一种钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，包括煤样罐组件、煤层模拟组件、钻井液注入组件、注气组件和控制组件；在使用的时候，依次包括（1）煤样处理与放置；（2）煤样罐连接；（3）管线连接；（4）加载轴向应力和围压；（5）原始渗透率测试；（6）储层污染模拟测试；（7）钻井液回收；（8）污染后渗透率测试；（9）装置整理。本发明专利技术所述的模拟装置，能比较真实的模拟应力条件下钻井液的污染程度，并对污染前、后渗透率进行测试，为钻井过程中储层污染定量表征提供借鉴，同时该装置能模拟出水平井和垂直井两种钻井方式下、垂直层理和平行层理下钻井过程污染程度，测试灵活性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钻井用煤储层污染程度测试
，特别是一种钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置及方法。
技术介绍
我国有着丰富的地下煤层气资源量，如果想要把储藏在地下的煤层气资源开发出来，需要在地面进行钻井。钻井时，为了防止钻头过热和携带岩屑，需要钻井液。钻井液性能不同，导致钻井过程对煤储层污染程度不同。同时，煤储层污染程度还受钻压、转速、地应力、煤体结构等的影响。煤储层污染严重的井，一方面，可能因后期压裂过高，而导致压裂失败；另一方面，影响后期煤层气井的排水降压产气，甚至导致整个工程失败。为了控制钻井液对煤储层的污染，我国煤层气工作者在实验室进行钻井液性能吸附、阻力等性能测试，以减少其对煤储层的伤害性。通过在煤层段减少转速、钻压、钻井液密度等方法来减少钻井过程对煤储层的伤害。但不同煤储层属性、不同地应力条件、不同井型下对煤储层污染的深度是多少？污染程度如何？污染后的渗透率是多少？，对于这些问题目前尚不能给出明确的答案。现场钻进参数的设定更多基于施工人员的经验，煤储层属性、地质条件等的多样性决定了仅靠现场经验进行钻井可能给煤储层带来严重的污染。因此迫切需要研制一种装置，能模拟不同钻井液、不同煤储层属性、不同地质条件、不同井型，在钻井过程中对煤储层的污染程度，以便为钻井参数优化、优质钻井液配方研制提供依据。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种可以有效测试钻井液对煤储层污染程度的钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置及方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，包括煤样罐组件、煤层模拟组件、钻井液注入组件、注气组件和控制组件；煤样罐组件包括固定箱体、和至少1个煤样罐，煤样罐滑动设于固定箱体内部，各个煤样罐沿固定箱体的高度方向依次分布；煤样罐呈顶端和底端均开口的筒状，煤样罐的顶端上设有上密封套筒，煤样罐的底端上设有下密封套筒；上密封套筒和下密封套筒上均贯穿设置有通孔，每个下密封套筒的通孔中均设置有出气电子压力计和出气电子流量计；相邻煤样罐之间的上密封套筒和下密封套筒之间通过弹性环形垫圈连接，弹性环形垫圈内设有与通孔连通的腔体；固定箱体的内底面上设有底座，位于最下方的煤样罐设于底座上；底座内设有气液腔，气液腔与位于最下方的煤样罐通过下密封套筒上的通孔连通；煤层模拟组件包括轴向加压组件和围压加载组件；轴向加压组件包括轴向加压机、压力传感器和竖直设置的轴压