一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置的製作方法
2023-06-25 07:54:51
專利名稱：一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用於石油勘探開發領域的隨鑽地層壓力測量儀器(PWD)， 特別是關於一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置。
背景技術：
隨鑽地層壓力測量儀器主要用於在鑽井過程中實時獲取地層壓力參數，指導鑽井作業安全高效進行。地層壓力是石油鑽井的一項重要基礎參數。實時獲取地層壓力數據，可以使鑽井工藝得到優化，早期檢測高壓地層，根據地層壓力進行井眼導向，確定壓力梯度和流體界面，實時調整泥漿密度，使鑽井作業、下套管和完井作業得到優化，從而實現安全、快速鑽進。但是如何準確、實時的獲得地層壓力數據是一個技術難點，也一直是國內外研究的熱點。目前常用的方法有(1)地球物理測井方法通過測井資料對地層壓力進行檢測，但該方法是鑽井完成後的事後技術，對所測井的開發具有一定意義，對同一區塊的待鑽井的壓力預測有一定借鑑意義，但對正在實施鑽井的地層壓力準確值無法獲得。(2)地震方法預測地層壓力通過地震波在地層的傳播速度預測地層壓力，實現壓力預測需要建立該地區正常壓實地層的速度變化趨勢曲線，分析地震速度異常，建立地層壓力與速度異常的統計關係，從而可以預測地層壓力。這種方法在鑽井施工之前使用，可以大致獲得地層壓力，但該方法獲得的數據誤差比較大，尤其是在進行探井鑽井時，資料有限，獲得的壓力數據遠遠不能表徵地下的複雜情況。( 鑽井資料分析方法利用鑽井過程中反映的信息監測地層壓力，可以及時發現地層壓力變化情況。常用的方法有頁巖巖屑密度法，dc指數法，返出泥漿溫度，機械鑽速法等，但這類方法獲得的數據精度不高。(4)常規的電纜地層測試法通過電纜進行地層測試，可以準確測量地層壓力，但測量的地層壓力數據不具有實時性，因此不能有效地用於在複雜地質環境中鑽井的地層壓力實時監測，並且費用高。為了在鑽井過程中準確、實時的獲得地層壓力數據，實時預測鑽井期間隨時可能出現的問題，必須採用隨鑽地層壓力測量儀器(PWD)。為了加速隨鑽地層壓力測量儀器(PWD)的研製，需要提供合理的設計參數(如抽吸量、抽吸速度、推靠力等)，研究並驗證地層壓力測試解釋算法，研究並驗證隨鑽地層壓力儀器智能控制，從而提高隨鑽地層壓力儀器的可靠性和安全性，目前還沒有一套完整的隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置及測量方法。
發明內容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種可以作為隨鑽地層壓力測量儀器的實驗仿真平臺的隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置。為實現上述目的，本實用新型採取以下技術方案一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置，其特徵在於它包括設置在機架上的試壓缸和推送油缸；所述試壓缸內設置有巖芯和墊片；所述試壓缸兩端分別設置一法蘭盤，其中一所述法蘭盤上設置有一地層壓力注入孔，所述地層壓力注入孔的輸入端連接地層壓力注入裝置；另一所述法蘭盤中心穿設有一推力杆，所述推力杆一端連通所述試壓缸內部，且所述推力杆該端與該所述法蘭盤之間留有環空，在該所述法蘭盤上設置有環空泥漿壓力注入口，所述環空泥漿壓力注入口的輸入端連接泥漿注入裝置；所述推力杆的另一端連接所述推送油缸內的推送活塞；所述推力杆內設置有一抽吸通道，所述抽吸通道的一端連通所述試壓缸內，且在其上設置有一探頭， 所述抽吸通道的另一端穿出推力杆連接抽吸測壓裝置；所述推送活塞密封端的所述推送油缸上設置有一推送油缸壓力入口，所述推送活塞活塞杆端的所述推送油缸上設置有一反推油缸壓力入口 ；所述推送油缸壓力入口和反推油缸壓力入口的輸入端均連接推送壓力裝置。