一種氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體鉆井是利用空氣、天然氣、氮?dú)獾茸鳛檠h(huán)介質(zhì)的一種欠平衡鉆井技術(shù)。與常規(guī)鉆井相比，氣體鉆井在提高機(jī)械鉆速、縮短鉆井周期、減少儲(chǔ)層損害等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，并且可消除井漏對(duì)鉆井的影響、克服水敏性泥頁巖遇水坍塌導(dǎo)致的井壁失穩(wěn)等問題。
[0003]氣體鉆井鉆遇出水層后，出水量較小時(shí)，可通過加大注氣量和注氣壓力就能將出水?dāng)y帶至地面，至于應(yīng)該增加多大的注氣量、增加多大的注氣壓力，現(xiàn)場(chǎng)操作具有較大盲目性，這就造成了能源浪費(fèi)、設(shè)備的磨損和負(fù)荷增加，如果能先通過室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行模擬，可以給出不同情況下所需的具體注氣量和注氣壓力，則可以避免類似問題發(fā)生。
[0004]如果地層出水量太大就只有采用充氣泡沫鉆井，甚至轉(zhuǎn)換為常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)，這就縮短了氣體鉆井的應(yīng)用井段，也限制了氣體鉆井應(yīng)用規(guī)模。將吸水樹脂應(yīng)用于氣體鉆井，則可以吸收地層出水、保持井眼干燥，確保氣體鉆井的順利進(jìn)行。在不同地層出水量，需要添加多少吸水樹脂，以及吸水樹脂最多能吸收多少出水量(即吸水樹脂適用的出水范圍)，目前還缺乏一種模擬裝置能給出以上參數(shù)。
[0005]目前，氣體鉆井工藝模擬裝置很少見諸報(bào)道，東北石油大學(xué)有一套大型攜肩試驗(yàn)裝置，但該裝置尺寸太大，長(zhǎng)度在10m以上，內(nèi)外徑大于100mm，該裝置內(nèi)筒無法旋轉(zhuǎn)，模擬功能單一，且占地面積較大，操作極為不方便，空壓機(jī)排量大，每運(yùn)行一次都需要耗費(fèi)極大的人力、物力及電力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服【背景技術(shù)】中存在的現(xiàn)有氣體鉆井室內(nèi)模擬裝置功能單一、體積大、能耗大、操作難、誤差大的問題，而提供一種氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，該氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，模擬功能更全面，且占地面積小，能耗小、操作簡(jiǎn)單、誤差小，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)的內(nèi)筒能更真實(shí)的模擬氣體鉆井過程巖肩的粘附情況。
[0007]本實(shí)用新型解決其問題可通過如下技術(shù)方案來達(dá)到:該氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括模擬井筒，所述模擬井筒下端固定在底座上，模擬井筒上端固定有頂蓋，所述模擬井筒通過頂蓋固定連接一個(gè)中空的模擬鉆桿，所述頂蓋一側(cè)連接排氣管線;所述模擬鉆桿上端通過空壓機(jī)管線連接空氣壓縮機(jī);所述空壓機(jī)管線中部通過管線連接封閉鋼罐;所述模擬井筒底部連接密閉鋼罐;模擬井筒中下部連接裝密閉鋼罐;排氣管線出口處連接塑料管線，塑料管線末端連接有巖肩回收箱。
[0008]本實(shí)用新型與上述【背景技術(shù)】相比較可具有如下有益效果:該氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可以模擬氣體鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工條件下，不同地層、不同鉆速下所需要的氣體排量，以及在鉆遇出水地層后需要增加多大的注氣量和注氣壓力，為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況提供可靠、詳實(shí)的參考數(shù)據(jù);能在出水量較大時(shí)，模擬吸水樹脂吸水、保持井壁干燥的攜水工藝，并能確定吸水樹脂適用的出水范圍和吸水樹脂的最終加量。本實(shí)用新型為氣體鉆井工藝的模擬及出水后氣體鉆井的攜水工藝提供可靠的評(píng)價(jià)手段。
【附圖說明】
[0009]附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:1-高壓氣瓶;2-空氣壓縮機(jī);3-流量調(diào)節(jié)閥;4-氣體壓力表;5-模擬鉆桿;6-模擬井筒;7-頂蓋;8-排氣管線;9-回收裝置；10-水箱；11-巖肩盛裝箱；12-吸水樹脂盛裝箱;13-塑料管線;14-底座。