加压杆，轴压加压杆的末端固连有加压垫圈，加压垫圈与位于最上方的煤样罐上的上密封套筒贴合；压力传感器设置于上密封套筒的下表面上；围压加载组件包括油压缸、油罐和油泵，每个煤样罐中设置两个油压缸；油压缸上设有压力表和与油压缸内部连通的进油口，压力表检测油压缸内部的油压；油压缸中滑动设有加压活塞，加压活塞的末端设有围压加压杆，围压加压杆的横截面呈弧形；同一个煤样罐中的两个围压加压杆相对设置；油罐连接油压泵的入口，油压泵的出口通过油路管道连接油压缸的进油口；钻井液注入组件包括钻井液箱、振动电机和振荡室，振荡室中设置有振动杆，振动杆与振动电机传动连接；在钻井液箱的出口通过第一连接管道连接有液体增压泵；液体增压泵的出口通过第二连接管道振荡室，第二连接管道上设有钻井液电子压力计和钻井液电子流量计；振荡室的出液口通过钻井液管道连接上密封套筒上的通孔，钻井液管道上设有钻井液电子压力计、钻井液电子流量计和电子阀门；注气组件包括气罐和连接于气罐上的高压气泵，高压气泵的出气口通过气路管道连接上密封套筒上的通孔，气路管道上设有电子压力计和电子流量计；控制组件包括处理单元，压力传感器、钻井液电子压力计、钻井液电子流量计、电子压力计、电子流量计、出气电子压力计和出气电子流量计的信号输出端均连接处理单元的信号输入端；处理单元的信号输出端上连接有电子阀门驱动电路，电子阀门驱动电路控制电子阀门的工作。还包括与煤样罐数量相等的取样组件，取样组件包括取样管和设于取样管上的取样阀门，取样管一端与煤样罐连通，另一端上连接有量筒。相邻煤样罐之间设置有滑动组件，滑动组件包括配合设置的滑动杆和滑动槽，滑动杆设于位于上方的煤样罐的外侧壁上，滑动槽设于位于下方的煤样罐的外侧壁上。固定箱体内壁上设有燕尾槽，煤样罐的外侧壁上配合燕尾槽设置有卡板，卡板滑动设置于燕尾槽中。煤样罐上设有竖直设置的连接孔，连接孔中穿设有固定销。油压泵上连接有分流器，分流器的各个出油口分别与油压缸上的进油口连接，分流器的各个出油口上均设置有油路电磁阀，控制组件中配合油路电磁阀设有电磁阀驱动电路，电磁阀驱动电路连接处理单元的信号输出端，电磁阀驱动电路控制油路电磁阀的工作。还包括气体回收罐和液体回收罐，气体回收罐和液体回收罐均与位于最下方的下密封套筒上的通孔连接；气体回收罐和液体回收罐通过带有阀门的管线与通孔连接。一种利用上述模拟装置实施的钻井过程煤储层污染程度测试用模拟方法，依次包括如下步骤：（1）煤样处理与放置；首先，选取与煤样罐形状相匹配的煤样；然后，在煤样上钻孔，所钻孔的直径与下密封套筒上的通孔的直径相等；所钻孔的长度为煤样长度的1/6~1/4；最后，将煤样放置于煤样罐中，保证将煤样上所钻孔的一端朝上放置，将上密封套筒和下密封套筒分别连接于煤样罐的顶端和底端；（2）煤样罐连接；首先，将各个煤样罐通过滑动组件和固定销连接；然后，将连接好的煤样罐放置于固定箱体中，并将各个煤样罐上的卡板配合设置于燕尾槽中；（3）管线连接；将油压泵与油压缸连接；将气罐与高压气泵连接，将高压气泵的出气口连接上密封套筒上的通孔；气体回收罐和液体回收罐均与位于最下方的下密封套筒上的通孔连接；取样管一端连接煤样罐，另一端和量筒连接；压力传感器、钻井液电子压力计、钻井液电子流量计、电子压力计、电子流量计、出气电子压力计和出气电子流量计的信号输出端均与处理单元的信号输入端连接；油路电磁阀驱动电路和电子阀门驱动电路均连接处理单元的信号输出端；（4）加载轴向应力和围压；首先，打开油罐和油压泵，对煤样施加围压，通过油压缸上的压力表读取压力数据；