所述地層壓力注入裝置包括高壓泵組，所述高壓泵組的一端連通模擬地層液體， 另一端依次連接單向閥和卸荷閥，最終連通所述試壓缸上的所述地層壓力注入孔，且在該所述管線上設置有溢流閥和壓力表。所述泥漿注入裝置包括高壓泵組，所述高壓泵組的輸入端連通模擬地層泥漿，另一端依次連接單向閥和卸荷閥，最終連通所述試壓缸上的所述環空泥漿壓力注入口，且在該所述管線上設置有溢流閥和壓力表。所述推送壓力裝置包括通過管線連接所述泥漿注入裝置中所述高壓泵組的減壓閥，所述減壓閥的另一端連接換向閥，所述換向閥的另一端連接由兩單向閥和兩溢流閥組成的液壓鎖，所述液壓鎖的另一端分別連通所述推送油缸的推送油缸壓力入口和反推油缸壓力入口。所述抽吸測壓裝置包括一內部設置有抽吸活塞的抽吸缸，靠近所述抽吸活塞的活塞杆端的所述抽吸缸上設置有抽吸管線、信號線和抽吸動力管線；所述抽吸管線的另一端連通所述推力杆內的所述抽吸通道，所述信號線的另一端連接信號採集處理系統；靠近所述抽吸活塞的密封端的所述抽吸缸上設置有噴射動力管線；所述抽吸動力管線和噴射動力管線的輸入端均連接液壓油裝置；所述液壓油裝置包括直流電機泵站，所述直流電機泵站的輸入端連通液壓油，另一端連接換向閥，所述換向閥的另一端連接由兩單向閥組成的液壓鎖，所述液壓鎖的另一端分別連通所述抽吸動力管線和噴射動力管線；其中所述直流電機泵站和換向閥通過控制總線連接控制系統。本實用新型由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本實用新型由於設置有試壓缸，試壓缸內設置有巖芯，並且通過墊片組合適應不同巖芯長度的變化，因此，可以用來模擬井下不同地層巖芯狀況。2、本實用新型由於在試壓缸上設置有地層壓力注入孔和環空泥漿壓力注入口，並通過高壓泵組提供液體壓力，因此，可以用於模擬地層壓力和泥漿壓力，並且可根據情況在5 70Mpa範圍內調節壓力。3、本實用新型由於設置有推送油缸，推送油缸內推送活塞的推送端和反推端分別通過管線連接高壓泵組，通過高壓泵組提供推送力和反推力液壓油，實現推送活塞的雙向移動，帶動探頭與巖芯接觸或分離，進而可以通過調節推送油缸壓力而改變探頭組件與巖芯的推靠力，實現探頭與巖芯緊密接觸，並可靠密封，以進行抽吸測壓。本實用新型可實時獲取模擬地層壓力數據，作為隨鑽壓力測量儀器試驗過程中的仿真平臺、地層壓力測量算法研究的試驗平臺、隨鑽壓力測量儀器的標定及系統測試平臺、隨鑽壓力測量儀器的智能控制系統實驗及測試平臺，為隨鑽地層壓力儀器提供合理的設計參數，從而提高隨鑽地層壓力儀器的可靠性和安全性，加速隨鑽地層壓力儀器的研製。
圖1是本實用新型結構示意圖圖2是本實用新型工作原理示意圖
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。如圖1所示，本實用新型包括一固定在機架1上的試壓缸2，試壓缸2的兩端分別通過螺栓連接一法蘭盤31和法蘭盤32。試壓缸2的一端法蘭盤31中心設置有一連通試壓缸2內部的地層壓力注入孔4，地層壓力注入孔4的輸入端連接地層壓力注入裝置5。試壓缸2的另一端法蘭盤32中心穿設有一推力杆6，推力杆6的一端連通試壓缸2內部，且推力杆6的該端部與法蘭盤32之間留有環空61，法蘭盤32上設置有連通該環空61的環空泥漿壓力注入口 7，環空泥漿壓力注入口 7的輸入端連接一泥漿注入裝置8 ；推力杆6的另一端通過連接套9連接一推送油缸10內部的推送活塞11，推送油缸10固定設置在機架1上。 推力杆6中心設置有一抽吸通道12，抽吸通道12的一端連通試壓缸2內部，且其上設置有一探頭13 ；抽吸通道12的另一端穿出推力杆6連接抽吸測壓裝置14。