钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验系统技术方案

钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置及系统，本发明专利技术涉及钻井实验模拟技术领域，解决现有技术不能够获得钻井局域相对位置井壁压力变化，忽略了显著影响结果的扰动且模拟环境不够贴近现实等技术问题。本发明专利技术主要包括控制系统，与控制系统连接的钻杆动力输出系统、钻井模拟系统和填充介质测量仪；还包括填充介质测量仪。本发明专利技术用于井下周围岩应力测试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钻井实验模拟
，具体涉及钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置及系统。
技术介绍
在油气的开采过程中，人们经常会从储层中提取试样对对储层岩石进行力学实验研究，其目的是通过各种力学实验结果确定出岩石的强度等性质，从而确定出合理的钻井液密度窗口，进而确保油气的顺利开采。由于目前对储层岩石的力学实验研究主要是基于单轴压缩、伪三轴压缩及真三轴实验来研究其力学特性，其受力情况与井下实际情况有很大差别。因此，通过这种方法测出的岩石力学参数可靠性是有限的。因此，为了解决这个问题，专利技术了“钻井扰动下井壁变形实时监测实验系统”。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术目的在于提供钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置及系统，解决现有技术不能够获得钻井局域相对位置井壁压力变化，忽略了显著影响结果的扰动且模拟环境不够贴近现实等技术问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置,包括控制系统，与控制系统连接的钻杆动力输出系统、钻井模拟系统和填充介质测量仪；填充介质测量仪，包括至少两个独立密封空腔，共同构成一个完整的空心柱体，空心柱体的外壁与钻井模拟系统的井壁相贴合，每个独立密封空腔均设置有与其分别连通的升压泵和伸缩筒。上述方案中，所述的填充介质测量仪，其设置于钻井模拟系统内钻头的后部。上述方案中，所述的升压泵，连接至控制系统。上述方案中，所述的独立密封空腔为气腔，所述的升压泵选用空气压缩机(可以是液压油或其他流体)。上述方案中，所述的伸缩筒，连接至控制系统。上述方案中，所述的独立密封空腔为气腔，所述的伸缩筒选用高压气筒。钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验系统，包括控制系统，用于参数设置和信息交互；钻杆动力输出系统，接收控制系统输出的钻头驱动信号；钻井模拟系统，接收控制系统输出的调试信号或反馈钻井环境参数至控制系统，并由钻杆动力输出系统驱动其钻头；填充介质测量仪，采集钻井模拟系统内局部相对位置的井壁压力变化信号并反馈压力值信号至控制系统。上述方案中，所述的控制系统，控制钻井模拟系统输入或输出储层流体。上述方案中，所述的钻井模拟系统，选用真三轴系统，接收控制系统输出的三压力信号或输出三压力反馈信号至控制系统。上述方案中，所述的填充介质测量仪，包括升压泵，由控制系统驱动；伸缩筒，由控制系统驱动；气体应力测试仪，包括至少两个独立密封空腔，共同构成一个完整的空心柱体，空心柱体的外壁与钻井模拟系统的井壁相贴合，独立密封空腔由升压泵注入介质，还通过伸缩筒检测由井壁局域位置形变引起的独立密封空腔腔体变化而产生的相对井壁压力变化；所述的伸缩筒，还设置由气压表，反馈对应相对井壁压力变化的压力值信号至控制系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)实现了井壁压力变化处相对位置检测；由于气体应力测试仪的腔体被隔离模块分成两个或多个部分，且每个部分能进行独立的应力检测，因此，根据各部分应力的变化，就可以确定出应变仪处井壁的压力变化。(2)实时监测软质岩井壁变形的动态过程；由于气体应力测试仪的腔体被隔离模块分成两个或多个部分，且每个部分能进行独立的应力检测，因此，根据各部分应力-时间关系曲线，就可以确定出应变仪处井壁压力的动态变过程。(3)实时监测井壁围压应力的变化情况；由于气体应力测试仪的腔体被隔离模块分成两个或多个部分，且每个部分能进行独立的应力检测，因此，可以实时监测到应变仪处每个部分的毅力变化情况。(4)使实验环境更加接近真实环境，从而增强实验结果的可靠性；该实验系统模拟的的是在工程扰动情况下井周围岩的应力变化情况，比传统的静态试验测试系统更接近真实的钻井环境，因此可靠度更高。(5)通过实验结果，给出最优的钻井液密度窗口，为确保钻井的顺利完成提供有力依据；(6)能模拟多场条件下，储层井壁的变形及压力变化情况。能够模拟出热-流-固耦合条件下，在真实地应力情况，且在工程扰动情况下的井壁变形及围岩应力变化情况。(7)能够测定多种因素(如：三向地应力、地层温度的变化、储层流体压力、钻进速度等的变化)对储层井壁变形、井壁应力的影响。(8)实验环境更接近于真实环境，使实验结果更为可靠。传统的实验主要考虑的是静态测量，及不考虑工程扰动的影响。(9)能够测定井壁变形、应力变化的动态过程，为合理的确定钻井液密度窗口具有实际意义。附图说明图1为本专利技术示意图；图2为独立密封空腔结构示意图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面结合附图对本专利技术做进一步说明：实施例1本实验系统如图1所示，1为真三轴模拟实验系统，2为实验钻头，3为气体应力测试仪，4为实验钻杆，5为钻杆动力输出系统，6为空气压缩机，7为高压气筒，8为三压力信息输入/输出，9为储层流体输入/输出，10为集成电路信息操作控制平台，其总体可分为3个部分构成，井下模拟系统、信息传递系统和控制系统。其工作工过程为：操作系统发出指令，通过信息传递系统把指令传递给井下模拟系统，在井下模拟系统的作用下，信息系统又将信息反馈给操作系统。工作原理：(1)操作系统输入①储层初始应力情况即最大、最小水平地应力和上覆岩层压力值。②储层初始温度值。③储层压力值等。(2)信息传递系统将信息传递给储层模拟系统。(3)此时真三轴压缩机将岩样进行加压，同时向岩样中充入相关气体，并且对岩样进行加热到预设值后控制系统传出指令此时气体压缩机开始向“井壁变形充气测量仪”(工作原理在专利1中已做说明)中充入气体，当充入气体压力达到预测值时，“井壁变形充气测量仪”进气阀自动关闭，出气阀与高压气筒连接且一直处于开启状态。此时，操作控制系统自动输出指令，使“模拟钻头”旋转钻进，同时“高压气筒”的示数变化一直被操作系统自动控制。在模拟钻井过程中，井壁应力及应变的变化情况通过“高压气筒”示数变化被操作台记录，因此，在储层压力、温度、地应力不变的情况下，就可以得到井壁变形与钻进时间及钻进速度的动态关系曲线。同时也可以得到在井壁变形情况与钻进时间，钻进速度等的关系曲线。现以图2为示意图具作出具体说明。独立密封空腔14；面AFGH、面DEGL——1/3腔体支撑圆盘；体ABCDEF、体HIKLJG——腔体支撑隔离模块13；曲面AHLD——高强度柔性弹性铁皮；R、T——进、出气孔；Y——带气压表的升压泵12；M——带气压表的高压气筒11；面AHGF、HGJL、LGED、ADLH组成1/3腔体；工作原理：进气孔R与升压泵Y连接，其作用是升压泵Y向腔体内冲入恒定气压到预定气压值P0，同时打开出气孔T，使高压气筒M的气压表显示值为P0时，关闭升压泵Y即进气口R。此时应该使出气孔T一直处于开启状态。通过高压气筒M上气压表的值的变化来求出腔体内的气压变化情况。以上所述，仅为本专利技术的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何属于本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置,其特征在于，包括控制系统，与控制系统连接的钻杆动力输出系统、钻井模拟系统和填充介质测量仪；填充介质测量仪，包括至少两个独立密封空腔，共同构成一个完整的空心柱体，空心柱体的外壁与钻井模拟系统的井壁相贴合，每个独立密封空腔均设置有与其分别连通的升压泵和伸缩筒。

