[发明专利]高温高压下动态钻井液泥饼模拟评价仪

说明书

技术领域

本发明涉及油气井钻井过程中的井下泥饼模拟评价仪，可用于模拟钻井液在动态、高温、高压下井壁泥饼的形成。

背景技术

在油气井钻井过程中，井壁岩石为多孔介质要求钻井液在井壁上形成一层泥饼，以起到保护井壁防止坍塌及润滑井壁的作用。但在固井作业中，泥饼的存在会降低固井水泥石与地层第二界面的胶结质量，从而降低固井水泥石的层间封隔能力。因此，要钻井液在井壁上要形成性能优越的泥饼。而目前经国内外多年研究，得到了很多模拟井壁泥饼的方法，但这些方法均存在明显的不足，包括：(1)实验中的温度、压力普遍较低，很难满足井下的实际条件，无法真实反映井下泥饼的形成过程。而钻井液中含有多种处理剂，这些处理剂在不同的温度、压力下性能差异明显；(2)大多数评价方法是使用钻井液滤纸来模拟地层(S.L.Berry,B.B.Beall.Laboratory Development andApplication ofa Synthetic Oil/Surfactant System for Cleanup ofOB and SBM Filter Cakes[C].SPE 97857,2006；王翀,谢飞燕,刘爱萍,邹建龙,曾建国,席方柱,李鹏晓.一种钻井液滤饼渗透率测试方法[P],CN105300865A)，这与实际井下岩石的孔隙率、渗透率等存在较大差距；(3)在整个实验中，钻井液均处于静止状态，而实际钻井过程中钻井液几乎全部处于流动状态；(4)钻井液滤纸的物理化学特性与岩石的物理化学特性相差较大，而钻井液中的处理剂在不同物理化学特性物质上的吸附性能存在较大差异。因此，目前的方法无法真实地反映出钻井过程中钻井液在井壁上泥饼的形成过程，不利于指导钻井液泥饼和提高固井第二界面胶结质量技术的研究。

因此，研究一种能够有效地模拟地层岩性、温度、压力及动态下钻井液在井壁泥饼形成的仪器和实验方法，既有利于对钻井液泥饼结构和性能的研究，也有利于指导提高固井水泥石与地层第二界面胶结质量技术的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供高温高压下动态钻井液泥饼模拟评价仪，该评价仪能够有效地模拟钻井液在动态、不同温度、不同压力等工况条件下在井壁形成泥饼的过程，克服了现有技术的缺陷，更真实、准确地模拟钻井液在井壁的泥饼形成过程。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

高温高压下动态钻井液泥饼模拟评价仪，主要由釜体、试样浆杯、热电偶、加热器、温控系统、压力传感器、加压装置、搅拌桨叶固定装置、磁力传动装置、计算机组成，所述釜体顶部有釜体盖，底部连接磁力传动装置，釜体上部有搅拌桨叶固定装置，下部有试样浆杯托盘，试样浆杯托盘上放置试样浆杯，试样浆杯内有热电偶，釜体与试样浆杯之间有加热器和压力传感器，加热器连接温控系统和计算机，釜体连接加压装置和加压/泄压阀，热电偶、压力传感器、加压装置连接计算机；所述试样浆杯包括桨叶轴杆、试样浆杯上盖、密封垫、承托环、固定螺丝、搅拌桨叶、岩心、试样浆杯杯体、岩心托盘，所述试样浆杯内装有钻井液，试样浆杯上盖与试样浆杯杯体之间有密封垫和承托环，搅拌桨叶固定装置将桨叶轴杆固定，桨叶轴杆穿过试样浆杯上盖连接试样浆杯内的搅拌桨叶，搅拌桨叶通过固定螺丝将岩心固定，岩心位于试样浆杯底部的岩心托盘上。

所述釜体内通过耐高温油传温传压，以使釜体内达到高温高压环境，在釜体底部有磁力传动装置，将试样浆杯置于磁力传动装置连接的试样浆杯托盘上，试样浆杯中的钻井液得以运动，保证釜体的密封性，实现釜体内高温高压。

所述热电偶、加热器和温控系统可自动调控釜体内部温度，温度控制范围为25℃～250℃；所述压力传感器、加压装置可自动调控釜体内部压力，压力控制范围为0～200MPa；所述搅拌桨叶能固定在釜体上部的搅拌桨叶固定装置上；所述磁力传动装置通过控制试样浆杯杯体的旋转速率，从而控制试样浆杯中钻井液的流动状态。

所述高温高压下动态钻井液泥饼模拟评价仪的泥饼模拟实验，依次包括以下步骤：

(1)实验准备，包括提取需模拟评价的岩心(直径小于30mm)、现场钻井液。检查实验仪器的可靠性，并在仪器需要接触高温高压的螺纹处涂抹耐高温树脂，确保仪器在实验过程中安全可靠；

(2)将需要评价的岩心置于搅拌桨叶的岩心托盘上，通过搅拌桨叶上的固定螺丝将岩心固定在搅拌桨叶上，再将搅拌桨叶置于试样浆杯中，并依次放入承托环、密封垫、试样浆杯上盖；

(3)将准备好的试样浆杯固定于釜体内的托盘上，并放入搅拌桨叶固定装置，固定试样浆杯中的搅拌桨叶，盖上釜体盖、注入耐高温油、插入热电偶、密封釜体；