一种井下环境模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种井下环境模拟装置及方法，属于油田、矿山等行业的试验装置领域。该装置包括模拟井筒、地层岩心模拟模块、地层流体模拟模块、地层压力模拟模块、环空压力模拟模块、井底温度模拟模块。利用本发明专利技术可以在室内模拟井下环境，包括不同岩性、不同物理性质(如渗透率等)的地层、地层流体、地层压力、环空压力、井底温度。本发明专利技术的装置可作为地层压力测量短节及其它井下工具、仪器的地面试验测试平台，还可进行地层压力测量算法的研究。本发明专利技术解决了野外试验工作周期长，费用高，检测手段欠缺等问题，降低了试验难度，提高了经济效益，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油田、矿山等行业的试验装置领域，具体涉及。
技术介绍
目前，有关井下环境模拟的技术包括以下几种:西南石油大学设计了模拟3000m井下工况的高温高压模拟井筒，是一种井下工具和仪器仪表研发的试验平台。该装置通过泵和电加热器循环加热井筒内的液压油，使其基本达到预期温度。用加压泵循环加压至设定压力，再由循环泵和盘管保持设定温度，实现井下温度和压力环境。该装置由加温系统与加压系统两部分构成，包括循环泵、电加热器、电磁换向阀、井筒、加压柱塞泵、加压阀等。该装置的井筒内径为Φ 177.8mm，模拟井内温度120°C，井底压力40MPa。该装置没有地层岩心模块与地层流体模拟模块。另外，试验时可放入到模拟井筒内部的仪器外径范围较小，且模拟的井底压力较小，因此其应用范围受到了限制。原地矿部探矿工艺研究所研制了 M150模拟井筒，用来模拟井底状况和井底参数，解决野外试验研制工作周期长，费用高，检测手段欠缺等问题。该装置由底座、筒体、观察筒、出水口组件、密封部分组成。最大模拟井底压力2.45MPa，模拟温度最高150°C。胜利石油管理局钻井工艺研究院提出了研制模拟6000m深井钻进模拟井筒的机构的方案。该装置主要由上固定帽、支座、泥浆出口、上密封塞、上钢端帽、高压胶囊、加热层等部分组成。利用该装置可进行井下钻具工艺技术研究，深井钻井液特性与钻进地层相适应试验等工作。模拟上覆岩层压力150MPa，围压70MPa，井底压力82.5MPa，岩样温度220°C。井底温度由岩样周围的加热套模拟，井底压力由钻井液密闭回路控制。大庆石油管理局研制了可模拟6000m井下环境的钻井全尺寸综合模拟试验装置。其中高温高压模拟井筒由油压泵组合体、轴压泵、调压泵、密封压力泵、岩石试样等组成。可模拟井底岩石温度210°C，孔隙压力64.2MPa，。井底温度由安装在井筒外壁的加热套及从钻头喷出的高温钻井液来维持。井底压力采用钻井液密闭回路来控制。该装置为钻井模拟台架，动态模拟钻井过程，井筒内岩心模拟垂直方向地层。上述原地矿部探矿工艺研究所研制的M150模拟井筒、胜利石油管理局钻井工艺研究院研制的模拟6000m深井钻井模拟井筒和大庆石油管理局研制的模拟6000m井下环境钻井全尺寸综合模拟试验装置，都是动态模拟井下钻具工况，进行钻井液、岩样、性能试验研究，还可进行地层岩石特征、破碎机理、破岩工具等课题研究。但是，这三种装置中岩心均安装在装置的井筒中部，模拟的是垂直方向地层，不能模拟水平方向地层。