[0011]【具體實(shí)施方式】:
[0012]下面結(jié)合附圖將對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0013]如附圖1所示，該氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括模擬井筒6，所述模擬井筒6下端固定在底座14上，模擬井筒6上端固定有頂蓋7，頂蓋上安裝有電機(jī)，由電機(jī)帶動(dòng)模擬鉆桿以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn);所述模擬井筒6通過頂蓋7固定連接一個(gè)中空的模擬鉆桿5，所述頂蓋7—側(cè)連接排氣管線8;所述模擬鉆桿5上端通過空壓機(jī)管線連接空氣壓縮機(jī)2，所述空壓機(jī)管線上接有流量調(diào)節(jié)閥3、氣體壓力表4;所述空壓機(jī)管線中部通過管線連接裝有粉末狀吸水樹脂的封閉鋼罐12，封閉鋼罐12上部連接高壓氣瓶1，由高壓氣瓶1持續(xù)提供壓力以保證吸水樹脂能夠隨著管線進(jìn)入模擬井筒，吸水樹脂的加量可由流量調(diào)節(jié)閥控制;所述模擬井筒6底部通過管線連接裝有巖肩粉的密閉鋼罐11，密閉鋼罐11上部通過管線連接高壓氣瓶1，巖肩粉可由高壓氣瓶1持續(xù)提供壓力隨著管線進(jìn)入模擬井筒6，并由流量調(diào)節(jié)閥控制加量;模擬井筒6中下部通過管線連接裝有水的密閉鋼罐10，密閉鋼罐10上部連接高壓氣瓶1，由高壓氣瓶和流量調(diào)節(jié)閥控制加量;排氣管線8出口處連接塑料管線13，模擬氣體鉆井巖肩返排管線;在返排管線塑料管線13的末端連接有巖肩回收箱9。
[0014]該氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)具體的操作步驟如下:
[0015](1)在確保空壓機(jī)閥門暢通的情況下，開動(dòng)模擬井筒頂蓋7上的馬達(dá)，使模擬鉆桿5以現(xiàn)場(chǎng)氣體鉆井過程中的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0016](2)按照現(xiàn)場(chǎng)氣體鉆井過程中一定鉆速下每秒鐘產(chǎn)生的巖肩量，通過控制流量閥加入到模擬井筒內(nèi)。在沒有出水的情況下，只要鉆速保持恒定，只需要較小的注氣量和注氣壓力就能將巖肩攜帶至回收箱9;
[0017](3)逐漸將水箱10中的水通過流量閥加入到模擬井筒內(nèi)，水量很小時(shí)，直接被氣體攜帶出來;當(dāng)水量逐漸加大，水和巖肩發(fā)生粘連，并粘附在模擬鉆桿5上，此時(shí)加大注氣量和注氣壓力后，粘附現(xiàn)象消失；
[0018](4)當(dāng)水加入到一定量時(shí)，水和巖肩粘結(jié)成球，并大量粘附在模擬鉆桿5和模擬井筒6內(nèi)壁上，加大注氣量和注氣壓力已無法將水和巖肩攜帶出來。由此可以得出通過加大注氣量和注氣壓力能解決的地層出水范圍，也能為現(xiàn)場(chǎng)氣體鉆井注氣量和注氣壓力的上限、下限提供數(shù)據(jù)參考；
[0019](5)加大注氣量和注氣壓力無法解決出水難題時(shí)，保持水量不變，打開裝有吸水樹脂的封閉鋼罐12的閥門，逐漸加大加量，觀察模擬井筒6內(nèi)水和巖肩的粘連情況，以及在模擬鉆桿5上的粘附情況；
[0020](6)當(dāng)沒有出現(xiàn)粘連情況時(shí)，逐漸加大注水量和吸水樹脂加量，直至出現(xiàn)粘連和粘附情況為止。此時(shí)，可以得出吸水樹脂適用的加水量和吸水樹脂的加量，并可換算成現(xiàn)場(chǎng)鉆井過程中吸水樹脂適用的出水量范圍和對(duì)應(yīng)的吸水樹脂加量；
[0021](7)可根據(jù)需要，調(diào)整底座14的傾斜角度來模擬氣體鉆井定向施工工藝。
[0022]實(shí)施例1
[0023]如圖1所示，密閉箱10中裝入水，密閉箱11中裝入磨細(xì)的巖肩粉，在密閉箱12中裝入粉末狀吸水樹脂。模擬井筒6內(nèi)徑為120mm，外徑135mm，模擬鉆桿5外徑75mm，內(nèi)徑65mm。
[0024]裝置組裝后，按現(xiàn)場(chǎng)氣體鉆井的鉆速、井徑擴(kuò)大率和地層巖石密度確定模擬實(shí)驗(yàn)中巖肩粉的加量，在巖肩加量不變情況下，模擬在不同出水量條件下，不使用吸水樹脂要將巖肩和水?dāng)y帶出管線所需要的最小注氣量和注氣壓力。按照裝置操作步驟進(jìn)行模擬，并將室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)換算成現(xiàn)場(chǎng)氣體鉆井的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:在沒有加水之前，攜帶巖肩所需最小注氣量為35m3/h，最小注氣壓力為1.6Mpa，在注水量為1.6m3/h(換算成現(xiàn)場(chǎng)氣體鉆井中的地層出水量，下同)時(shí)，不使用吸水樹脂，即能將巖肩和水?dāng)y帶出管線的最大注氣量為52m3/h，最小注氣壓力為2.1Mpa。
