[发明专利]用于模拟地层呼吸效应的装置及控制方法

说明书

本发明涉及石油钻井工程技术领域，公开了一种用于模拟地层呼吸效应的装置及控制方法。装置包括：实验舱，设置有均互相相邻的第一端口、第二端口和第三端口，第一端口处设置有第一注液孔、第一出液孔和第一液压活塞，第二端口处设置有第二注液孔和第二液压活塞，第三端口处设置有第三出液孔和第三液压活塞，第一液压活塞、第二液压活塞和第三液压活塞用于分别向岩心施加方向相互正交的压力；岩心，设置于所述实验舱内部，设置有用于模拟井筒的孔洞，孔洞贯穿岩心且与第一注液孔及第一出液孔的位置相对应；第一泵，用于将钻井液从第一注液孔注入实验舱；第二泵，用于将地层流体从第二注液孔注入实验舱。装置可以用于更准确地模拟地层呼吸效应。

技术领域

本发明涉及石油钻井工程技术领域，具体地涉及一种用于模拟地层呼吸效应的装置及控制方法。

背景技术

随着高温高压井和深水井数量的不断增加，油气钻井行业也变得越来越具有挑战性。外在环境条件上的复杂性会影响钻井作业，影响安全高效地钻进。如何在窄安全密度窗口下顺利钻进，是目前所关注的重点问题之一。

在钻井过程中，钻井液的密度需要控制在地层的“孔隙压力/坍塌压力”与“破裂压力/漏失压力”之间。当钻井遇到天然裂缝地层时，如何防止和控制钻井液的漏失是一项非常严峻的挑战。当钻井液循环时，井筒中可能会出现微量而持续不间断的损失的现象，而停止循环时，井口出现流体返排，这种现象通常被称作井筒或地层的“呼吸效应”。

当对呼吸效应的机理认知不清时，会引发后续多方面的问题。比如地层呼吸现象很容易会被误诊为地层流体侵入的井涌现象，如果呼吸效应事件被误认为是井涌，通常的处理方法是增加钻井液(泥浆)密度以确保足够的过平衡。这意味着一旦停止循环(此时井筒压力降低)，就会发生更严重的呼吸效应事件，因为更多的流体将流回井筒，可能会导致更严重的事故，例如漏失和井眼坍塌。通过对地层呼吸效应的模拟来提升对呼吸效应的机理的认知，减少油气钻井行业中的安全问题。现有技术中对地层呼吸效应的模拟的准确性较低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明实施例提供了用于模拟地层呼吸效应的装置及控制方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于模拟地层呼吸效应的装置，装置包括：

实验舱，设置有均互相相邻的第一端口、第二端口和第三端口，第一端口处设置有第一注液孔、第一出液孔和第一液压活塞，第二端口处设置有第二注液孔和第二液压活塞，第三端口处设置有第三出液孔和第三液压活塞，第一液压活塞、第二液压活塞和第三液压活塞用于分别向岩心施加方向相互正交的压力；

岩心，设置于实验舱内部，设置有用于模拟井筒的孔洞，孔洞贯穿岩心且与第一注液孔及第一出液孔的位置相对应；

第一泵，用于将钻井液从第一注液孔注入实验舱；

第二泵，用于将地层流体从第二注液孔注入实验舱。

在本发明实施例中，第三出液孔连接的管道设置有第一背压阀和第一流量计量器，第一注液孔连接的管道设置有第二背压阀和第二流量计量器，第一出液孔连接的管道设置有第三背压阀和第三流量计量器，第一出液孔与流体收集桶连接，第三出液孔与渗流计量桶连接；

第一液压活塞、第二液压活塞和第三液压活塞与实验舱的施压面均分别设置有压力计量器和密封垫，压力计量器用于检测岩心的压力，密封垫用于防止流体在岩心与实验舱之间发生渗透蹿流。

本发明第二方面提供一种用于地层呼吸效应的模拟装置的控制方法，模拟装置为上述的装置，控制方法包括：

确认地层的类型；

确认模拟阶段；

根据地层的类型和模拟阶段来控制第一泵、第二泵、第一背压阀、第二背压阀、第三背压阀和第二注液孔的阀门。

在本发明实施例中，控制方法还包括：