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，可在地面模拟井下真实环境，可作为随钻地层压力测量短节及其它井下工具、仪器的地面试验、测试平台。本专利技术是通过以下技术方案实现的一种井下环境模拟装置，该装置包括模拟井筒1、地层岩心模拟模块2、地层流体模拟模块3、地层压力模拟模块4、环空压力模拟模块5和数据采集与控制模块7 ；所述模拟井筒I用于模拟井眼，待测的井下工具或仪器放置在所述模拟井筒I内；所述地层岩心模拟模块2用于模拟水平方向地层，其安装在所述模拟井筒I的筒壁上，其一端与模拟井筒I的内腔相连通，另一端与地层流体模拟模块3的一端相连通；所述地层流体模拟模块3用于模拟真实地层流体，其一端与地层岩心模拟模块2相连通，另一端与地层压力模拟模块4相连通；所述地层压力模拟模块4用于模拟地层压力，其输出的压力通过地层流体模拟模块3的传递，作用在地层岩心模拟模块2上；所述环空压力模拟模块5用于模拟井底环空压力，其与模拟井筒I的内腔连通，向模拟井筒I内部施加高压；所述数据采集与控制模块7用于对地层压力模拟模块4的输出值即地层压力、环空压力模拟模块5的输出值即环空压力做闭环反馈控制，使地层压力、环空压力的输出值与各自的预设值相近，对地层压力与环空压力进行精确控制。所述模拟井筒I包括上端盖、井壁和下端盖，所述井壁为套筒结构，两端带有外翻边，上端盖与井壁上端的外翻边通过螺栓连接，下端盖与井壁下端的外翻边通过螺栓连接；井筒的内腔形成了测试井下工具与仪器的空间；在所述模拟井筒I的筒壁上开有入口，在上端盖上开有出口。所述井下环境模拟装置进一步包括井底温度模拟模块6，其向模拟井筒I内提供高温流体，用于模拟井底温度。所述井下环境模拟装置进一步包括热交换器8，所述热交换器8螺旋缠绕在所述模拟井筒I的外壁上；所述井底温度模拟模块6包括电机、高温液压泵、电加热器、双向液压锁、电磁换向阀、电磁阀和温度传感器；所述电机与高温液压泵相连，带动高温液压泵回转；高温液压泵有2个接口，第一个接口与电磁换向阀相连，第二个接口与电磁阀相连；电磁换向阀有3个接口，第一个接口与液压泵连接，第二个接口与油箱相连，第三个接口与双向液压锁连接；双向液压锁的4个接口，分别连接模拟井筒I筒壁上的入口、模拟井筒I的上端盖上的出口、电磁换向阀及油箱；电磁阀有2个接口，第一个接口与液压泵连接，第二个接口与热交换器8的上端连接，热交换器8的下端接入油箱；在双向液压锁与模拟井筒I的上端盖上的出口之间的管路上装有温度传感器；在所述双向液压锁与模拟井筒I上端盖上的出口之间的管路上安装有截止阀；数据采集与控制模块7分别连接电加热器和温度传感器；所述数据采集与控制模块7进一步用于对井底温度模拟模块6的输出值即井底温度做闭环反馈控制，使井底温度的输出值与预设值相近，对井底温度进行精确控制。所述环空压力模拟模块5包括电机、液压泵、电磁阀、调速阀、增压缸、电磁换向阀和压力传感器；所述电机与液压泵相连，电磁换向阀的第一个接口与液压泵相连通，第二个接口与冷却器相连通，冷却器再与过滤器相连通，第三个接口与调速阀的一端相连通，调速阀的另一端与增压缸的下腔相连通，第四个接口与增压缸的上腔连通，增压缸的上腔与电磁阀的一个接口相连通，电磁阀的另一个接口与模拟井筒I的筒壁上的入口连接；所述压力传感器安装在所述环空压力模拟模块5与模拟井筒I连接的管路上；所述数据采集与控制模块7分别与液压泵和压力传感器连接。在所述地层岩心模拟模块2内部装有岩心；根据试验要求，可更换不同物理性质的岩心，模拟水平方向地层；根据试验要求，在所述地层流体模拟模块3内可更换不同性质的流体模拟真实地层流体。