推送油缸10上靠近推力杆6的位置設置有反推油缸壓力入口 15，推送油缸10遠離推力杆6的位置設置有推送油缸壓力入口 16。反推油缸壓力入口 15和推送油缸壓力入口 16的輸入端連接推送壓力裝置17。試驗過程中，試壓缸2內裝有不同的巖芯18，並根據巖芯18的長度，在試壓缸2內部靠近設置有地層壓力注入孔4的法蘭盤31上並排設置有若干墊片19，每一墊片19中心均設置有與地層壓力注入孔4同心的通孔。如圖2所示，地層壓力注入裝置5包括高壓泵組51，高壓泵組51的一端通過管線連通模擬地層液體，另一端通過管線依次連接單向閥52和卸荷閥53，最終連通試壓缸2上的地層壓力注入孔4，且在該管線上設置有溢流閥M和壓力表55。如圖2所示，泥漿注入裝置8包括高壓泵組81，高壓泵組81的輸入端通過管線連通模擬地層泥漿，另一端通過管線依次連接單向閥82和卸荷閥83，最終連通試壓缸2上的環空泥漿壓力注入口 7，且在該管線上設置有溢流閥84、壓力表85和推送壓力裝置17。如圖2所示，推送壓力裝置17包括通過管線連接泥漿注入裝置8中高壓泵組81 的減壓閥171，減壓閥171的另一端通過管線連接換向閥172，換向閥172的另一端通過管線連接由兩單向閥和兩溢流閥組成的液壓鎖173，液壓鎖173的另一端通過管線分別連通推送油缸10上的反推油缸壓力入口 15和推送油缸壓力入口 16。如圖2所示，抽吸測壓裝置14包括抽吸缸141，抽吸缸141內設置有抽吸活塞142。 靠近抽吸活塞142的活塞杆端的抽吸缸141上設置有抽吸管線143、信號線144和抽吸動力管線145。抽吸管線143的另一端連通推力杆6內的抽吸通道12，信號線144的另一端連接信號採集處理系統146，抽吸動力管線145的另一端連接液壓油裝置。靠近抽吸活塞142 的密封端的抽吸缸141上設置有噴射動力管線147，噴射動力管線147的另一端也連接液壓油裝置。液壓油裝置包括直流電機泵站148，直流電機泵站148的輸入端通過管線連通液壓油，另一端通過管線連接換向閥149，換向閥149的另一端通過管線連接由兩單向閥組成的液壓鎖150，液壓鎖150的另一端通過兩條管線分別連通抽吸動力管線145和噴射動力管線 147。其中直流電機泵站148和換向閥149通過控制總線連接控制系統151。上述實施例中，地層壓力注入裝置5、泥漿注入裝置8、推送壓力裝置17和抽吸測壓裝置14也可以採用現有技術中的其他具有相同功能的裝置。如圖1、圖2所示，本實用新型裝置的模擬試驗方法包括以下步驟1)在試壓缸2內裝入巖芯18，並根據巖芯長18的長度調整放入的墊片19的數量， 以模擬地層巖芯，然後在試壓缸2端部安裝法蘭盤31和法蘭盤32 ；2)開啟地層壓力注入裝置5中的高壓泵組51，調節系統壓力，通過試壓缸2上的地層壓力注入孔4向巖芯18輸入模擬地層液體，以模擬井眼地層壓力狀態；3)開啟泥漿注入裝置8中的高壓泵組81，調節系統壓力，通過試壓缸2上的環空泥漿壓力注入口 7向推力杆6與法蘭盤32之間的環空輸入模擬地層泥漿，以模擬井眼環空泥漿壓力狀態；4)當模擬井眼地層壓力和模擬井眼環空泥漿壓力達到指定值時，系統保持該指定的模擬井眼地層壓力和模擬井眼環空泥漿壓力，模擬地層液體通過巖芯18流動；5)通過泥漿注入裝置8中高壓泵組81泵出的液壓油通過推送壓力裝置17中的減壓閥171進行減壓後，通過換向閥172換向進入推送油缸壓力入口 16，液壓油進入推送油缸10，推動推送活塞11向試壓缸2方向移動，從而使探頭13與巖芯18緊密接觸，並可靠密封，從而隔開模擬環空泥漿，以保證探頭13抽吸的是通過巖芯18滲透過來的模擬地層液體；6)當地層液體模擬準備就緒，由抽吸測壓裝置14中的控制系統151發出指令，啟動直流電機泵站148產生液壓油，液壓油通過換向閥149換向，進入抽吸缸141的抽吸活塞 142的活塞杆端，推動抽吸活塞142向密封端移動，從而使抽吸管線143通過抽吸通道12和探頭13抽吸地層液體，從而將地層液體抽入抽吸缸141，通過與抽吸缸141相連的信號線 