一种砂床封堵胶结测定仪和测定方法技术

本发明专利技术提供一种砂床封堵胶结测定仪和测定方法。所述高温高压釜包括釜体、分别安装在釜体上部和下部的顶盖和底盖、安装在底盖之上与釜体内侧壁密封装配的内砂床杯，所述顶盖上设置有通孔，用于通入气体管线、压力传感器管线和测试液体管线，所述底盖上设置有贯通该底盖的滤液排出管，所述内砂床杯为顶部开口、底部设置有滤网的杯体，所述内砂床杯还设置有内砂床杯拉出杆。本发明专利技术的装置和方法能够在模拟地层条件下，对沥青质材料参与泥饼的形成过程及最终的作用结果进行评价，并定性或定量的评价沥青质材料对破碎地层的胶结能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于井壁稳定剂性质测试装置领域，具体涉及一种用于砂床封堵胶结测定仪的高温高压釜、装备有该高温高压釜的砂床封堵胶结测定仪及利用该砂床封堵胶结测定仪测定井壁稳定剂封堵胶结能力的方法，用于测试和评价井壁稳定剂对破碎地层封堵及胶结能力。
技术介绍
地层失稳是钻井工程中十分常见的现象，引起井壁失稳的原因比较复杂，形式也多种多样，但处理难度比较大、容易造成井下复杂情况或事故的则以弱水敏性的硬脆性泥页岩、侵入性火成岩(玄武岩)为比较严重。据不完全统计，全球钻井行业因井壁失稳导致的井下复杂情况或事故造成的经济损失每年高达数十亿美元之巨，对此，世界上各大石油公司的科研部门每年均要投入大量的人力、物力进行这方面的研究，目前，这方面的研究工作取得了较大进展，同时也累积了一些成功经验，但由于各种因素综合作用导致地层失稳具有很高的随机性，在现代技术手段下仍然无法避免钻井工程中发生较大规模的井壁失稳现象。针对水与泥页岩相互作用机理的研究结果表明，滤液(水)的浸入会使泥页岩中含水量增加，密度下降，并使泥页岩表面产生微裂缝(沿井眼周围)，从而泥页岩的强度降低。尽管在钻井液中加入KCl之类的无机盐能够有效抑制泥页岩膨胀，进而抑制微裂缝的发展，但当钻进过程中钻井液密度偏低不足以平衡地层压力时，井眼周围仍会有大量的微裂缝产生。这表明滤液侵入泥页岩和应力平衡的丧失是井眼不稳定问题的根本原因。因此有效提高井壁稳定性的手段除了设法控制和消除泥页岩的孔隙压力穿透效应外，还必须对已形成的裂缝进行封堵和胶结，以便使液柱压力能够有效平衡地层应力。实验结果表明，加入具有封堵功能的材料能够有效降低泥页岩的渗透性，显著降低由于孔隙压力穿透作用造成的井壁附近泥页岩孔隙压力的增加，这相当于采用提高钻井液密度的手段提高井壁稳定性。此外很多具有封堵功能的材料同时也具有一定的地层微裂缝胶结作用，在封堵材料通过表面涂敷效应阻止微裂隙进一步扩展的同时，胶结效应则对已形成微裂隙进行修补与弥合，降低或消除因微裂隙扩张造成的泥页岩坍塌压力增高的现象。现场经验表明，通过强化钻井液的封堵胶结能力是提高井壁稳定性的一个非常重要的手段，一般是采用沥青类材料来实现这一目标。沥青具有在高温情况下变软直至成为流体的功能，通过对沥青质材料进行改性处理，可以使其具有不同的软化点，亦即可以根据不同的地层温度有针对性的选用沥青类封堵材料，目的是使沥青材料形成的封堵层具有一定的抗破坏能力，以便能够对破碎性地层实施有效的封堵，从而达到井壁稳定效果。但现场情况表明，地层封堵胶结材料的使用效果以及相应的井壁稳定技术手段的实施情况缺乏科学而客观的评价方法，包括对井壁稳定材料进行评价的室内实验手段，这直接导致了现场施工的盲目性和相关材料研究方面缺乏明确的实验指导。造成这种情况的原因除地层存在变化状态的可预测性较低的客观因素以外，室内缺乏相应的实验手段和实验方法对封堵防塌剂进行符合实际的测定与评价是导致封堵防塌材料使用效果无法客观鉴定和相关新材料研发缺乏实验手段指导的主要原因。