[发明专利]一种高温高压动态封缝堵气效果评价实验装置及其评价方法

权利要求书

1.一种高温高压动态封缝堵气效果评价实验装置，其特征在于：它包括数据处理部分、岩心夹持器部分、加压部分、加热部分、动力部分、气侵气源部分和中间容器(1)；

所述岩心夹持部分包括设置于中间容器(1)左右侧的岩心夹持器A(2)和岩心夹持器B(3)，中间容器(1)的顶部设置有中间容器加压孔(4)，中间容器加压孔(4)处连接有压力传感器(5)，中间容器(1)的左右侧壁上均开设有空腔A(6)，岩心夹持器A(2)与岩心夹持器B(3)对称设置，岩心夹持器A(2)包括筒体(7)、柱塞(8)和岩心(9)，筒体(7)的右端部固设于中间容器(1)上且与空腔A(6)连通，筒体(7)的左端部设置有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有柱塞(8)，岩心(9)设置于筒体(7)内且抵压于柱塞(8)与筒体(7)右端部之间，岩心(9)与柱塞(8)之间形成有空腔B(10)，柱塞(8)内设置有多个连通空腔B(10)的进气孔(11)，所述进气孔(11)均匀分布于柱塞(8)中，岩心(9)的外部覆盖有电极膜(12)，电极膜(12)上镶嵌有软电极(13)，软电极(13)贴在岩心(9)外表面上，电极膜(12)的外部顺次包裹有胶套(14)和隔热垫(15)，胶套(14)与电极膜(12)之间形成有加压环空(16)，隔热垫(15)与胶套(14)之间设置有加热丝(17)；所述筒体(7)上设置有连通加压环空(16)的加压孔(18)，筒体(7)上还设置有加热引线(19)和电极引线(20)，加热引线(19)与加热丝(17)连接，电极引线(20)与软电极(13)连接，所述中间容器(1)的底部设置有螺栓塞；

所述加压部分包括围压泵A(21)和围压泵B(22)，围压泵A(21)的出液端与岩心夹持器A(2)的加压孔(18)连通，围压泵B(22)的出液端与岩心夹持器B(3)的加压孔(18)连通；

所述加热部分包括温度控制器A(23)和温度控制器B(24)，温度控制器A(23)与岩心夹持器A(2)的加热引线(19)连接，温度控制器B(24)与岩心夹持器B(3)的加热引线(19)连接，所述加热引线(19)与加热丝(17)均位于加压孔(18)下方；

所述气侵气源部分包括氮气瓶A(25)和氮气瓶B(26)，氮气瓶A(25)的出口端与岩心夹持器A(2)的进气孔(11)之间连接有气体流量计A(27)，氮气瓶B(26)的出口端与岩心夹持器B(3)的进气孔(11)之间连接有气体流量计B(28)；

所述动力部分包括电机(29)和氮气瓶C(30)，电机(29)设置于中间容器(1)的下方，电机(29)的输出轴伸入于中间容器(1)内且输出轴上安装有叶片(31)，氮气瓶C(30)的出口端与中间容器加压孔(4)连接；

所述数据处理部分包括计算机(32)、数据采集模块(33)、电桥仪A(34)和电桥仪B(35)，电桥仪A(34)与岩心夹持器A(2)的电极引线(20)连接，电桥仪B(35)与岩心夹持器B(3)的电极引线(20)连接，计算机(32)与数据采集模块(33)连接，电桥仪、压力传感器(5)、温度控制器、围压泵和电机(29)经线路连接。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压动态封缝堵气效果评价实验装置，其特征在于：围压泵上设有压力控制按钮和电源开关。

3.根据权利要求1所述的一种高温高压动态封缝堵气效果评价实验装置，其特征在于：温度控制器上设有温度设置按钮和电源开关。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述实验装置高温高压动态封缝堵气效果的评价方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、将不同缝宽b的人造裂缝岩心、天然裂缝岩心分别放在岩心夹持器A(2)和岩心夹持器B(3)中，打开温度控制器和围压泵，温度控制器使加热丝(17)发热，加热丝(17)对两个岩心加热，而围压泵向加压环空(16)中泵入液压油，液压油对岩心进行加压，直至温度和压力达到目标地层的温度T和压力P1；