[0025]實(shí)施例2
[0026]在保持注氣量為52m3/h，注氣壓力為2.1MP不變的情況下，加水量從1.6m3/h的加量上逐漸增加，觀察模擬井筒內(nèi)巖肩與水的粘連情況，以及模擬鉆柱上巖肩的粘附情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)貙映鏊繛?.5 m3/h時(shí)，注氣量和注氣壓力不變的情況下，吸水樹脂加量為360kg/h，就可以將水分全部攜帶出來，沒有出現(xiàn)相互粘結(jié)和成團(tuán)的現(xiàn)象；當(dāng)出水量大于3.5m3/h時(shí)，不管是加大注氣量和注氣壓力，還是增加吸水樹脂加量，出現(xiàn)較嚴(yán)重的粘結(jié)和成團(tuán)現(xiàn)象，很難返排。由此可以得出，吸水樹脂能夠適用的地層出水的閾值為3.5m3/h，當(dāng)?shù)貙映鏊砍^這一閾值，就應(yīng)該停止氣體鉆井，轉(zhuǎn)換為泡沫或者常規(guī)鉆井液繼續(xù)鉆進(jìn)。
[0027]從以上兩個(gè)實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本實(shí)用新型的氣液固三相混合模擬裝置可以對(duì)不同條件下的氣體鉆井工藝進(jìn)行模擬，并能夠模擬出水條件下的氣體鉆井井眼干燥工藝，為應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣體鉆井復(fù)雜工況提供可靠的室內(nèi)評(píng)價(jià)手段，能夠?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)氣體鉆井所需要的注氣量和注氣壓力等參數(shù)提供第一手參考數(shù)據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括模擬井筒(6)，所述模擬井筒(6)下端固定在底座(14)上，模擬井筒(6)上端固定有頂蓋(7)，其特征在于:所述模擬井筒(6)通過頂蓋(7)固定連接一個(gè)中空的模擬鉆桿(5)，所述頂蓋(7)—側(cè)連接排氣管線(8);所述模擬鉆桿(5)上端通過空壓機(jī)管線連接空氣壓縮機(jī)(2);所述空壓機(jī)管線中部通過管線連接封閉鋼罐(12);所述模擬井筒(6)底部連接密閉鋼罐(11);模擬井筒(6)中下部連接裝密閉鋼罐(10);排氣管線(8)出口處連接塑料管線(13)，塑料管線(13)末端連接有巖肩回收箱(9)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于:所述封閉鋼罐(12)裝有粉末狀吸水樹脂;密閉鋼罐(11)內(nèi)裝有巖肩粉;密閉鋼罐(10)內(nèi)裝有水。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于:所述密閉鋼罐(10)、封閉鋼罐(12)、密閉鋼罐(11)上部通過管線連接高壓氣瓶(1)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于:所述空壓機(jī)管線上接有流量調(diào)節(jié)閥(3)、氣體壓力表(4)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)。主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的現(xiàn)有氣體鉆井室內(nèi)模擬裝置功能單一、能耗大、誤差大的問題。其特征在于：所述模擬井筒(6)通過頂蓋(7)固定連接一個(gè)中空的模擬鉆桿（5），所述頂蓋(7)一側(cè)連接排氣管線（8）；所述模擬鉆桿上端通過空壓機(jī)管線連接空氣壓縮機(jī)（2）；所述空壓機(jī)管線中部通過管線連接封閉鋼罐（12）；所述模擬井筒(6)底部連接密閉鋼罐（11）；模擬井筒(6)中下部連接裝密閉鋼罐（10）；排氣管線（8）出口處連接塑料管線（13），塑料管線末端連接有巖屑回收箱。該氣體鉆井氣液固三相混合模擬井眼干燥評(píng)價(jià)系統(tǒng)，模擬功能更全面，能耗小、誤差小。
【IPC分類】E21B49/00, E21B21/16
【公開號(hào)】CN205078207
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520858844
【發(fā)明人】侯杰, 劉永貴, 宋廣順, 宋濤, 吳迪, 楊東梅, 孫露露
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司, 大慶石油管理局
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日