[发明专利]随钻测井值响应规律模拟实验装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种随钻测井值响应规律模拟实验装置，用于研究油气井流体侵入井筒后随钻测井值响应特征和变化规律，属于石油钻探技术领域。

背景技术：

安全、高效地进行深水钻探是开发利用海洋石油资源的一个基本前提。深水井控是深水钻井安全的一个难点，如何及早并有效地发现溢流是深水井控的关键，否则，就会带来严重的环境和安全问题。因此，加强适用于深水钻井作业的溢流早期监测的研究具有重要的意义，海洋深水浮式钻井装置的工作特点也要求必须选择比常规的井涌监测方法更为精确和更适应浮式钻井装置工作环境的井涌监测方法。

深水钻井高难度、高投入、高回报的特点给随钻测井(Logging While Driiling，LWD)技术的应用提供了需要和可能，目前LWD技术已在深水钻探方面得到广泛应用。LWD通过电阻率、自然伽马、声波等用于地层评价的参数传感器在钻井的过程中测量地层岩石物理参数，并将测量结果通过泥浆脉冲的方式迅速传输到地面进行处理分析，泥浆脉冲的传播速度可达到1000-1500米/秒，通过LWD工具可以在几秒钟后就读取到几千米井深的实时井下数据和地层参数。如果钻进过程中，地层中的气体侵入环空，必然会改变井底周围环空流体的组成和物性，也必然在LWD的测量值上响应出来。

测井工作者通过数值模拟求解随钻测井值的响应特征，但在建立模型和对方程进行数值求解的时候都是按照均匀单一介质的相关物性参数进行处理，没有考虑到地层流体侵入井筒后，环空流体不再是单相的泥浆体系，而是泥浆-气体、泥浆-地层流体的多相混合物，这种多相混合物质的环空特性与单一泥浆体系的物性参数有很大差别，而且会严重影响随钻测井值的响应结果。由于方程求解复杂，很难准确求解并得到相应规律，而且不宜进行实验验证，因此如何根据随钻测井值(电阻率、伽马、声波)在溢流发生后的响应特征和变化规律判断溢流是否发生是井涌早期监测和预防的难点。尽管目前有多相流实验装置可以用于模拟气侵发生的井筒，但这些实验设备由于井筒尺寸小和井筒周围实验环境受限制，无法满足测井工具的要求，并且无法达到模拟地层条件，目前能够模拟油侵、地层水侵入井筒这方面的实验装置尚未见报道。

发明内容：

本发明的目的就是要提供一种随钻测井值响应规律模拟实验装置，用于研究油气井流体侵入井筒后各个随钻测井值在溢流发生后的响应特征，解决数值模拟所无法得到的响应特征和影响规律，为基于随钻测井值的钻井溢流早期检测技术研发提供支撑。

本发明通过将随钻电阻率和随钻伽马测井仪居中放置于实验井筒，通过分别向井筒注入空气、柴油、不同矿化度的盐水，地面采集数据并分析随钻电阻率测井值和随钻伽马测井值，从而得到不同性质流体侵入井筒后随钻测井值的响应特征，并可通过空隙率计、高精度流量计来定量化流体侵入量与随钻测井值的变化规律。

本发明所提出的实验装置主要包括：实验井筒、注气系统、注液系统、气体发生器、随钻测井仪和数据采集分析系统。实验井筒由上部玻璃钢管段和下部裸眼段组成，上部玻璃钢管段外壁与地面疏松泥土固结，下部裸眼段放置不同岩性组成的环形矿石柱及气体发生器，环形矿石柱的填充材料为砂泥岩系矿物，其中钾、铀、钍矿石的重量含量是钾(K)7.5％、铀(U)10μg/g，钍(Th)35μg/g。上部玻璃钢管段与下部裸眼段的长度比为7∶10。注气系统由空压机及气体管线构成，气体管线直达井筒底部，注气量由高精度气体流量计和压力表计量。注液系统由内配搅拌器的泥浆罐、灌注泵及相应的液体管线构成，液体管线直达井筒底部，注入量由流量计计量。气体发生器为扁圆柱体形状，中心部分为实心圆柱体，实心体外是环形网格状气泡发生网，最外圈是环形粘合处，与不同岩性组成的环形矿石柱粘合在一起并放置于井筒底部，根据井筒和测井工具尺寸设计实心体、气泡发生网和粘合处三部分的厚度比为3∶1∶2。随钻测井仪组合由随钻电阻率测井探管、随钻自然伽马测井探管、测量短节(包括锂电池)串联组成，测量短节外带有扶正器，整个测井仪组合由地面航吊悬挂于井筒中。数据采集分析系统由随钻电阻率测井探管和随钻自然伽马测井探管所测的随钻测井值经过解码器和测井值数据传输线传至地面计算机进行数据采集和分析，设置在玻璃钢管段和裸眼段的两台阻抗式空隙率计所测平均截面含气率由空隙率计数据传输线传至地面计算机进行分析。