一種全尺寸井壁穩定模擬器的製造方法
2023-09-15 08:30:45 1
一種全尺寸井壁穩定模擬器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種全尺寸井壁穩定模擬器，它包括套裝於巖心外部的密封橡膠套（18），密封橡膠套（18）兩端均安裝軸壓活塞，軸壓活塞內設置井壁可視與成像系統和地層滑行波聲速測試系統，密封橡膠套（18）的外部套裝有高溫高壓釜體（28），圍壓入口（29）連接圍壓調節系統，上軸壓活塞（6）和下軸壓活塞（7）分別連接高壓管線連接高壓泥漿循環系統和高壓管線連接孔隙壓力系統，上軸壓活塞（6）還連接上覆壓力控制系統。本發明的有益效果是：能更加真實地模擬井下環境，能動態評價井壁穩定情況，可改變循環介質，有助於優選鑽井方式與鑽井液體系；能綜合評價近井壁地層滲透性和巖石聲波特性；實現井壁成像，觀測更加直觀；實用性強。
【專利說明】一種全尺寸井壁穩定模擬器
【技術領域】
[0001]本發明涉及油氣田勘探開發中模擬研究井壁穩定實驗評價方法【技術領域】，特別是一種全尺寸井壁穩定模擬器。
【背景技術】
[0002]井壁失穩問題是油氣田勘探開發過程中普遍存在並一直困擾石油工業界的一個大問題。井壁不穩定嚴重影響著鑽井的速度，質量以及成本，據保守的估計，井壁失穩每年約會給世界石油工業造成5?6億美元的損失，並且由於井壁失穩導致鑽井液浸入到儲層中，汙染了儲層，給油氣田的開採帶來不利的影響，這個嚴重製約了勘探開發的進程。因此，維持井壁穩定是石油工作者勘探開發油氣田過程中普遍關注的問題，並且是世界石油界始終致力於攻關的重要內容。
[0003]影響井壁穩定的因素很多，其中包括地層巖性以及粘土礦物類型，構造應力，地層壓力，液柱壓力，地層溫度，鑽井液浸泡和衝刷等。因此在研究井壁穩定問題時不能簡單的將其看成純力學或化學問題，必須從力學、物理和化學方面綜合考慮。
[0004]目前，石油界已經從力學、物理和化學方面開展了井壁穩定的綜合研究。根據總吸附量水法，等效孔隙壓力法以及總水勢彈性增量理論，已經研製了泥頁巖高溫高壓井壁穩定性水化/力學耦合模擬實驗裝置、新型高溫高壓井壁穩定性模擬實驗裝置、高溫高壓井壁穩定性測試儀、模擬地層條件井壁穩定評價裝置以及高溫高壓泥頁巖井壁穩定性評價裝置等儀器。但是這些儀器，無法模擬真實地層高溫高壓井下力學環境，不能綜合評價不同鑽井方式對井壁穩定的影響，無法進行鑽井液性能、巖石聲波特性與地層滲透性綜合評價，測量參數有限，並且不能直觀的反應井壁失穩後的情況。因此研製出一種能夠真實的反應巖石在井底環境下以及不同循環介質條件下的鑽井液對井壁穩定的影響的室內評價裝置具有重要意義，以滿足油氣田勘探開發安全經濟進行的需要。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種基於全直徑尺寸巖心模擬地層環境以及不同井筒循環介質等工況條件下井壁穩定的全尺寸井壁穩定模擬器。
[0006]本發明的目的通過以下技術方案來實現:一種全尺寸井壁穩定模擬器，它包括套裝於巖心外部的筒形的密封橡膠套，巖心和密封橡膠套之間設置有孔隙壓力滲透層，巖心的內部布置有井徑測量儀，密封橡膠套的兩端分別安裝有密封所述密封橡膠套埠的上軸壓活塞和下軸壓活塞，上軸壓活塞和下軸壓活塞上均設置有連通密封橡膠套內部空間的通孔，上軸壓活塞的通孔內安裝有上柱塞，下軸壓活塞的通孔內安裝有下柱塞，上柱塞和下柱塞上均設置有連通密封橡膠套內部空間的通孔，上柱塞的通孔內安裝有上高溫高壓變焦內窺鏡，下柱塞的通孔內安裝有下高溫高壓變焦內窺鏡，上軸壓活塞壓緊巖心的上表面，且上軸壓活塞底部與巖心的上表面之間設置有上高溫高壓透明觀察片，下軸壓活塞壓緊巖心的下表面，且上軸壓活塞頂部與巖心的下表面之間設置有下高溫高壓透明觀察片，上高壓透明觀察片、下高壓透明觀察片、