所述地层压力模拟模块4采用液压系统，其输出的高压油液先进入地层流体模拟模块3，再通过地层流体模拟模块3进入地层岩心模拟模块2 ；所述地层岩心模拟模块2包括外安装座、法兰盘、高压油口、模拟岩心安装座、岩心和密封件；所述模拟岩心安装座和外安装座均为一端带法兰的套筒状结构，岩心外包裹有密封件，岩心及密封件一起安装在所述模拟岩心安装座内，模拟岩心安装座再安装在外安装座内，模拟岩心安装座的法兰的内端面与外安装座的法兰的外端面接触，模拟岩心安装座的法兰的外端面与法兰盘接触，通过螺栓将法兰盘、模拟岩心安装座和外安装座固定在一起；所述外安装座固定在模拟井筒I的井壁上，模拟岩心安装座一端插入地层岩心模拟模块安装孔内，在法兰盘的中心安装有高压油口，模拟地层流体通过高压油口进入岩心，再通过岩心渗透进入模拟井筒I内；所述地层流体模拟模块3为液压缸结构，缸体内装有活塞，活塞将缸体分为两个腔，活塞的一侧为高压液压油腔，另一侧为模拟地层流体腔；在所述高压液压油腔一侧开有液压油入口，在高压液压油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下环境模拟装置，其特征在于：所述井下环境模拟装置包括模拟井筒(1)、地层岩心模拟模块(2)、地层流体模拟模块(3)、地层压力模拟模块(4)、环空压力模拟模块(5)和数据采集与控制模块(7)；所述模拟井筒(1)用于模拟井眼，待测的井下工具或仪器放置在所述模拟井筒(1)内；所述地层岩心模拟模块(2)用于模拟水平方向地层，其安装在所述模拟井筒(1)的筒壁上，其一端与模拟井筒(1)的内腔相连通，另一端与地层流体模拟模块(3)的一端相连通；所述地层流体模拟模块(3)用于模拟真实地层流体，其一端与地层岩心模拟模块(2)相连通，另一端与地层压力模拟模块(4)相连通；所述地层压力模拟模块(4)用于模拟地层压力，其输出的压力通过地层流体模拟模块(3)的传递，作用在地层岩心模拟模块(2)上；所述环空压力模拟模块(5)用于模拟井底环空压力，其与模拟井筒(1)的内腔连通，向模拟井筒(1)内部施加高压；所述数据采集与控制模块(7)用于对地层压力模拟模块(4)的输出值即地层压力、环空压力模拟模块(5)的输出值即环空压力做闭环反馈控制，使地层压力、环空压力的输出值与各自的预设值相近，对地层压力与环空压力进行精确控制。...

【技术特征摘要】
1.一种井下环境模拟装置，其特征在于:所述井下环境模拟装置包括模拟井筒(I)、地层岩心模拟模块(2)、地层流体模拟模块(3)、地层压力模拟模块(4)、环空压力模拟模块(5)和数据采集与控制模块(7)； 所述模拟井筒(I)用于模拟井眼，待测的井下工具或仪器放置在所述模拟井筒(I)内； 所述地层岩心模拟模块(2)用于模拟水平方向地层，其安装在所述模拟井筒(I)的筒壁上，其一端与模拟井筒(I)的内腔相连通，另一端与地层流体模拟模块(3)的一端相连通； 所述地层流体模拟模块(3)用于模拟真实地层流体，其一端与地层岩心模拟模块(2)相连通，另一端与地层压力模拟模块(4)相连通； 所述地层压力模拟模块(4)用于模拟地层压力，其输出的压力通过地层流体模拟模块(3)的传递，作用在地层岩心模拟模块(2)上； 所述环空压力模拟模块(5)用于模拟井底环空压力，其与模拟井筒(I)的内腔连通，向模拟井筒(I)内部施加高压； 所述数据采集与控制模块(7)用于对·地层压力模拟模块(4)的输出值即地层压力、环空压力模拟模块(5)的输出值即环空压力做闭环反馈控制，使地层压力、环空压力的输出值与各自的预设值相近，对地层压力与环空压力进行精确控制。2.根据权利要求1所述的井下环境模拟装置，其特征在于:所述模拟井筒I包括上端盖、井壁和下端盖，所述井壁为套筒结构，两端带有外翻边，上端盖与井壁上端的外翻边通过螺栓连接，下端盖与井壁下端的外翻边通过螺栓连接；井筒的内腔形成了测试井下工具与仪器的空间；在所述模拟井筒(I)的筒壁上开有入口，在上端盖上开有出口。3.