S2、将钻井液倒入中间容器(1)中并打开电机(29)，电机(29)带动叶片(31)转动，叶片(31)对钻井液进行搅拌，模拟钻井过程中钻井液运动的情况，同时打开氮气瓶A(25)、氮气瓶B(26)和氮气瓶C(30)，从氮气瓶A(25)中产出的氮气经气体流量计A(27)、进气孔(11)进入人造裂缝岩心中，而从氮气瓶B(26)中产出的氮气经气体流量计B(28)、进气孔(11)进入天然裂缝岩心中，以模拟天然气从地层流向井底的过程；从氮气瓶C(30)产出的氮气经压力传感器(5)、中间容器加压孔(4)进入中间容器(1)中，部分钻井液在压力下进入人造裂缝岩心中，而另一部分钻井液在压力下进入天然裂缝岩心中，以模拟液体进入地层的过程，两个模拟过程有机结合能够模拟出钻井中的气侵过程；

S3、在所有参数不变的情况下，通过电机(29)实现不同转速ω，软电极(13)实时采集岩心的电阻率，并将电阻率传给数据采集模块(33)，数据采集模块(33)再传递给计算机，获取不同ω下的岩心的电阻率R_ω，分析得出钻速对气侵的影响即ω-R_ω曲线，根据ω-R_ω曲线分析得出钻速与封缝堵气效果的影响及该条件下的最优钻速ω_c，同理能够通过获得ω_c＝0时的电阻率，分析得出静态条件下的封缝堵气效果；

S4、在所有参数不变的情况下，通过逐级增大中间容器(1)的驱替压力P₂实现不同液柱压力下的封缝堵气过程，获取气侵量条件下的P₂-R_p关系曲线，分析得出钻井液密度ρ与封缝堵气效果的关系，同时能够从P₂-R_p关系曲线上获取正向承压值，电阻率R断崖式的减小时所对应的压力值P_c即为正向最大承压值P_max1，通过P_c＝P_h+P_z获取最大密度值ρ_max＝(P_c-P_z)/(gH)，ρ_max即为安全钻进时的最大钻井液密度，其中Pz为钻进时的钻压；

S5、在所有参数不变的情况下，逐级增大两个柱塞(8)的进气量Q并记录与之对应的压力值P₃，获得Q-R_b关系曲线，从Q-R_b关系曲线上找到电阻率突变点，分析获得最大气侵量Q，确定与之所对应的承压值P_h，拐点处的承压值P_b,即为最大反向承压值P_max2，根据P_b＝P_h+P_z获得封缝堵气的最小钻井液密度ρ_min＝(P_b-P_z)/(gH)，ρ_min即为顺利钻进时的最小安全密度；

S6、在两个岩心夹持器A(2)中放一个缝宽b＝1.5mm的裂缝岩心，岩心夹持器B(3)中放一个缝宽b＝0.5mm的裂缝岩心，在该条件下重复步骤S5获取电阻率R的突变点，及拐点，分析得出多裂缝层位的安全密度窗口；

S7、在近平衡条件下，通过减小驱替压力模拟气侵后钻井液密度变化引起的井筒液柱压力变化过程，分析研究气侵引起的密度变化对气侵及封缝堵气的堵气效果影响，其中Δρ＝ΔP/gh，△P为驱替压力的减小值，g为重力加速度，h为钻井液液柱高度；

S8、将不同粘度的钻井液加入中间容器，通过电阻率R的变化规律分析得出钻井液粘度μ对气侵大小和封缝堵气效果的影响；

S9、通过相关参数：最大正向承压值P_c、最大反向承压值P_b、钻井液密度窗口、最优钻速ω_c和粘度μ的获取分析，配制优化出性能良好的封缝堵气钻井液。