上高溫高壓變焦內窺鏡和下高溫高壓變焦內窺鏡構成井壁可視與成像系統，上柱塞的底部鑲嵌有左上聲波探頭和右上聲波探頭，下柱塞的頂部鑲嵌有左下聲波探頭和右下聲波探頭，左上聲波探頭、右上聲波探頭、左下聲波探頭和右下聲波探頭構成地層滑行波聲速測試系統，密封橡膠套的外部套裝有高溫高壓釜體，密封橡膠套與高溫高壓釜體之間形成密封的圍壓腔，高溫高壓釜體內部安裝有真三軸穩壓系統，高溫高壓釜體上設置有連通圍壓腔的圍壓入口，圍壓入口通過高壓管線連接圍壓調節系統，上軸壓活塞上設置有從上部連通巖心內部的鑽井液壓力入口，下軸壓活塞上設置有從下部連通巖心內部的鑽井液壓力出口，鑽井液壓力入口和鑽井液壓力出口分別通過高壓管線連接高壓泥漿循環系統，上軸壓活塞上設置有從上部連通孔隙壓力滲透層的孔壓入口，下軸壓活塞上設置有從下部連通孔隙壓力滲透層的孔壓出口，孔壓入口和孔壓出口分別通過高壓管線連接孔隙壓力系統，上軸壓活塞通過高壓管線連接上覆壓力控制系統。
[0007]所述的高溫高壓釜體中鑲嵌有左上加熱器、右上加熱器、左下加熱器和右下加熱器，左上加熱器、右上加熱器、左下加熱器和右下加熱器分別位於巖心的左上部、右上部、左下部和右下部。
[0008]所述的真三軸穩壓系統包括左上機械移動臂、右上機械移動臂、左下機械移動臂和右下機械移動臂，左上機械移動臂、右上機械移動臂、左下機械移動臂和右下機械移動臂分別安裝於高溫高壓釜體內部的左上部、右上部、左下部和右下部。
[0009]所述的左上機械移動臂、右上機械移動臂、左下機械移動臂和右下機械移動臂分別通過高壓管線連接水平壓力液壓系統，所述的水平壓力液壓系統包括水平壓力電動液壓泵、水平壓力顯示器A、水平壓力加壓閥、水平壓力顯示器B和水平壓力洩壓閥，水平壓力電動液壓泵的輸出管線依次連接水平壓力顯示器A、水平壓力加壓閥、洩壓管線、左側高壓管線和右側高壓管線，洩壓管線上安裝有水平壓力顯示器B和水平壓力洩壓閥，左側高壓管線依次連接左上機械移動臂和左下機械移動臂，右側高壓管線依次連接右上機械移動臂和右下機械移動臂，左側高壓管線上安裝有左機械移動調節器，右側高壓管線上安裝有右機械移動調節器。
[0010]所述的上覆壓力控制系統包括獨立電動液壓泵、液壓泵壓力顯示器、泵壓加壓手閥、上覆壓力顯示器和泵壓洩壓手閥，獨立電動液壓泵的輸出管線依次連接液壓泵壓力顯示器、泵壓加壓手閥、洩壓管線和上軸壓活塞，洩壓管線上安裝有上覆壓力顯示器和泵壓洩壓手閥。
[0011]所述的圍壓調節系統包括圍壓獨立電動液壓泵、圍壓液壓泵顯示器、圍壓加壓閥、圍壓顯示器和圍壓液壓洩壓閥，圍壓獨立電動液壓泵的輸出管線依次連接圍壓液壓泵顯示器、圍壓加壓閥、洩壓管線和圍壓入口，洩壓管線上安裝有圍壓顯示器和圍壓液壓洩壓閥。所述的高壓泥漿循環系統包括泥漿循環泵、上泥漿循環手閥和下泥漿循環手閥，泥漿循環泵的輸出管線依次連接上泥漿循環手閥和鑽井液壓力入口，鑽井液壓力出口通過管線依次連接下泥漿循環手閥和泥漿循環泵。
[0012]所述的孔隙壓力系統包括氮氣瓶、低壓氣源壓力表、氣體過濾器、氣體增壓機、高壓容器、氣驅手閥、回壓控壓手閥和高壓回壓器，高壓容器底部連接有排水閥，氮氣瓶通過管線依次連接低壓氣源壓力表、氣體過濾器、氣體增壓機和高壓容器，高壓容器頂部分為兩個支路，所述兩個支路中的一個支路依次連接氣驅手閥和孔壓入口，另一支路依次連接回壓控壓手閥、聞壓回壓器和孔壓出口。