根据权利要求2所述的井下环境模拟装置，其特征在于:所述井下环境模拟装置进一步包括井底温度模拟模块出)，其向模拟井筒(I)内提供高温流体，用于模拟井底温度。4.根据权利要求3所述的井下环境模拟装置，其特征在于:所述井下环境模拟装置进一步包括热交换器(8)，所述热交换器(8)螺旋缠绕在所述模拟井筒(I)的外壁上； 所述井底温度模拟模块(6)包括电机、高温液压泵、电加热器、双向液压锁、电磁换向阀、电磁阀和温度传感器；所述电机与高温液压泵相连，带动高温液压泵回转；高温液压泵有2个接口，第一个接口与电磁换向阀相连，第二个接口与电磁阀相连；电磁换向阀有3个接口，第一个接口与液压泵连接，第二个接口与油箱相连，第三个接口与双向液压锁连接；双向液压锁的4个接口，分别连接模拟井筒(I)筒壁上的入口、模拟井筒(I)的上端盖上的出口、电磁换向阀及油箱；电磁阀有2个接口，第一个接口与液压泵连接，第二个接口与热交换器(8)的上端连接，热交换器(8)的下端接入油箱；在双向液压锁与模拟井筒(I)的上端盖上的出口之间的管路上装有温度传感器；在所述双向液压锁与模拟井筒(I)上端盖上的出口之间的管路上安装有截止阀；数据采集与控制模块(7)分别连接电加热器和温度传感器； 所述数据采集与控制模块(7)进一步用于对井底温度模拟模块(6)的输出值即井底温度做闭环反馈控制，使井底温度的输出值与预设值相近，对井底温度进行精确控制。5.根据权利要求1所述的井下环境模拟装置，其特征在于:所述环空压力模拟模块(5)包括电机、液压泵、电磁阀、调速阀、增压缸、电磁换向阀和压力传感器；所述电机与液压泵相连，电磁换向阀的第一个接口与液压泵相连通，第二个接口与冷却器相连通，冷却器再与过滤器相连通，第三个接口与调速阀的一端相连通，调速阀的另一端与增压缸的下腔相连通，第四个接口与增压缸的上腔连通，增压缸的上腔与电磁阀的一个接口相连通，电磁阀的另一个接口与模拟井筒(I)的筒壁上的入口连接；所述压力传感器安装在所述环空压力模拟模块(5)与模拟井筒(I)连接的管路上；所述数据采集与控制模块(7)分别与液压泵和压力传感器连接。6.根据权利要求1至5任一所述的井下环境模拟装置，其特征在于:在所述地层岩心模拟模块(2)内部装有岩心； 根据试验要求，可更换不同物理性质的岩心，模拟水平方向地层； 根据试验要求，在所述地层流体模拟模块(3)内可更换不同性质的流体模拟真实地层流体。7.根据权利要求1至5任一所述的井下环境模拟装置，其特征在于:所述地层压力模拟模块(4)采用液压系统，其输出的高压油液先进入地层流体模拟模块(3)，再通过地层流体模拟模块(3)进入地层岩心模拟模块(2); 所述地层岩心模拟模块(2)包括外安装座、法兰盘、高压油口、模拟岩心安装座、岩心和密封件；所述模拟岩心安装座和·外安装座均为一端带法兰的套筒状结构，岩心外包裹有密封件，岩心及密封件一起安装在所述模拟岩心安装座内，模拟岩心安装座再安装在外安装座内，模拟岩心安装座的法兰的内端面与外安装座的法兰的外端面接触，模拟岩心安装座的法兰的外端面与法兰盘接触，通过螺栓将法兰盘、模拟岩心安装座和外安装座固定在一起；所述外安装座固定在模拟井筒(I)的井壁上，模拟岩心安装座一端插入地层岩心模拟模块安装孔内，在法兰盘的中心安装有高压油口，模拟地层流体通过高压油口进入岩心，再通过岩心渗透进...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛新明，郑俊华，杨春国，高炳堂，王磊，刘宇辉，王强，凌勇，
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，四川航天技术研究院，
类型：发明
国别省市：