然后，打开轴向加压机，轴向加压机带动轴向加压杆向下移动，对煤样施加轴向应力，压力传感器采集煤样受到的轴向应力的大小，并将采集到的轴向应力传输到处理单元；（5）原始渗透率测试；首先，关闭钻井液注入组件上的电子阀门，将钻井液注入组件与煤样罐隔离；然后，将气罐和高压气泵打开，向煤样罐中注入气体，电子压力计采集注气压力，电子流量计采集注气量，同时每个下密封套筒的通孔中的出气电子压力计和出气电子流量计分别采集出气口的气体压力和气体流量；电子压力计、电子流量计、各个出气电子压力计和各个出气电子流量计均将采集到的数值传输到处理单元，处理单元根据注气压力和各个出气电子压力计的值，以及电子流量计和各个出气电子流量计的值计算各个煤样罐中煤样的渗透量；（6）储层污染模拟测试首先，关闭高压气泵，打开与气体回收罐相连接的管路上的阀门进行放气，气体回收罐对放出的气体进行回收，放气结束后关闭与气体回收罐相连接的管线上的阀门；然后，打开液体增压泵和振动电机，使得钻井液进入到位于煤样罐中的煤样进行渗透；钻井液管道上的钻井液电子压力计和钻井液电子流量计时刻采集进入到煤样罐中的钻井液的压力和流量的变化，钻井液电子压力计和钻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，其特征在于：包括煤样罐组件、煤层模拟组件、钻井液注入组件、注气组件和控制组件；煤样罐组件包括固定箱体、和至少1个煤样罐，煤样罐滑动设于固定箱体内部，各个煤样罐沿固定箱体的高度方向依次分布；煤样罐呈顶端和底端均开口的筒状，煤样罐的顶端上设有上密封套筒，煤样罐的底端上设有下密封套筒；上密封套筒和下密封套筒上均贯穿设置有通孔，每个下密封套筒的通孔中均设置有出气电子压力计和出气电子流量计；相邻煤样罐之间的上密封套筒和下密封套筒之间通过弹性环形垫圈连接，弹性环形垫圈内设有与通孔连通的腔体；固定箱体的内底面上设有底座，位于最下方的煤样罐设于底座上；底座内设有气液腔，气液腔与位于最下方的煤样罐通过下密封套筒上的通孔连通；煤层模拟组件包括轴向加压组件和围压加载组件；轴向加压组件包括轴向加压机、压力传感器和竖直设置的轴压加压杆，轴压加压杆的末端固连有加压垫圈，加压垫圈与位于最上方的煤样罐上的上密封套筒贴合；压力传感器设置于上密封套筒的下表面上；围压加载组件包括油压缸、油罐和油泵，每个煤样罐中设置两个油压缸；油压缸上设有压力表和与油压缸内部连通的进油口，压力表检测油压缸内部的油压；油压缸中滑动设有加压活塞，加压活塞的末端设有围压加压杆，围压加压杆的横截面呈弧形；同一个煤样罐中的两个围压加压杆相对设置；油罐连接油压泵的入口，油压泵的出口通过油路管道连接油压缸的进油口；钻井液注入组件包括钻井液箱、振动电机和振荡室，振荡室中设置有振动杆，振动杆与振动电机传动连接；在钻井液箱的出口通过第一连接管道连接有液体增压泵；液体增压泵的出口通过第二连接管道振荡室，第二连接管道上设有钻井液电子压力计和钻井液电子流量计；振荡室的出液口通过钻井液管道连接上密封套筒上的通孔，钻井液管道上设有电子阀门；注气组件包括气罐和连接于气罐上的高压气泵，高压气泵的出气口通过气路管道连接上密封套筒上的通孔，气路管道上设有电子压力计和电子流量计；控制组件包括处理单元，压力传感器、钻井液电子压力计、钻井液电子流量计、电子压力计、电子流量计、出气电子压力计和出气电子流量计的信号输出端均连接处理单元的信号输入端；处理单元的信号输出端上连接有电子阀门驱动电路，电子阀门驱动电路控制电子阀门的工作。...