[0013]本發明具有以下優點:本發明的全尺寸井壁穩定模擬器具有較高的壓力溫度性能指標，能夠更加真實地模擬井下高溫高壓環境，可模擬井下真實環境，加載上覆地層壓力、圍壓、孔隙壓力和液柱壓力以及控制地層溫度，同時其鑽井液循環系統是按照井筒結構進行設計，能夠動態評價井壁穩定情況，可改變井筒循環介質，模擬在氣體鑽井、霧化鑽井、泡沫鑽井及常規水基鑽井等鑽井方式下不同位置點井徑的變化，評價不同鑽井方式下井壁穩定情況，選擇合理的鑽井方式，優化鑽井液性能，有助於優選鑽井方式與鑽井液體系，同時引入三維氣液兩相滲透率測試和地層滑行波聲波速度測試系統，能夠綜合評價近井壁地層滲透性和巖石聲波特性，研究不同鑽井方式條件下近井壁地帶巖石聲波特性變化，同時配備了可視化動態分析系統，利用雷射束測試不同位置點井眼形狀，實現井壁成像，能夠更加直觀的觀測井徑變化和井壁壓裂垮塌情況，具備較大的實用性，便於推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的結構示意圖
圖中，1-獨立電動液壓泵，2-液壓泵壓力顯示器，3-上覆壓力顯示器，4-泵壓加壓手閥，5-泵壓洩壓手閥，6-上軸壓活塞，7-下軸壓活塞，8-上柱塞，9-下柱塞，10-左上聲波探頭，11-右上聲波探頭，12-左下聲波探頭，13-右下聲波探頭，14-上高溫高壓透明觀察片，15-下高溫高壓透明觀察片，16-上高溫高壓變焦內窺鏡，17-下高溫高壓變焦內窺鏡，18-密封橡膠套，19-井徑測量儀，20-左上機械移動臂，21-右上機械移動臂，22-左下機械移動臂，23-右下機械移動臂，24-左上加熱器，25-右上加熱器，26-左下加熱器，27-右下加熱器，28-高溫高壓釜體，29-圍壓入口，30-圍壓獨立電動液壓泵，31-圍壓加壓閥，32-圍壓液壓泵顯示器，33-圍壓顯示器，34-圍壓液壓洩壓閥，35-鑽井液壓力入口，36-鑽井液壓力出口，37-上泥漿循環手閥，38-下泥漿循環手閥，39-泥漿循環泵，40-左機械移動調節器，41-右機械移動調節器，42-水平壓力電動液壓泵，43-水平壓力顯示器A，44-水平壓力加壓閥，45-水平壓力顯示器B，46-水平壓力洩壓閥，47-氮氣瓶，48-低壓氣源壓力表，49-氣體過濾器，50-氣體增壓機，51-高壓容器，52-排水閥，53-回壓控壓手閥，54-氣驅手閥，55-高壓回壓器，56-孔壓入口，57-孔壓出口，58-孔隙壓力滲透層。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明做進一步的描述，本發明的保護範圍不局限於以下所述: 如圖1所示，一種全尺寸井壁穩定模擬器，它包括套裝於巖心外部的筒形的密封橡膠
套18，巖心和密封橡膠套18之間設置有孔隙壓力滲透層58，巖心周圍通過孔隙壓力滲透層58與密封橡膠套18接觸，巖心的內部布置有井徑測量儀19，密封橡膠套18的兩端分別安裝有密封所述密封橡膠套18埠的上軸壓活塞6和下軸壓活塞7，上軸壓活塞6和下軸壓活塞7上均設置有連通密封橡膠套18內部空間的通孔，上軸壓活塞6的通孔內通過螺紋安裝有上柱塞8，下軸壓活塞7的通孔內通過螺紋安裝有下柱塞9，上柱塞8和下柱塞9上均設置有連通密封橡膠套18內部空間的通孔，上柱塞8的通孔內安裝有上高溫高壓變焦內窺鏡16，下柱塞9的通孔內安裝有下高溫高壓變焦內窺鏡17，上軸壓活塞6壓緊巖心的上表面，且上軸壓活塞6底部與巖心的上表面之間設置有上高溫高壓透明觀察片14，下軸壓活塞7壓緊巖心的下表面，且上軸壓活塞6頂部與巖心的下表面之間設置有下高溫高壓透明觀察片15，上高壓透明觀察片、下高壓透明觀察片、上高溫高壓變焦內窺鏡16和下高溫高壓變焦內窺鏡17構成井壁可視與成像系統，能夠直接觀察出井眼擴徑、縮徑等情況，上柱塞8的底部鑲嵌有左上聲波探頭10和右上聲波探頭11，下柱塞9的頂部鑲嵌有左下聲波探頭12和右下聲波探頭13，左上聲波探頭10、右上聲波探頭11、左下聲波探頭12和右下聲波探頭13構成地層滑行波聲速測試系統，可以測量鑽井液循環過程中近井壁地帶巖石聲波特性變化，密封橡膠套18的外部套裝有高溫高壓釜體28，密封橡膠套18與高溫高壓釜體28之間形成密封的圍壓腔，高溫高壓釜體28內部安裝有真三軸穩壓系統，高溫高壓釜體28上設置有連通圍壓腔的圍壓入口 29，圍壓入口 29通過高壓管線連接圍壓調節系統，上軸壓活塞6上設置有從上部連通巖心內部的鑽井液壓力入口 35，下軸壓活塞7上設置有從下部連通巖心內部的鑽井液壓力出口 36，鑽井液壓力入口 35和鑽井液壓力出口 36分別通過高壓管線連接高壓泥漿循環系統，上軸壓活塞6上設置有從上部連通孔隙壓力滲透層58的孔壓入口56，下軸壓活塞7上設置有從下部連通孔隙壓力滲透層58的孔壓出口 57，孔壓入口 56和孔壓出口 57分別通過高壓管線連接孔隙壓力系統，上軸壓活塞6通過高壓管線連接上覆壓力控制系統。