【技术特征摘要】
1.钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置,其特征在于，包括控制系统，与控制系统连接的钻杆动力输出系统、钻井模拟系统和填充介质测量仪；填充介质测量仪，包括至少两个独立密封空腔，共同构成一个完整的空心柱体，空心柱体的外壁与钻井模拟系统的井壁相贴合，每个独立密封空腔均设置有与其分别连通的升压泵和伸缩筒。2.根据权利要求1所述的钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置,其特征在于，所述的填充介质测量仪，其设置于钻井模拟系统内钻头的后部。3.根据权利要求1所述的钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置,其特征在于，所述的升压泵，连接至控制系统。4.根据权利要求3所述的钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置,其特征在于，所述的独立密封空腔为气腔，所述的升压泵选用空气压缩机。5.根据权利要求1所述的钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置,其特征在于，所述的伸缩筒，连接至控制系统。6.根据权利要求5所述的钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验装置,其特征在于，所述的独立密封空腔为气腔，所述的伸缩筒选用高压气筒。7.钻井扰动下井周围岩应力实时监测实验系统，其特征在于，包括控制系统，用于参数设置和信息交互；钻...

【专利技术属性】
技术研发人员：范翔宇，梁永昌，张千贵，段美恒，郭东亚，赵鹏斐，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51