专利名称：堵漏实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻井中对钻井液、完井液、修井液在高压下的滤失性测试和堵漏实验装置。
目前，国内油田及一些研究单位对钻井液、完井液、修井液(泥浆)在高压下的滤失性和堵漏问题的研究时，往往仅考虑井壁受一定压力作用的静态渗漏情况，因而一般是用岩芯夹持器夹持岩芯，置于一个盛有泥浆的容器中，用氮气在液体表面加压，然后测试岩芯渗漏液体的多少；堵漏材料通常是加于泥浆中，因而在测试岩芯对泥浆的渗漏情况的同时，也测出了堵漏材料的堵漏效果。这种静态堵漏实验装置，没有考虑实际井壁除受泥浆压力作用外，还受泥浆流动时的剪切速度的作用，因而不能真实模拟井下情况。国外有的考虑了泥浆的流动对井壁的作用，采用岩芯夹持器夹持岩芯，置于盛泥浆的桶内，然后搅拌泥浆，测出岩芯的渗漏情况。这种装置中的泥浆不循环，易发热升温，影响测试效果，且其流动状态与井眼环空泥浆的流动状态有较大差异。为了对各种岩层的堵漏情况进行深入地研究，并提高固井质量，必须研制出一种能更好地模拟井下条件的动态堵漏实验装置，以满足堵漏实验研究的急需。
本实用新型的目的在于，提出一种能够模拟井壁在受一定压力和泥浆流动剪切速度作用条件下的堵漏实验装置。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案堵漏实验装置包括岩芯夹持器(5)、测量渗漏液体积的测量容器以及氮气瓶、截止阀、压力表等，其特征在于，岩芯夹持器(5)具有平板缝隙流道(A)，而且在岩芯夹持器(5)的上流，设置了直流调速电机(1)、高压低扬程离心泵(2)、活塞式容器(4)、平衡液缸(17)以及油泵(21)；在岩芯夹持器(5)的下流，设置了活塞式量筒(7)及反驱液缸(6)。离心泵(2)的出口管路接通活塞式容器(4)的下腔，再连通岩芯夹持器(5)的平板缝隙流道(A)的一端，平板缝隙流道(A)的另一端，通过管道与离心泵(2)的入口接通，构成一闭合的泥浆循环回路。平衡液缸(17)的一腔与离心泵(2)的泥浆进口管路相通，另一腔与润滑油路相通，由油泵(21)、平衡液缸(17)的一腔、置于油泵(21)与平衡液缸(17)之间的溢流阀(20)、二通阀(19)以及离心泵(2)的滑动轴承(18)和与滑动轴承(18)相通的二通阀(3)构成平衡润滑油路。岩芯夹持器(5)内的顶杆孔道(B)通过管道与活塞式量筒(7)的下腔及反驱液缸(6)的无杆腔相通。
岩芯夹持器(5)的平板缝隙流道(A)的一壁面与岩芯(13)的一端面齐平，另一壁面是方板活塞(9)。方板活塞(9)的中心孔与螺杆(22)的凸台相配合，螺杆(22)与螺母(10)联接。旋转螺母(10)，可调节平板缝隙流道(A)的宽度。
螺杆(22)的中心具有孔道(C)，孔道(C)的一端与平板缝隙流道(A)的岩芯壁面相通，另一端与二通阀(11)相连。
直流调速电机(1)带动离心泵(2)工作，使泥浆循环流动。岩芯夹持器(5)的橡皮筒(14)内的岩芯(13)的一端与平板缝隙流道(A)的壁面齐平安装，于是，岩芯(13)的该端面便受到具有一定流速的泥浆的剪切作用，调节电机(1)的电压，即可改变离心泵(2)的转速和流量，从而改变泥浆流过岩芯端面的剪切速度。在活塞式容器(4)的上腔通入一定压力的氮气，使其下腔及整个循环回路的泥浆压力(驱压)达到预定值，从而使岩芯端面承受预定压力。从岩芯(13)渗漏出来的液体，经岩芯夹持器顶杆孔道(B)及连接管线流入活塞式量筒(7)的下腔，关闭活塞式量筒(7)出口的二通阀(8)，量筒(7)的活塞杆将在渗漏液的推动下往上移动，从其指针移动的刻度数读出渗漏液的体积量。在活塞式量筒(7)的上腔，通入一定压力的氮气，使其下腔的渗漏液压力(即回压)达到预定值，用以模拟井下在地层压力下的渗漏实验(回压实验)。
当泥浆在岩芯一端流过一段时间后，该端面上将形成一层泥饼，可起到堵漏作用。可以通过在反驱液缸(6)的无杆腔吸入驱动液，有杆腔通入一定压力的氮气，来进行反驱实验，测试泥饼的强度，从另一角度衡量堵漏材料的堵漏效果。