[0016]所述的高溫高壓釜體28中鑲嵌有左上加熱器24、右上加熱器25、左下加熱器26和右下加熱器27，左上加熱器24、右上加熱器25、左下加熱器26和右下加熱器27分別位於巖心的左上部、右上部、左下部和右下部。鑲嵌有左上加熱器24、右上加熱器25、左下加熱器26和右下加熱器27的高溫高壓釜體28構成釜體加熱控溫系統，加熱功率較高，能夠提供150°C的高溫環境，並且控溫準確，確保本裝置處於恆溫工作環境。
[0017]所述的真三軸穩壓系統包括左上機械移動臂20、右上機械移動臂21、左下機械移動臂22和右下機械移動臂23，左上機械移動臂20、右上機械移動臂21、左下機械移動臂22和右下機械移動臂23分別安裝於高溫高壓釜體28內部的左上部、右上部、左下部和右下部。真三軸穩壓系統能夠保證機械部分的同步、勻速移動。
[0018]所述的左上機械移動臂20、右上機械移動臂21、左下機械移動臂22和右下機械移動臂23分別通過高壓管線連接水平壓力液壓系統，所述的水平壓力液壓系統包括水平壓力電動液壓泵42、水平壓力顯示器A43、水平壓力加壓閥44、水平壓力顯示器B45和水平壓力洩壓閥46，水平壓力電動液壓泵42的輸出管線依次連接水平壓力顯示器A43、水平壓力加壓閥44、洩壓管線、左側高壓管線和右側高壓管線，洩壓管線上安裝有水平壓力顯示器B45和水平壓力洩壓閥46，左側高壓管線依次連接左上機械移動臂20和左下機械移動臂22，右側高壓管線依次連接右上機械移動臂21和右下機械移動臂23，左側高壓管線上安裝有左機械移動調節器40，右側高壓管線上安裝有右機械移動調節器41。
[0019]所述的上覆壓力控制系統包括獨立電動液壓泵1、液壓泵壓力顯示器2、泵壓加壓手閥4、上覆壓力顯示器3和泵壓洩壓手閥5，獨立電動液壓泵I的輸出管線依次連接液壓泵壓力顯示器2、泵壓加壓手閥4、洩壓管線和上軸壓活塞6，洩壓管線上安裝有上覆壓力顯示器3和泵壓洩壓手閥5。所述的上覆壓力控制系統能夠提供高達151MPa的上覆巖層壓力。
[0020]所述的圍壓調節系統包括圍壓獨立電動液壓泵30、圍壓液壓泵顯示器32、圍壓加壓閥31、圍壓顯示器33和圍壓液壓洩壓閥34，圍壓獨立電動液壓泵30的輸出管線依次連接圍壓液壓泵顯示器32、圍壓加壓閥31、洩壓管線和圍壓入口 29，洩壓管線上安裝有圍壓顯示器33和圍壓液壓洩壓閥34。圍壓調節系統能夠提供90MPa的圍壓。
[0021]所述的高壓泥漿循環系統包括泥漿循環泵39、上泥漿循環手閥37和下泥漿循環手閥38，泥漿循環泵39的輸出管線依次連接上泥漿循環手閥37和鑽井液壓力入口 35，鑽井液壓力出口 36通過管線依次連接下泥漿循環手閥38和泥漿循環泵39。高壓泥漿循環系統能夠提供60MPa的液柱壓力，並且在實驗的過程中可以保證鑽井液的循環。
[0022]所述的孔隙壓力系統包括氮氣瓶47、低壓氣源壓力表48、氣體過濾器49、氣體增壓機50、高壓容器51、氣驅手閥54、回壓控壓手閥53和高壓回壓器55，高壓容器51底部連接有排水閥52，氮氣瓶47通過管線依次連接低壓氣源壓力表48、氣體過濾器49、氣體增壓機50和高壓容器51，高壓容器51頂部分為兩個支路，所述兩個支路中的一個支路依次連接氣驅手閥54和孔壓入口 56，另一支路依次連接回壓控壓手閥53、高壓回壓器55和孔壓出口 57。孔隙壓力系統可以精確的提供60MPa的孔隙壓力。
