【技术实现步骤摘要】
钻柱扰动下泥页岩井壁流固化耦合损伤模拟装置与方法
[0001]本专利技术涉及石油与天然气勘探开发
,特别涉及一种钻柱扰动下泥页岩井壁流固化耦合损伤模拟装置与方法。
技术介绍
[0002]中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”,为生态文明建设、绿色可持续发展指明了方向,天然气与可再生能源协同发展是目前最优选择。页岩气以开采寿命长和生产周期长的特点在清洁能源中倍受青睐,尤其是随着涪陵地区页岩气开采的突破,表明我国页岩气的勘探开发事业具有广阔的前景。
[0003]但页岩气勘探开发中遇到钻进效果差的世界性技术难题。页岩气储层埋深大,深部泥页岩地层层理发育,井眼垮塌十分严重,导致井下事故频发,甚至井眼报废,据统计90%的井壁失稳问题发生在泥页岩地层。并且我国海相页岩气区,受多期构造活动影响,深部泥页岩储层条件复杂,具有应力高、温度高、各向异性明显的特点,并且钻进过程中水化作用、钻柱扰动等综合作用加剧了泥页岩损伤,严重制约了页岩气勘探开发进程。
[0004]泥页岩损伤影响因素非常复杂,主要归结为理化因素、力学因素和工程因素等三个方面,目前在理化因素、力学因素及其耦合作用方面已经取得了大量成果,对工程实践具有较好的指导作用;但工程因素对泥页岩损伤影响机理复杂,在此方面研究进展缓慢。不少现场工程师和研究人员,通过采用随钻测量等方法获得井径曲线,分析了钻柱碰击与井壁失稳的关系,认为钻柱碰击会对井壁失稳产生重要影响,甚至是起主要作用。但目前在此方面尚没有进行更深入的理论分析和 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钻柱扰动下泥页岩井壁流固化耦合损伤模拟装置,包括钻柱扰动模拟系统、三向应力加载系统、孔隙压力饱和系统、钻井液循环系统和数据采集及控制系统,其特征是:所述钻柱扰动模拟系统包括大尺寸试样(9)、压力室(10)、井口密封装置(16)、钻柱(8)、钻柱径向旋转动力系统(17)、钻柱轴向移动动力系统(3)、钻柱扰动系统控制器(2),在压力室(10)内安装高压流体饱和腔体(12),高压流体饱和腔体(12)内安装大尺寸试样(9),在大尺寸试样(9)的外侧安装声发射系统(21),所述压力室(10)外壁安设X方向液压筒(13)、Y方向液压筒(14)、Z方向液压筒(15)和井口密封装置(16),钻柱(8)穿过井口密封装置(16),钻柱(8)的外端安设齿轮(20),所述的X方向液压筒(13)、Y方向液压筒(14)、Z方向液压筒(15)连接到三向应力加载系统;所述钻柱径向旋转动力系统(17)包括大功率的电动机(18)、减速箱(19)和齿轮(20),电动机(18)的输出端连接减速箱(19),减速箱(19)的输出端将动力通过齿轮(20)传递给钻柱(8),使钻柱(8)实现径向旋转,带动钻柱(8)另一端的钻头旋转,对大尺寸试样(9)内安设的泥页岩岩心(45)进行钻进;所述钻柱轴向移动动力系统(3)由液压泵(4)、压力控制器(5)、压力传感器(6)和压力转换器(7)依次连接组成,通过液压泵(4)提供高压液体,压力控制器(5)调整液压压力,通过压力转换器(7)将液压压力转换为钻柱(8)的轴向压力,轴向力大小通过压力传感器(6)反馈到数据采集及伺服控制装置(1);所述孔隙压力饱和系统包括孔隙压力饱和系统控制器(31)、地层流体容器(32)、第一恒流恒压泵(33)、第一高压中间转换容器(34)、第二压力传感器(35),地层流体容器(32)通过管线连接第一恒流恒压泵(33),第一恒流恒压泵(33)的输出端通过第一高压中间转换容器(34)连通到压力室(10)内的高压流体饱和腔体(12),第一恒流恒压泵(33)电连接孔隙压力饱和系统控制器(31),并在高压流体饱和腔体(12)外的管线上安装第二压力传感器(35);所述的钻井液循环系统包括钻井液循环系统控制器(36)、钻井液容器(37)、第二恒流恒压泵(38)、第二高压中间转换容器(39)、钻井液压力传感器(40)、钻井液流量传感器(41),所述钻井液容器(37)通过第二恒流恒压泵(38)、第二高压中间转换容器(39)和高压管线(42)连接到压力转换器(7)的输出端,模拟钻井过程中由第二恒流恒压泵(38)将钻井液容器(37)的钻井液加压,通过高压管线(42)、钻柱(8)送入大尺寸试样(9)的泥页岩岩心(45),然后通过节流阀(43)流出到压力室(10)外侧的钻井液流出容器(44)。2.根据权利要求1所述的钻柱扰动下泥页岩井壁流固化耦合损伤模拟装置,其特征是:所述的三向应力加载系统包括三向地应力施加系统控制器(23)、电机及油泵(24)、Z方向加压控制器(25)、X方向加压控制器(26)、Y方向加压控制器(27)、Z方向压力传感器(28)、X方向压力传感器(29)、Y方向压力传感器(30),所述的电机及油泵(24)的一端连接三向地应力施加系统控制器(23),另一端并联Z方向加压控制器(25)、X方向加压控制器(26)和Y方向加压控制器(27),所述Z方向加压控制器(25)通过管线连接到Z方向液压筒(15),所述的X方向加压控制器(26)通过管线连接到X方向液压筒(13),所述Y方向加压控制器(27)通过管线连接到Y方向液压筒(14)。3.根据权利要求2所述的钻柱扰动下泥页岩井壁流固化耦合损伤模拟装置,其特征是:所述的大尺寸试样(9)为立方体结构,在大尺寸试样(9)的中部钻取井眼(46),外部井眼扩
径并安装井口密封装置(16)的外口环(47)。4.根据权利要求3所述的钻柱扰动下泥页岩井壁流固化耦合损伤模拟装置,其特征是:所述的井口密封装置(16)包括外口环(47)、内口环(48)、承载板(49),其中外口环(47)用环氧树脂胶与井眼(46)粘...
【专利技术属性】
技术研发人员:孙元伟,程远方,赵益忠,李翠,孙德旭,张建国,代晓东,
申请(专利权)人:山东石油化工学院,
类型:发明
国别省市:
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