平衡液缸(17)的作用是使离心泵(2)内润滑油的压力和离心泵(2)入口泥浆的压力基本相等，使油与泥浆之间密封压差很小，且能补偿油与空气之间的高压轴封的泄漏。这样便将含固相颗粒的泥浆介质的高压旋转密封转化为以油为介质的高压旋转密封和泥浆与油之间的低压密封，从而可延长轴密封的使用寿命。采用油泵(21)给平衡液缸(17)充油，操作方便，且当离心泵(2)运转时间较长时，可用油泵(21)来循环润滑油，冷却滑动轴承(18)和密封。
本实用新型的优点是1．可做不同剪切速度下的动态堵漏实验，比静态堵漏实验更真实地模拟井下条件，且速度调节方便。
2．采用平板缝隙流道，比管式流道更接近井眼环空流道，且缝隙宽度调节方便。
3．采用活塞式加压容器使泥浆具有一定压力，保证循环系统内流体加压稳定，且避免了用气体加压而导致气体进入测试液的缺点。
4．采用离心泵循环测试液，流动状态稳定，发热温升小，对实验结果影响小。
5．能做有一定回压的实验，以满足各种井下情况的需要。
6．具有多种功能，既可做动态堵漏实验，又可做静态堵漏实验；既可做孔隙性岩层的堵漏实验，也可做缝隙性岩层的堵漏实验；可用于研究动失水和泥饼形成规律；可用于做岩芯的冲蚀性实验研究；可代替流动装置做油层污染和保护油层的实验研究。
7．结构简单，尺寸小，重量轻，消耗功率少，易损件少，操作维修方便。
附图1是本装置的结构示意图。
以下结合
本实用新型的实施例本堵漏实验装置包括岩芯夹持器(5)、测量渗漏液体的测量容器以及氮气瓶、截止阀、压力表等，其特征在于，本装置采用的岩芯夹持器(5)具有平板缝隙流道(A)，平板缝隙流道(A)的一壁与岩芯(13)的一端齐平，另一壁是方板活塞(9)。方板活塞(9)的中心孔与螺杆(22)的凸台相配合，螺杆(22)与螺母(10)联接，旋转螺母(10)，可调节平板缝隙流道(A)的宽度。在岩芯夹持器(5)的上流，设置了直流调速电机(1)、高压低扬程离心泵(2)、活塞式容器(4)、平衡液缸(17)及油泵(21)；在岩芯夹持器(5)的下流，设置了活塞式量筒(7)及反驱液缸(6)。离心泵(2)的扬程约为7～10M，额定流量为190～210ml/S，配备的直流电机(1)的功率约为0.9～1.1kW，离心泵(2)的最大工作压力为9～11MPa。为解决离心泵(2)的高压旋转密封问题，本装置采用平衡液缸(17)，把高压含固相颗粒的泥浆介质的旋转密封转变成高压油的旋转密封和泥浆与油之间的低压密封。高压油轴封采用摩擦系数小的耐摩材料聚四氟乙烯，油与泥浆之间的低压轴封采用橡胶材料，从而保证轴封可靠地工作。采用一个小排量油泵(21)给平衡液缸(17)充油，操作方便，且当离心泵运行时间太长时，可采用油泵循环润滑油，冷却滑动轴承(18)和密封，此时应将阀(3)稍开，并调节溢流阀(20)，使油泵出口压力略高于泥浆压力。离心泵(2)的出口管路接通活塞式容器(4)的下腔，再连通岩芯夹持器(5)的平板缝隙流道(A)，由平板缝隙流道(A)出来的泥浆经管道流回离心泵(2)的入口，构成闭合的泥浆循环回路。平衡液缸(17)的一腔与离心泵(2)的泥浆进口管路相通，另一腔与润滑油路相通。由油泵(21)、平衡液缸(17)、置于油泵(21)与平衡液缸(17)之间的溢流阀(20)、二通阀(19)以及离心泵(2)的滑动轴承(18)和与滑动轴承(18)相连的二通阀(3)构成平衡润滑油路。岩芯夹持器(5)内的顶杆孔道(B)通过管道与活塞式量筒(7)的下腔及反驱液缸(6)的无杆腔相通。