[0023]所述獨立電動液壓泵I採用200MPa獨立電動液壓泵，所述液壓泵壓力顯示器2採用200MPa液壓泵壓力顯示器，所述泵壓加壓手閥4採用200MPa泵壓加壓手閥，所述泵壓洩壓手閥5採用200MPa泵壓洩壓手閥，所述圍壓獨立電動液壓泵30採用200MPa圍壓獨立電動液壓泵，所述圍壓加壓閥31採用200MPa圍壓加壓閥，所述圍壓液壓泵顯示器32採用200MPa圍壓液壓泵顯示器，所述圍壓顯示器33採用200MPa圍壓顯示器，所述圍壓液壓洩壓閥34採用200MPa圍壓液壓洩壓閥，所述泥漿循環泵39採用60MPa泥漿循環泵，所述水平壓力電動液壓泵42採用200MPa水平壓力電動液壓泵，所述水平壓力加壓閥44採用200MPa水平壓力加壓閥，所述水平壓力顯示器B45採用200MPa水平壓力顯示器，所述水平壓力洩壓閥46採用200MPa水平壓力洩壓閥，所述氣體增壓機50採用60MPa氣體增壓機，所述高壓容器51採用2L/60MPa高壓容器。
[0024]採用所述全尺寸井壁穩定模擬器模擬全尺寸井壁穩定的評價方法，它包括以下步驟:
51、利用所研究的實驗巖樣獲取實驗所需的空心巖心；
52、將所製得的空心巖心安放在全尺寸井壁穩定模擬器中；
53、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的圍壓調節系統給巖心施加所要求的圍壓；
54、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的孔隙壓力系統給巖心施加所要求的孔隙壓力；
55、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的真三軸穩壓系統，給巖心施加實驗所要求的水平壓力；
56、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的上覆壓力控制系統，給巖心施加實驗所要求的上覆巖層壓力；
57、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的高壓泥漿循環系統，給巖心循環實驗所需要的壓力和鑽井液循環介質；
58、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的井徑測量儀19，測量在實驗的過程中巖心井眼的擴徑情況；
59、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的地層滑行波聲速測試系統，測量在實驗過程中不同循環介質下經鑽井液的浸泡後井壁處巖樣聲波特性變化；
S10、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的井壁可視與成像系統，直接觀察經過鑽井液井壁浸泡後井眼實際變化情況。
[0025]通過步驟S8、S9和SlO可以獲得不同鑽井方式條件下井徑大小，井壁處聲波的特性以及井壁成像數據，通過這些參數可以綜合的評價處井壁穩定情況。
[0026]在控制上覆壓力的過程中，通過獨立電動液壓泵11和液壓泵壓力顯示器2提供初始壓力，然後通過泵壓加壓手閥4和上覆壓力顯示器3精確控制模擬器的上覆壓力，其控制精度可以達到0.1MPa ;在控制水平壓力的過程中，通過水平壓力電動液壓泵42和水平壓力顯示器提供初始壓力，然後再通過水平壓力加壓閥44和水平壓力顯示器控制左上機械移動臂20、右上機械移動臂21、左下機械移動臂22、右下機械移動臂23，保證機械部分的同步、勻速移動，提供穩定的真三軸環境；在控制液柱壓力的過程中，通過上泥漿循環手閥37和泥漿循環泵39提供液柱壓力，並通過下泥漿循環手閥38保證鑽井液在模擬器中一直處於循環狀態；在控制孔隙壓力的過程中，氮氣瓶47、低壓氣源壓力表48和氣體過濾器49提供氣源，然後通過氣體增壓機50和高壓容器51控制模擬器所需要的孔隙壓力，通過氣驅手閥54向模擬器提供壓力，通過高壓回壓器55、排水閥52和回壓控壓手閥53進行洩壓；在控制圍壓的過程中，通過圍壓獨立電動液壓泵30和圍壓液壓泵顯示器32提供初始壓力，然後再通過圍壓加壓閥31和圍壓顯示器33控制圍壓，利用圍壓液壓洩壓閥34進行洩壓；地層溫度是直接通過左上加熱器24、右上加熱器25、左下加熱器26和右下加熱器27直接給高溫高壓釜體28加熱。
[0027]本發明實現評價不同鑽井方式井壁穩定的具體方法是:通過改變泥漿循環泵39腔室內的循環介質，在循環的過程中打開上泥漿循環手閥37，通過高壓管線將不同的循環介質通過鑽井液壓力入口 35輸送到巖心內，然後將鑽井液壓力出口 36通過高壓管線與下泥漿循環手閥38連接，打開下泥漿循環手閥38，即可實現實驗過程中泥漿的循環，此外在循環鑽井液的過程中，通過井徑測量儀19測量巖心內不同位置點處的井徑大小，從而反應出在不同的循環介質條件下井壁穩定情況，優化鑽井方式。
[0028]本發明實現研究不同鑽井方式條件下近井壁地帶巖石聲波特性變化的具體方法是:通過鑲嵌在上柱塞8中的左上聲波探頭10和右上聲波探頭11發射聲波信號，發射出的聲波信號沿著井壁滑行，通過鑲嵌在下柱塞9中的左下聲波探頭12和右下聲波探頭13接收信號，從而通過接收到的信號判斷出在不同鑽井方式條件下近井壁地帶巖石聲波特性。
[0029]本發明實現井壁可視與成像的具體方法是:通過安裝在下柱塞9內的下高溫高壓變焦內窺鏡17發射雷射束，然後通過安裝在上柱塞8內的上高溫高壓變焦內窺鏡16觀察井眼擴徑和縮徑情況，從而實現井眼形狀成像。
[0030]進一步的，模擬全尺寸井壁穩定的評價方法包括以下幾個步驟:
51、利用所研究的實驗巖樣獲取實驗所需的空心巖心；
52、將所製得的空心巖心安放在全尺寸井壁穩定模擬器中；
53、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的圍壓調節系統給巖心施加所要求的圍壓，在施加的過程中應該逐漸加大，防止巖心突然受到較大的力而產生破壞；
54、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的孔隙壓力系統給巖心施加所要求的孔隙壓力，在施加的過程中應該逐漸加大，防止巖心突然受到較大的力而產生破壞；
55、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的真三軸穩壓系統，給巖心施加實驗所要求的水平壓力，該系統是通過水平方向的機械臂進行，由於在施加水平應力之前已經給巖心周圍施加了圍壓，因此該水平壓力的大小應該是圍壓和機械臂所施加力的大小之和；
56、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的上覆壓力控制系統，給巖心施加實驗所要求的上覆巖層壓力，在施加的過程中應該先採用位移控制，待軸壓活塞與巖心接觸後再採用力的控制，從而精確控制軸壓的大小，施加的過程中應該逐漸加大軸壓，防止巖心突然受力而發生破壞；
57、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的高壓泥漿循環系統，給實驗循環所需要的壓力和鑽井液循環介質，在循環鑽井液的過程中應該控制鑽井液的循環速度；
58、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的井徑測量儀19，測量在實驗的過程中巖心井眼的擴徑情況，如果在步驟S7中採用的空氣作為循環介質，則可以通過雷射束進行測量；
