[发明专利]一种定向井钻井液携岩效率评价实验装置及实验方法

说明书

本发明的定向井钻井液携岩效率评价实验装置，包括供液系统、模拟井筒及模拟钻杆、提升装置、岩屑添加装置、控制系统和数据采集处理系统。按照前述定向井钻井液携岩效率评价实验装置的试验方法包括：钻井液流动实验和携岩效率测试实验。本发明通过模拟定向井钻井液过程中钻井液的高温流动性，携岩效率，为定向井钻井液技术研究提供一种实验方法和评价手段。采用本发明装置可直观研究钻井液携岩效果，并可模拟钻井液流变参数、排量以及井斜、钻屑量与钻屑粒径对钻井液携岩效率的影响规律，真实有效地评价钻井液的携岩效率。

技术领域

本发明涉及用于模拟石油钻井的实验装置及实验方法，提供了一种全尺寸定向井钻井液携岩效率评价装置及实验方法。

背景技术

目前在石油工程领域，定向井钻井技术已经成为最常用的钻井技术，采用定向钻井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量，具有显著的经济效益和社会效益。目前定向井的井斜角往往超过60°甚至接近90°，这就给定向井井眼清洁带来了技术难题。

由于重力沉降的原因，在井壁下侧极易发生岩屑沉降堆积，岩屑堆积过多则形成岩屑床。环空岩屑堆积的后果是增大钻具的扭矩，上提下放钻具摩阻大，起下钻和下套管困难，钻具磨损大，甚至造成黏附卡钻、电测遇阻等问题。如胜利油田非常规水平井由于钻井液携岩能力不足，井下岩屑堆积成床，每次起下钻均需要反复划眼。为防止减少井下复杂情况，弄清定向井水平井岩屑运移机理以及如何防止岩屑堆积成床已成为亟需解决的技术难题。

为了保持定向井的井眼清洁，对钻井液的性能参数要求较高：一是具有良好的流变参数，在一定的工程参数范围内携带能力强，能将钻屑从井下带到地面进行分离；二是具有良好的悬浮能力，定向井的水平位移往往超过1000米，大位移井甚至超过5000米，起下钻时间长，因此钻井液的悬浮稳定性能减少岩屑床的形成；三是良好的润滑性，定向井尤其是大位移井钻井成本较高，良好的润滑性能保证起下钻顺畅和节约动力消耗，缩短钻井时间和有效减少钻井风险和井下事故复杂。

目前我国定向井钻井液技术尤其是大位移井钻井液技术与国外同类技术有很大的差距,且目前的实验装置不能准确评价定向井钻井液携岩效率的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了填补现有技术的空白，为定向井钻井液技术研究提供一种能够模拟，并能可视化观察定向井岩屑运移规律，有效地评价钻井液携岩效率的定向井钻井液携岩效率评价实验装置及实验方法。

一种定向井钻井液携岩效率评价实验装置，包括供液系统、模拟井筒及模拟钻杆、提升装置、岩屑添加装置、控制系统和数据采集处理系统。其中：

供液系统包括供液泵、储液罐、固液分离器、流量计、加热器和连接管路，其中加热器包括设置在储液罐内的加热棒、若干个温度传感器和温控器；

模拟井筒为全尺寸的模拟井筒，包括若干节模拟井筒依次连接组成；

模拟钻杆为全尺寸的模拟钻杆，模拟钻杆沿轴向设有液体流入通道，该模拟钻杆通过支架固定插装在模拟井筒内，模拟钻杆的外壁与模拟井筒的内壁形成液体流出通道；

提升装置包括设置在模拟井筒上、下的支架，与下支架配合滑动的地面导轨，以及与上支架配合的提升机；

岩屑添加装置包括加砂桶和螺杆泵、三通阀，三通阀一路接入供液泵输出管道，一路接入加砂桶顶部，一路直接接入模拟井筒底部，同时加砂桶底部通过螺杆泵接入模拟井筒底部；

控制系统包括，与供液泵连接并调整供液泵转速，与加热器连接并调整供液温度，以及与螺杆泵连接并控制螺杆泵启闭；

数据采集处理系统包括设置在模拟井筒内壁上的若干温度和压力传感器，以及与温度和压力传感器、流量计连接的中央控制器和数据采集处理软件。

上述方案进一步包括：