[发明专利]模拟井筒呼吸效应的试验装置及试验方法

说明书

本发明提出一种模拟井筒呼吸效应的试验装置及试验方法，其中模拟井筒呼吸效应的试验装置包括：力学测试组件，用于对岩体样品施加应力；压裂液输出组件，用于向岩体样品输出压裂液，以及用于控制压裂液的输出压力，同时检测压裂液的流量；裂缝检测组件，用于检测岩体样品裂缝变化形态；控制组件，所述控制组件与所述压裂液输出组件连接，以调节所述压裂液输出组件对压裂液输出压力的控制，同时接收及显示所述压裂液输出组件检测的压裂液流量信号，所述控制组件与所述裂缝检测组件连接，以接收及显示所述裂缝检测组件检测到岩体样品裂缝变化形态的信号。本发明能够探明钻井工况下井筒呼吸效应的产生机理及其引起的流体变化量级。

技术领域

本发明属于油气钻井试验技术领域，尤其涉及一种模拟井筒呼吸效应的试验装置及试验方法。

背景技术

在油气钻探过程中，对于安全压力窗口窄、井控风险较大的井，井筒呼吸效应会大大增加钻井过程中对井下真实状况的识别难度，并且井筒呼吸效应常常会与井涌、井漏等井下复杂情况混淆而导致误判，从而严重制约了钻井时效的提升和井控工作的开展。因此，井筒呼吸效应是目前深海、深地等复杂地质油气钻探面临的主要客观难题之一。

近年来，困扰钻井施工的井筒呼吸效应逐渐引起人们的重视：2005年，Lavrov A等采用耦合分析模型研究了钻进天然裂缝性地层时由单一裂缝引起的井筒呼吸效应的主要机理；2011年，Shahri M P等研究了裂缝变形对天然裂缝性地层呼吸效应的影响规律；2016年，Schlumberger公司利用PWD实测数据分析了呼吸效应与钻井液热膨胀和井涌导致的井筒压力变化之间的差别。

然而上述国外有关井筒呼吸效应的研究，主要集中在单一裂缝在不同条件下的变形规律以及利用现场数据分析井筒呼吸效应与井涌井漏之间的差异特征，而对于井筒呼吸效应的产生机理及其引起的流体变化量级的试验研究尚未涉及，因此其在提高深海、深地等复杂地质油气钻探过程工作效率方面，效果并不显著。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种能够显著提高深海、深地等复杂地质油气钻探过程工作效率的模拟井筒呼吸效应的试验装置，以及模拟井筒呼吸效应的试验方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种模拟井筒呼吸效应的试验装置，包括：力学测试组件，用于对岩体样品施加应力，以模拟岩体样品在真实环境中沿一个或多个方向的受力状态；压裂液输出组件，用于向岩体样品输出压裂液，以及用于控制压裂液的输出压力，同时检测压裂液的流量；裂缝检测组件，用于检测岩体样品裂缝变化形态；控制组件，所述控制组件与所述压裂液输出组件连接，以调节所述压裂液输出组件对压裂液输出压力的控制，同时接收及显示所述压裂液输出组件检测的压裂液流量信号，所述控制组件与所述裂缝检测组件连接，以接收及显示所述裂缝检测组件检测到岩体样品裂缝变化形态的信号。

作为优选，所述力学测试组件为真三轴岩石力学性能测试组件，以对岩体样品施加X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的应力，进而模拟岩体样品的真三轴受力状态。

一种模拟井筒呼吸效应的试验方法，应用如上所述的模拟井筒呼吸效应的试验装置，包括以下步骤：

预处理的步骤，控制所述压裂液输出组件向岩体样品输入压裂液，并以加压步长为ΔP₁，加压周期为T₁的方式逐渐增加向岩体样品输入压裂液的压力，直至在一个T₁周期内岩体样品中压裂液的输入量Q₁＝0，此时岩体样品中输入的压裂液压力记为P_b；

井筒呼吸效应模拟的步骤，包括初次加压步骤、初次泄压步骤、再次加压步骤及再次泄压步骤；