59、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的地層滑行波聲速測試系統，測量在實驗過程中不同循環介質下經鑽井液的浸泡後井壁處巖樣聲波特性變化，發射後的聲波沿著巖心壁傳播，通過該傳播可以判斷出不同鑽井液在井壁處形成的泥餅情況以及判斷泥漿的進入情況；
S10、利用全尺寸井壁穩定模擬器中的井壁可視與成像系統，直接觀察經過鑽井液井壁浸泡後井眼實際變化情況。
[0031]本專利與現有技術相比，具有的優點是:全尺寸井壁穩定模擬器具有較高的壓力溫度性能指標，能夠更加真實地模擬井下高溫高壓環境，可模擬井下真實環境，加載上覆地層壓力、圍壓、孔隙壓力和液柱壓力以及控制地層溫度，同時其鑽井液循環系統是按照井筒結構進行設計，能夠動態評價井壁穩定情況，可改變井筒循環介質，模擬在氣體鑽井、霧化鑽井、泡沫鑽井及常規水基鑽井等鑽井方式下不同位置點井徑的變化，評價不同鑽井方式下井壁穩定情況，選擇合理的鑽井方式，優化鑽井液性能，有助於優選鑽井方式與鑽井液體系，同時引入三維氣液兩相滲透率測試和地層滑行波聲波速度測試系統，能夠綜合評價近井壁地層滲透性和巖石聲波特性，研究不同鑽井方式條件下近井壁地帶巖石聲波特性變化，同時配備了可視化動態分析系統，利用雷射束測試不同位置點井眼形狀，實現井壁成像，能夠更加直觀的觀測井徑變化和井壁壓裂垮塌情況。具備較大的實用性，便於推廣。
【權利要求】
1.一種全尺寸井壁穩定模擬器，其特徵在於：它包括套裝於巖心外部的筒形的密封橡膠套（18)，巖心和密封橡膠套（18)之間設置有孔隙壓力滲透層（58)，巖心的內部布置有井徑測量儀（19)，密封橡膠套（18)的兩端分別安裝有密封所述密封橡膠套（18)埠的上軸壓活塞（6 )和下軸壓活塞（7 )，上軸壓活塞（6 )和下軸壓活塞（7 )上均設置有連通密封橡膠套（18)內部空間的通孔，上軸壓活塞（6)的通孔內安裝有上柱塞（8)，下軸壓活塞（7)的通孔內安裝有下柱塞（9 )，上柱塞（8 )和下柱塞（9 )上均設置有連通密封橡膠套（18 )內部空間的通孔，上柱塞（8 )的通孔內安裝有上高溫高壓變焦內窺鏡（16 )，下柱塞（9 )的通孔內安裝有下高溫高壓變焦內窺鏡（17 )，上軸壓活塞（6 )壓緊巖心的上表面，且上軸壓活塞（6 )底部與巖心的上表面之間設置有上高溫高壓透明觀察片（14)，下軸壓活塞（7)壓緊巖心的下表面，且上軸壓活塞（6)頂部與巖心的下表面之間設置有下高溫高壓透明觀察片（15)，上高壓透明觀察片、下高壓透明觀察片、上高溫高壓變焦內窺鏡（16)和下高溫高壓變焦內窺鏡(17)構成井壁可視與成像系統，上柱塞（8)的底部鑲嵌有左上聲波探頭（10)和右上聲波探頭（11)，下柱塞（9)的頂部鑲嵌有左下聲波探頭（12)和右下聲波探頭（13)，左上聲波探頭(10)、右上聲波探頭（11)、左下聲波探頭（12)和右下聲波探頭（13)構成地層滑行波聲速測試系統，密封橡膠套（18)的外部套裝有高溫高壓釜體（28)，密封橡膠套（18)與高溫高壓釜體（28)之間形成密封的圍壓腔，高溫高壓釜體（28)內部安裝有真三軸穩壓系統，高溫高壓釜體（28)上設置有連通圍壓腔的圍壓入口（29)，圍壓入口（29)通過高壓管線連接圍壓調節系統，上軸壓活塞（6)上設置有從上部連通巖心內部的鑽井液壓力入口（35)，下軸壓活塞（7 )上設置有從下部連通巖心內部的鑽井液壓力出口（ 36 )，鑽井液壓力入口（ 35 )和鑽井液壓力出口（36)分別通過高壓管線連接高壓泥漿循環系統，上軸壓活塞（6)上設置有從上部連通孔隙壓力滲透層（58 )的孔壓入口（ 56 )，下軸壓活塞（7 )上設置有從下部連通孔隙壓力滲透層（58)的孔壓出口（57)，孔壓入口（56)和孔壓出口（57)分別通過高壓管線連接孔隙壓力系統，上軸壓活塞（6)通過高壓管線連接上覆壓力控制系統。