直流调速电机(1)带动离心泵(2)旋转，使回路中的泥浆循环流动，泥浆以一定速度流过岩芯夹持器(5)的平板缝隙流道(A)，岩芯夹持器(5)的橡皮筒(14)内的岩芯(13)的一端面与平板缝隙流道(A)的一壁面齐平安装，于是，岩芯的该端面受到具有一定剪切速度的泥浆作用。调节电机(1)的电压，即可改变离心泵(2)的转速和流量，从而改变泥浆流过岩芯端面的剪切速度。在活塞式容器(4)的上腔通入一定压力的氮气，使活塞下腔的泥浆压力(驱压)达到需要值，从而使岩芯端面承受预定压力。从岩芯渗漏出来的液体经岩芯夹持器(5)内的顶杆孔道(B)及连接管线，进入活塞式量筒(7)的下腔，关闭活塞式量筒(7)出口的二通阀(8)，量筒(7)的活塞杆将在渗漏液的作用下往上移动，可从活塞杆指针移动的刻度数读出渗漏液体的体积量。在量筒(7)活塞的上腔通入一定压力的氮气，使下腔的渗漏液的压力(即回压)达到预定值，用以模拟井下在地层压力下的渗漏实验(回压实验)。如果渗漏量较大，可将活塞式量筒(7)出口二通阀(8)稍开一点，并用量杯收集流出的液体，此时要注意不让量筒(7)的活塞移到头。
在加驱压和回压之前，应先加围压，即先给岩芯夹持器橡皮筒(14)外腔通入氮气，氮气的压力应高于驱压1.3倍，以使其夹持住岩芯，并防止泥浆从岩芯园柱面泄漏。为保证橡皮筒(14)外面施加围压的氮气不向泥浆中窜漏，橡皮筒(14)的一端带有凸沿，并用压盖(12)压紧。
当岩芯(13)的一端经泥浆流过一段时间后，该端面将形成一层泥饼，此层泥饼可起到堵漏作用。可通过反驱实验测试该泥饼的强度，从测量出漏失液的体积、漏失时间、或者到完全不漏的时间，即可从另一角度评价堵漏材料的堵漏效果。在进行反驱实验时，应先将反驱液缸(6)的无杆腔吸入反驱液，停止泵循环泥浆，然后开启活塞式容器(4)的阀(15)，排放出活塞式容器(4)上腔的氮气(使其压力为零)，关闭活塞式量筒(7)出口二通阀(8)，打开螺杆(22)孔道(C)端部的阀(11)，此时才能向反驱液缸有杆腔，通入一定压力的氮气，反驱液由反驱液缸(6)的无杆腔经管路到达岩芯夹持器(5)内的顶杆孔道(B)，渗过岩芯(13)及其端部的泥饼，再经螺杆(22)内的孔道(C)到达阀(11)，即可用量杯在阀(11)出口处收集液体。
权利要求1．一种堵漏实验装置，包括岩芯夹持器(5)、测量渗漏液体积的测量容器以及氮气瓶、截止阀、压力表等，其特征在于岩芯夹持器(5)具有平板缝隙流道(A)，而且在岩芯夹持器(5)的上流，设置了直流调速电机(1)、高压低扬程离心泵(2)、活塞式容器(4)、平衡液缸(17)以及油泵(21)，在岩芯夹持器(5)的下流，设置了活塞式量筒(7)及反驱液缸(6)，离心泵(2)的出口管路接通活塞式容器(4)的下腔，再连通岩芯夹持器(5)的平板缝隙流道(A)的一端，平板缝隙流道(A)的另一端通过管道与离心泵(2)的入口接通，构成一闭合的泥浆循环回路，平衡液缸(17)的一腔与离心泵(2)的泥浆进口管道相通，另一腔与润滑油路相通，由油泵(21)、平衡液缸(17)的一腔、置于油泵(21)与平衡液缸(17)之间的溢流阀(20)、二通阀(19)以及离心泵(2)的滑动轴承(18)和与滑动轴承(18)相通的二通阀(3)构成平衡润滑油路，岩芯夹持器(5)内的顶杆孔道(B)通过管道与活塞式量筒(7)的下腔及反驱液缸(6)的无杆腔相通。
2．根据权利要求1所述的堵漏实验装置，其特征在于平板缝隙流道(A)的一壁面与岩芯(13)的一端面齐平，另一壁面是方板活塞(9)，方板活塞(9)的中心孔与螺杆(22)的凸台相配合，螺杆(22)与螺母(10)联接，旋转螺母(10)，可调节平板缝隙流道(A)的宽度。
3．根据权利要求2所述的堵漏实验装置，其特征在于螺杆(22)的中心具有孔道(C)，孔道(C)的一端与平板缝隙流道(A)的岩芯壁面相通，另一端与二通阀(11)相通。
专利摘要本堵漏实验装置采用具有平板缝隙流道的岩芯夹持器,由直流调速电机带动高压低扬程离心泵循环泥浆,并由活塞式容器控制泥浆压力,使岩芯端面同时受到泥浆压力和剪切速度的作用,更能模拟井下条件进行堵漏实验。本装置还设置了反驱液缸和活塞式量筒,能进行反驱实验和有一定回压的实验。本装置结构简单,操作方便,对深入开展各种岩层的堵漏研究、防止油层被污染以及提高固井质量有重要的实用价值。
文档编号G01N3/10GK2441137SQ0024443
公开日2001年8月1日 申请日期2000年9月14日 优先权日2000年9月14日
发明者王德玉, 蒲晓林, 施太和 申请人:西南石油学院