144和信號採集處理系統146進行信號處理、記錄壓力與時間數據，並將結果傳送到控制系統151進行處理，以操作指令；7)抽吸測壓過程完成以後，通過泥漿注入裝置8中的卸荷閥83卸去試壓缸2上的環空泥漿壓力；8)通過推送壓力裝置17的換向閥172改變油路方向，液壓油通過反推油缸壓力入口 15進入推送油缸10，推動推送活塞11向遠離試壓缸2方向運動，帶動推力杆6運動，從而使探頭13回縮，探頭13與巖芯18分離；9)通過抽吸測壓裝置14中的控制系統151發出信號，換向閥149改變油路方向， 使液壓油通過噴射動力管線147進入抽吸缸141內抽吸活塞113的密封端，推動抽吸活塞 113向活塞杆端移動，將抽吸缸141內的地層液體沿抽吸管線143和抽吸通道12噴射到試壓缸2 ；10)重新調整模擬地層液體壓力和模擬泥漿壓力，重複上述過程，直到實驗完畢。本實用新型方法中的模擬地層液體壓力由地層壓力注入裝置5中的高壓泵組 51 (IOOMpa, 1L/Min)，通過卸荷閥53調整，其壓力可在5 70Mpa之間進行調節，其壓力精度為0. 2Mpa ；模擬泥漿系統壓力由泥漿注入裝置8中的高壓泵組81 (80Mpa，4L/Min)，通過卸荷閥83調整，其壓力可在5 70Mpa之間進行調節，其壓力精度為0. 2Mpa。
7[0033]本實用新型裝置的主要技術指標為1)井眼為Φ280_Χ2000_，具備防鏽功能；2)模擬環空泥漿壓力環境，最大70MPa，控制精度士 1 % FS ；3)探頭13為測試座封探頭，直徑為Φ 50 Φ 60mm,探頭13的行程為40 60mm， 採樣室體積25立方釐米(可調)；4)地層壓力測試時間彡5min ；測試探頭輸出力15 30KN ；5)連續無故障工作時間不小於240小時，期間測量次數不少於30次，系統壽命不小於10年；壓力容器要滿足JB47321995《鋼製壓力容器-分析設計標準》。上述各實施例僅用於說明本實用新型，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排除在本實用新型的保護範圍之外。
權利要求1.一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置，其特徵在於它包括設置在機架上的試壓缸和推送油缸；所述試壓缸內設置有巖芯和墊片；所述試壓缸兩端分別設置一法蘭盤，其中一所述法蘭盤上設置有一地層壓力注入孔，所述地層壓力注入孔的輸入端連接地層壓力注入裝置；另一所述法蘭盤中心穿設有一推力杆，所述推力杆一端連通所述試壓缸內部，且所述推力杆該端與該所述法蘭盤之間留有環空，在該所述法蘭盤上設置有環空泥漿壓力注入口，所述環空泥漿壓力注入口的輸入端連接泥漿注入裝置；所述推力杆的另一端連接所述推送油缸內的推送活塞；所述推力杆內設置有一抽吸通道，所述抽吸通道的一端連通所述試壓缸內，且在其上設置有一探頭，所述抽吸通道的另一端穿出推力杆連接抽吸測壓裝置；所述推送活塞密封端的所述推送油缸上設置有一推送油缸壓力入口，所述推送活塞活塞杆端的所述推送油缸上設置有一反推油缸壓力入口 ；所述推送油缸壓力入口和反推油缸壓力入口的輸入端均連接推送壓力裝置。
2.如權利要求1所述的一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置，其特徵在於所述地層壓力注入裝置包括高壓泵組，所述高壓泵組的一端連通模擬地層液體，另一端依次連接單向閥和卸荷閥，最終連通所述試壓缸上的所述地層壓力注入孔，且在該所述管線上設置有溢流閥和壓力表。
3.如權利要求1所述的一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置，其特徵在於所述泥漿注入裝置包括高壓泵組，所述高壓泵組的輸入端連通模擬地層泥漿，另一端依次連接單向閥和卸荷閥，最終連通所述試壓缸上的所述環空泥漿壓力注入口，且在該所述管線上設置有溢流閥和壓力表。