2.根據權利要求1所述的一種全尺寸井壁穩定模擬器，其特徵在於：所述的高溫高壓釜體（28)中鑲嵌有左上加熱器（24)、右上加熱器（25)、左下加熱器（26)和右下加熱器(27)，左上加熱器（24)、右上加熱器（25)、左下加熱器（26)和右下加熱器（27)分別位於巖心的左上部、右上部、左下部和右下部。
3.根據權利要求1所述的一種全尺寸井壁穩定模擬器，其特徵在於：所述的真三軸穩壓系統包括左上機械移動臂（20)、右上機械移動臂（21)、左下機械移動臂（22)和右下機械移動臂（23)，左上機械移動臂（20)、右上機械移動臂（21 )、左下機械移動臂（22)和右下機械移動臂（23)分別安裝於高溫高壓釜體（28)內部的左上部、右上部、左下部和右下部。
4.根據權利要求3所述的一種全尺寸井壁穩定模擬器，其特徵在於：所述的左上機械移動臂（20)、右上機械移動臂（21)、左下機械移動臂（22)和右下機械移動臂（23)分別通過高壓管線連接水平壓力液壓系統，所述的水平壓力液壓系統包括水平壓力電動液壓泵(42)、水平壓力顯示器A (43)、水平壓力加壓閥（44)、水平壓力顯示器B (45)和水平壓力洩壓閥（46)，水平壓力電動液壓泵（42)的輸出管線依次連接水平壓力顯示器A (43)、水平壓力加壓閥（44)、洩壓管線、左側高壓管線和右側高壓管線，洩壓管線上安裝有水平壓力顯示器B (45 )和水平壓力洩壓閥（46 )，左側高壓管線依次連接左上機械移動臂（20 )和左下機械移動臂（22)，右側高壓管線依次連接右上機械移動臂（21)和右下機械移動臂（23)，左側高壓管線上安裝有左機械移動調節器(40)，右側高壓管線上安裝有右機械移動調節器(41)。
5.根據權利要求1所述的一種全尺寸井壁穩定模擬器，其特徵在於:所述的上覆壓力控制系統包括獨立電動液壓泵(I)、液壓泵壓力顯示器(2)、泵壓加壓手閥(4)、上覆壓力顯示器(3)和泵壓洩壓手閥(5)，獨立電動液壓泵(I)的輸出管線依次連接液壓泵壓力顯示器(2)、泵壓加壓手閥(4)、洩壓管線和上軸壓活塞(6)，洩壓管線上安裝有上覆壓力顯示器(3)和泵壓洩壓手閥(5)。
6.根據權利要求1所述的一種全尺寸井壁穩定模擬器，其特徵在於:所述的圍壓調節系統包括圍壓獨立電動液壓泵(30)、圍壓液壓泵顯示器(32)、圍壓加壓閥(31)、圍壓顯示器(33)和圍壓液壓洩壓閥(34)，圍壓獨立電動液壓泵(30)的輸出管線依次連接圍壓液壓泵顯示器(32)、圍壓加壓閥(31)、洩壓管線和圍壓入口(29)，洩壓管線上安裝有圍壓顯示器(33 )和圍壓液壓洩壓閥(34)。
7.所述的高壓泥漿循環系統包括泥漿循環泵(39)、上泥漿循環手閥(37)和下泥漿循環手閥(38)，泥漿循環泵(39)的輸出管線依次連接上泥漿循環手閥(37)和鑽井液壓力入口( 35 )，鑽井液壓力出口( 36 )通過管線依次連接下泥漿循環手閥(38 )和泥漿循環泵(39 )。
8.根據權利要求1所述的一種全尺寸井壁穩定模擬器，其特徵在於:所述的孔隙壓力系統包括氮氣瓶(47)、低壓氣源壓力表(48)、氣體過濾器(49)、氣體增壓機(50)、高壓容器(51)、氣驅手閥(54)、回壓控壓手閥(53)和高壓回壓器(55)，高壓容器(51)底部連接有排水閥(52)，氮氣瓶(47)通過管線依次連接低壓氣源壓力表(48)、氣體過濾器(49)、氣體增壓機(50)和高壓容器(51)，高壓容器(51)頂部分為兩個支路，所述兩個支路中的一個支路依次連接氣驅手閥(54 )和孔壓入口( 56 )，另一支路依次連接回壓控壓手閥(53 )、高壓回壓器(55)和孔壓出口(57)。
【文檔編號】E21B47/08GK103775070SQ201410012207
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】孟英峰, 李皋, 陳一健, 蔣祖軍, 劉厚彬, 徐力群 申請人:西南石油大學