从这一点看，研制开发封堵防塌材料模拟评价装置和提出相应的实验评价方法对施工现场制定合理的井壁稳定技术方案和合理使用井壁稳定剂具有重大的技术指导意义。关于封堵防塌剂对破碎地层封堵与胶结能力的评价目前尚未见到专用的实验装置，也没有成型的实验方法，为了考查封堵防塌剂尤其是沥青类材料对泥饼质量的改善情况，一些科研人员借助于API滤失量测定仪对钻井液配伍沥青质材料以后形成的泥饼进行清水渗透性变化的实验评价，这种方法与工程实际比较接近，但缺点也显而易见，即该方法无法模拟井下实际情况，无法就封堵防塌剂对泥饼的改善效果进行评价，特别是无法在较高温度和压力下对封堵层的封堵效果进行模拟评价，更无法在模拟地层条件下对封堵防塌剂的胶结效果进行实验评价。从现场实际需要和研究探索方面的情况看，井壁防塌在重视材料封堵效果的同时，其胶结能力越来越受到重视，就新型封堵防塌材料研发方面的信息看，材料的物理或化学胶结能力已经成为不可或缺的考查指标之一，这是因为在对付破碎性地层的工程实践中，具有良好胶结功能的材料能够有效提高地层的坍塌压力，进而延长地层的失稳周期。从上述实际需要看，相应的实验评价仪器的缺乏和实验方法与工程实际的脱节已经成为制约封堵防塌剂功能进一步改善和提高的主要障碍，急需在这方面有所突破。专利CN201020685460.X(沥青封堵模拟试验装置)，该装置采用电加热方式对实验样品进行升温，采用气体压力源对实验样品进行加压，用以模拟钻井工程中遇到高温高压地层的情况。为了考查沥青混合物对漏失层的封堵效果，设计中采用了不同开有宽度狭缝的圆盘模拟井壁漏层，于设计的温度和压力下对封堵层进行实验评价，最终根据漏失情况(漏液量、漏失速度等)考查封堵层的对不同裂缝的封堵效果以及封堵层可以承受的温度、压力等参数，并能确定完成封堵过程所需要的时间。但该装置无法直接用于进行封堵防塌剂使用效果的评价，原因是①配伍封堵防塌剂后形成的封堵层其主要功能是通过涂覆作用降低地层的渗透性，进而降低液柱的压力穿透效应，而主要不是用于评价封堵层的堵漏能力；②无法用其评价封堵防塌材料对破碎地层的胶结与稳定能力。即便是作为漏失层封堵效果评价仪使用，专利CN201020685460.X也存在机械性模拟漏失层的方法与实际情况存在较大差别的缺点。除此之外，国内尚没有与本专利技术相似的仪器和实验方法。由上述分析可以看出，地层失稳与井壁稳定是一个非常复杂的技术问题，由于影响因素众多，并且各种因素之间又存在着复杂的制约关系，因此在关于井壁稳定材料和相关的技术评价上，一直难以开发出成型且为技术界所公认的实验方法和评价手段，已有的实验手段无法客观而明确的对井壁稳定材料尤其是沥青质材料的地层稳定效果进行量化评价。因此必须以沥青质材料的特点为依据，研制开发适合于封堵胶结型井壁稳定剂效果评价的专用仪器，为井壁稳定现场操作和新材料的研究奠定实验基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种用于砂床封堵胶结测定仪的高温高压釜、装备有该高温高压釜的砂床封堵胶结测定仪及利用该砂床封堵胶结测定仪测定井壁稳定剂封堵胶结能力的方法，能够在模拟地层条件(压力、温度)下，对沥青质材料参与泥饼的形成过程及最终的作用结果进行评价，并定性或定量的评价沥青质材料对破碎地层的胶结能力。本专利技术提供一种用于砂床封堵胶结测定仪的高温高压釜，该高温高压釜包括釜体22、分别安装在釜体22上部和下部的顶盖28和底盖37、安装在底盖37之上与釜体22内侧壁密封装配的内砂床杯23，所述顶盖28上设置有通孔，用于通入气体管线、压力传感器管线32和测试液体管线，所述底盖37上设置有贯通该底盖37的滤液排出管33，所述内砂床杯23为顶部开口、底部设置有滤网24的杯体，所述内砂床杯23还设置有内砂床杯拉出杆34。优选地，所述滤网上设置有组合砂床25，所述组合砂床25的厚度为70-80mm。