【技术特征摘要】
1.一种钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，其特征在于：包括煤样罐组件、煤层模拟组件、钻井液注入组件、注气组件和控制组件；煤样罐组件包括固定箱体、和至少1个煤样罐，煤样罐滑动设于固定箱体内部，各个煤样罐沿固定箱体的高度方向依次分布；煤样罐呈顶端和底端均开口的筒状，煤样罐的顶端上设有上密封套筒，煤样罐的底端上设有下密封套筒；上密封套筒和下密封套筒上均贯穿设置有通孔，每个下密封套筒的通孔中均设置有出气电子压力计和出气电子流量计；相邻煤样罐之间的上密封套筒和下密封套筒之间通过弹性环形垫圈连接，弹性环形垫圈内设有与通孔连通的腔体；固定箱体的内底面上设有底座，位于最下方的煤样罐设于底座上；底座内设有气液腔，气液腔与位于最下方的煤样罐通过下密封套筒上的通孔连通；煤层模拟组件包括轴向加压组件和围压加载组件；轴向加压组件包括轴向加压机、压力传感器和竖直设置的轴压加压杆，轴压加压杆的末端固连有加压垫圈，加压垫圈与位于最上方的煤样罐上的上密封套筒贴合；压力传感器设置于上密封套筒的下表面上；围压加载组件包括油压缸、油罐和油泵，每个煤样罐中设置两个油压缸；油压缸上设有压力表和与油压缸内部连通的进油口，压力表检测油压缸内部的油压；油压缸中滑动设有加压活塞，加压活塞的末端设有围压加压杆，围压加压杆的横截面呈弧形；同一个煤样罐中的两个围压加压杆相对设置；油罐连接油压泵的入口，油压泵的出口通过油路管道连接油压缸的进油口；钻井液注入组件包括钻井液箱、振动电机和振荡室，振荡室中设置有振动杆，振动杆与振动电机传动连接；在钻井液箱的出口通过第一连接管道连接有液体增压泵；液体增压泵的出口通过第二连接管道振荡室，第二连接管道上设有钻井液电子压力计和钻井液电子流量计；振荡室的出液口通过钻井液管道连接上密封套筒上的通孔，钻井液管道上设有电子阀门；注气组件包括气罐和连接于气罐上的高压气泵，高压气泵的出气口通过气路管道连接上密封套筒上的通孔，气路管道上设有电子压力计和电子流量计；控制组件包括处理单元，压力传感器、钻井液电子压力计、钻井液电子流量计、电子压力计、电子流量计、出气电子压力计和出气电子流量计的信号输出端均连接处理单元的信号输入端；处理单元的信号输出端上连接有电子阀门驱动电路，电子阀门驱动电路控制电子阀门的工作。2.如权利要求1所述的钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，其特征在于：还包括与煤样罐数量相等的取样组件，取样组件包括取样管和设于取样管上的取样阀门，取样管一端与煤样罐连通，另一端上连接有量筒。3.如权利要求2所述的钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，其特征在于：相邻煤样罐之间设置有滑动组件，滑动组件包括配合设置的滑动杆和滑动槽，滑动杆设于位于上方的煤样罐的外侧壁上，滑动槽设于位于下方的煤样罐的外侧壁上。4.如权利要求3所述的钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，其特征在于：固定箱体内壁上设有燕尾槽，煤样罐的外侧壁上配合燕尾槽设置有卡板，卡板滑动设置于燕尾槽中。5.如权利要求4所述的钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，其特征在于：煤样罐上设有竖直设置的连接孔，连接孔中穿设有固定销。6.如权利要求5所述的钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，其特征在于：油压泵上连接有分流器，分流器的各个出油口分别与油压缸上的进油口连接，分流器的各个出油口上均设置有油路电磁阀，控制组件中配合油路电磁阀设有电磁阀驱动电路，电磁阀驱动电路连接处理单元的信号输出端，电磁阀驱动电路控制油路电磁阀的工作。7.如权利要求1至6任意一项所述的钻井过程煤储层污染程度测试用模拟装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪小明，赵永超，吕闰生，孙小婷，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41