[发明专利]一种地层压力测试物理模拟与刻度装置及方法

说明书

本发明公开了一种地层压力测试物理模拟与刻度装置及方法，该装置包括有岩芯夹持器，岩芯夹持器内设有岩芯；它还包括围压模拟模块、地层压力模拟模块、环空压力模拟模块、抽吸系统、推靠力模拟模块和驱动控制系统，推靠力模拟模块上设有推力杆，推力杆贯通岩芯夹持器一侧腔壁；推力杆前端设置有模拟探头，抽吸系统连接于推力杆上；围压模拟模块、地层压力模拟模块、环空压力模拟模块、推靠力模拟模块和抽吸系统均与驱动控制系统连接。本发明的有益效果是，该装置可模拟地层压力测试的物理环境，实现对地层压力测试的物理模拟，并可校准和刻度地层压力测试器，提升地层压力测试能力和控制精度。

技术领域

本发明涉及油气资源勘探开发领域的随钻地层压力测量仪器技术领域，尤其是涉及一种地层压力测试物理模拟与刻度装置及方法。

背景技术

地层压力是指地层孔隙内流体(油、气、水)的压力，亦称为地层压力。对于深地勘探、油气开采、地热开发、CO₂地质埋存、核废料地质处置等涉及深井钻井的工程，地层压力是重要的基础参数之一，准确地预测、检测地层压力意义重大。地层压力通常随深度线性增加，若以静水压力梯度增加则为正常压力，若低于正常压力梯度则为异常低压，若高于正常压力梯度则为异常高压。异常地层压力给钻井工程、油气开采、地热开发、CO₂地质埋存、核废料地质处置带来了一系列挑战，如果不能准确地预测、检测，轻者造成工程复杂，重者可能造成经济损失和人员伤亡，后果非常严重。

常规地层压力获取方法主要包括地震波法、钻速法、测井法和地层测试法，但常规地层压力获取方法往往存在精度不高、时间滞后等诸多问题。随着电缆地层测试技术的不断应用、发展以及钻井工程新需求的推动，20世纪90年代中后期，结合随钻测量技术提出了随钻地层压力测试的概念，将测试器安装于井底钻具组合中，在钻井作业暂停期间测试地层压力。为了解决这一问题，Halliburton公司在电缆地层测试器基础上研发出了一种探头结构的随钻地层测试器—Geo-Tap系统；随后，国外各大油服公司相继研发出了类似探头结构的测试器，如Baker Hughes公司的Tes-Trak系统，Schlumberger公司的Stetho-Scope系统，Weatherford公司的Compact-MFT系统。随钻地层压力测试在钻井过程中进行地层压力测试，有效解决了传统方法存在的耗时长、成本高、风险大、时间滞后等一系列难题。近年来，国内也在积极开展随钻地层压力测试器的研发，但是，随钻地层压力测试器主要由国外大型油服公司垄断，国内尚无完全成熟且具有自主知识产权的随钻地层压力测试器，国内研制的SDC-I型随钻地层压力测试器相对成熟，但稳定性和可靠性仍存在较多问题，迫切需要进一步开展相关物理模拟、测试技术和测试工具的研究。

地层压力随钻测试的基本原理：在测试工具侧壁上安装测试探头，测试探头推靠后贴紧井壁地层，由抽吸系统抽吸地层流体产生压降，通过压力计记录预测试室压力随时间的变化曲线，当时间足够长时，测试探头附近地层压力恢复至原始地层压力。地层压力随钻测试过程中，抽吸系统预测试室的压力动态响应非常关键，测试压力响应可大致分为测试前(a)、探测头推靠(b)、压力下降(c)、压力恢复(d)和测试后(e)五个阶段。由于地层压力随钻测试不可能进行长期的压力恢复测试，因此，必须根据测试压力响应曲线计算出地层压力、渗透率、流体流度、地层损害程度等地层的动态参数，此时，压力下降(c)和压力恢复(d)两个阶段关系就显得至关重要，直接影响地层压力等参数的测试精度。为了准确计算或刻度地层压力随钻测试过程中的地层压力等动态参数，物理模拟实验是一种重要手段。但是，针对地层压力测试开展的物理模拟实验和刻度研究工作还很少，现有实验装置在解释与刻度地层渗透率、流度等其他动态参数时精度不够，主要由于现有实验装置的地层压力、围压和井筒压力控制精度不够，而且未见高地层压力情况下的物模实验装置报道。因此，有必要设计并研制高压力高精度的地层压力测试物理模拟与刻度的伺服控制装置，提升地层压力测试的设计、验证与研制能力和水平，加速我国随钻地层压力测试器的研发进程。

发明内容