4.如權利要求2所述的一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置，其特徵在於所述泥漿注入裝置包括高壓泵組，所述高壓泵組的輸入端連通模擬地層泥漿，另一端依次連接單向閥和卸荷閥，最終連通所述試壓缸上的所述環空泥漿壓力注入口，且在該所述管線上設置有溢流閥和壓力表。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置，其特徵在於所述推送壓力裝置包括通過管線連接所述泥漿注入裝置中所述高壓泵組的減壓閥，所述減壓閥1的另一端連接換向閥，所述換向閥的另一端連接由兩單向閥和兩溢流閥組成的液壓鎖，所述液壓鎖的另一端分別連通所述推送油缸的推送油缸壓力入口和反推油缸壓力入
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置，其特徵在於所述抽吸測壓裝置包括一內部設置有抽吸活塞的抽吸缸，靠近所述抽吸活塞的活塞杆端的所述抽吸缸上設置有抽吸管線、信號線和抽吸動力管線；所述抽吸管線的另一端連通所述推力杆內的所述抽吸通道，所述信號線的另一端連接信號採集處理系統；靠近所述抽吸活塞的密封端的所述抽吸缸上設置有噴射動力管線；所述抽吸動力管線和噴射動力管線的輸入端均連接液壓油裝置；所述液壓油裝置包括直流電機泵站，所述直流電機泵站的輸入端連通液壓油，另一端連接換向閥，所述換向閥的另一端連接由兩單向閥組成的液壓鎖， 所述液壓鎖的另一端分別連通所述抽吸動力管線和噴射動力管線；其中所述直流電機泵站和換向閥通過控制總線連接控制系統。
7.如權利要求5所述的一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置，其特徵在於所述抽吸測壓裝置包括一內部設置有抽吸活塞的抽吸缸，靠近所述抽吸活塞的活塞杆端的所述抽吸缸上設置有抽吸管線、信號線和抽吸動力管線；所述抽吸管線的另一端連通所述推力杆內的所述抽吸通道，所述信號線的另一端連接信號採集處理系統；靠近所述抽吸活塞的密封端的所述抽吸缸上設置有噴射動力管線；所述抽吸動力管線和噴射動力管線的輸入端均連接液壓油裝置；所述液壓油裝置包括直流電機泵站，所述直流電機泵站的輸入端連通液壓油，另一端連接換向閥，所述換向閥的另一端連接由兩單向閥組成的液壓鎖，所述液壓鎖的另一端分別連通所述抽吸動力管線和噴射動力管線；其中所述直流電機泵站和換向閥通過控制總線連接控制系統。
專利摘要本實用新型涉及一種隨鑽地層壓力地面模擬測量裝置，其特徵在於試壓缸內設置有巖芯；試壓缸兩端的其中一法蘭盤上設置有一地層壓力注入孔，地層壓力注入孔的輸入端連接地層壓力注入裝置；另一法蘭盤上設置有一環空泥漿壓力注入口，環空泥漿壓力注入口的輸入端連接泥漿注入裝置，且在該法蘭盤中心穿設有一推力杆，推力杆另一端連接推送油缸內的推送活塞；推力杆內穿設有一抽吸通道，抽吸通道的一端連通試壓缸內，且在其上設置有一探頭，抽吸通道的另一端穿出推力杆連接抽吸測壓裝置；推送活塞密封端的推送油缸上設置有一推送油缸壓力入口，推送活塞活塞杆端的推送油缸上設置有一反推油缸壓力入口；推送油缸壓力入口和反推油缸壓力入口的輸入端均連接推送壓力裝置。
文檔編號E21B47/06GK201963295SQ20112000160
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月5日 優先權日2011年1月5日
發明者劉健, 劉陽, 夏宏泉, 姜偉, 朱榮東, 王旭東, 胡澤, 葛亮, 蔣世全, 許亮斌, 鄭華林, 陳平, 黃萬志 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油研究中心, 西南石油大學