工况条件、气侵和液侵先后顺序，依次将高温高压反应器中混合液体、混合气体存储罐中的烃类混合气体注入高温高压釜，使用计算机控制器控制在线密度传感器、在线密度数据处理器实时在线测试钻井液密度大小，开启磁力电机，搅拌浆高速旋转使得气侵烃类混合气体、液侵混合液体与钻井液充分作用，同时使用扭矩和转速传感器监测扭矩和转速变化数据，直至气侵烃类混合气体和液侵混合液体与钻井液充分作用后，30分钟内所测得的钻井液密度不再变化时，结束气侵和液侵同时发生时钻井液密度测试实验；

26、三、绘制钻井液密度变化曲线：

27、包括：

28、绘制温度压力升高过程中钻井液密度变化曲线；

29、绘制自液侵开始至液侵结束钻井液密度变化曲线；

30、绘制自气侵开始至气侵结束钻井液密度变化曲线；

31、绘制气侵和液侵同时发生时钻井液密度变化曲线。

32、根据钻井液密度变化曲线，结合典型井钻进需求，科学调配钻井液密度并进行钻井液体系优化设计，保障钻遇高温高压复杂地层、面临气侵和液侵风险时安全高效钻进。

33、本发明所达到的效果和优点：

34、1、钻井液密度实时在线测试装置可实现最高温度600℃、最大压力150mpa，钻进过程中发生气侵、液侵条件下钻井液密度实时在线模拟测试。

35、2、可测试室温-600℃、常压-150mpa钻井过程中，单独或同时发生混合流体、烃类混合气体侵入后钻井液密度的变化曲线。

36、3、测得钻井液在高温高压、液侵和气侵条件下的密度变化规律，为钻进过程中钻井液密度实时在线测试提供模拟评价手段，为钻井液体系优化设计提供实验装置和可靠评价方法。