所述内砂床杯23优选通过密封圈31与釜体22内侧壁密封装配，所述密封圈31优选为“O型”密封圈。所述“O型”密封圈的安放位置是靠近底盖37内凸起部位的平面上(该平面上同时加工有供紧固螺丝穿过的通孔)车出一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于砂床封堵胶结测定仪的高温高压釜，其特征在于，该高温高压釜包括釜体(22)、分别安装在釜体(22)上部和下部的顶盖(28)和底盖(37)、安装在底盖(37)之上与釜体(22)内侧壁密封装配的内砂床杯(23)，所述顶盖(28)上设置有通孔，用于通入气体管线、压力传感器管线(32)和测试液体管线，所述底盖(37)上设置有贯通该底盖(37)的滤液排出管(33)，所述内砂床杯(23)为顶部开口、底部设置有滤网(24)的杯体，所述内砂床杯(23)还设置有内砂床杯拉出杆(34)。

【技术特征摘要】
1.一种用于砂床封堵胶结测定仪的高温高压釜，其特征在于，该高温高压釜包括釜体(22)、分别安装在釜体(22)上部和下部的顶盖(28)和底盖(37)、安装在底盖(37)之上与釜体(22)内侧壁密封装配的内砂床杯(23)，所述顶盖(28)上设置有通孔，用于通入气体管线、压力传感器管线(32)和测试液体管线，所述底盖(37)上设置有贯通该底盖(37)的滤液排出管(33)，所述内砂床杯(23)为顶部开口、底部设置有滤网(24)的杯体，所述内砂床杯(23)还设置有内砂床杯拉出杆(34)。2.根据权利要求1所述的高温高压釜，其中，所述滤网上设置有组合砂床(25)，所述组合砂床(25)的厚度为70-80mm。3.根据权利要求1所述的高温高压釜，其中，所述内砂床杯(23)通过密封圈(31)与釜体(22)内侧壁密封装配。4.根据权利要求1所述的高温高压釜，其中，通过测试液体管线的通孔为设置于顶盖(28)的中心通孔，液体通过液流注入器通入高温高压釜内，所述液流注入器包括穿过所述中心通孔的通入管(27)和设置在通入管(27)底部的液流缓冲板(36)。5.根据权利要求4所述的高温高压釜，其中，所述液流缓冲板(36)为伞状。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的高温高压釜，其中，所述内砂床杯(23)的高度为75-90mm，杯壁厚度为1.2-1.5mm，有效容积为157-181ml。7.根据权利要求1-5中任意一项所述的高温高压釜，其中，所述釜体(22)
\t为筒状，高度为390-410mm，内径为52-60mm。8.根据权利要求1-5中任意一项所述的高温高压釜，其中，所述釜体(22)的侧壁或顶盖(28)开有通孔，用于插入温度传感器(17)。9.一种砂床封堵胶结测定仪，其特征在于，所述砂床封堵胶结测定仪包括温度调控系统、压力调控系统、样品测试系统总成、高温高压釜升降系统和支撑与固定系统；其中，所述温度调控系统包括：套装在高温高压釜(13)外部的电加热套(38)、安装在电加热套(38)上的温度控制面板及管线(3)、插入高温高压釜(13)的温度传感器(17)、分别通过数据线与温度传感器(17)和温度控制面板及管线(3)连接的控制与数据采集单元(8)，所述高温高压釜(13)为权利要求1-8中任意一项所述的高温高压釜；所述压力调控系统包括：通过高压氮气管线(15)与顶盖(28)的通孔连通的气瓶(1)，所述高压氮气管线(15)上依次设置有气源阀门(4)、高压气源调节阀(...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡利山，任立伟，陈曾伟，林永学，杨小华，王琳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11