[发明专利]地层呼吸效应模拟装置及方法

说明书

本发明提供一种地层呼吸效应模拟装置及方法，该地层呼吸效应模拟装置包括：外筒体，其内放置有人工地层，人工地层具有人工井眼，人工地层的外壁包裹有气垫，气垫与外筒体之间形成有下部环空；内筒体，密封设置在人工地层的上方，内筒体与外筒体之间形成有上部环空，上部环空与下部环空相连通；内筒体中穿设有注液管，注液管能伸入人工井眼内；监测机构，具有液位监测器和压力传感器，压力传感器设置在内筒体的下端面并位于人工井眼内，液位监测器能监测下部环空中的流体介质的液位高度。本发明能进行地层呼吸效应的室内模拟，摸清不同地层条件在不同的作业工况下的地层呼吸效应特征，以为现场钻完井作业提供理论指导。

技术领域

本发明涉及石油钻完井技术领域，尤其涉及地层呼吸效应模拟装置及方法。

背景技术

随着国家加大对油气资源的勘探开发力度以及我国油气勘探开发技术与装备能力的大幅度提升，我国油气开发领域逐渐由陆地转向海洋，由海洋浅水转向海洋深水，由常温常压地层转向高温高压甚至是超高温超高压地层，而油气勘探开发的作业难度也越来越大。

在高温高压地层甚至是超高温高压地层进行钻完井作业时，由于目的层段地层孔隙压力高且孔隙压力与破裂压力接近甚至大于破裂压力，在钻完井作业过程中安全钻井液密度窗口窄甚至是无安全窗口，导致在作业过程中，为了平衡地层孔隙压力不得不使用高比重的泥浆，而当井内高比重泥浆液柱压力大于或接近地层漏失压力时，井内泥浆在压差作用下沿着地层裂缝进入地层内部，较高的液柱压力也会使得地层原生裂缝张开并形成新的裂缝。而当井内泥浆停止循环或因其它原因导致井内液柱压力减小时，地层原生裂缝及新形成的裂缝会闭合，之前因压差作用进入地层内部的高比重泥浆滤液会重新返回井眼内部。

泥浆这种在压差作用下进入地层再返回井眼内的现象即为地层呼吸效应，钻井过程中尤其是高温高压地层发生呼吸效应时，由于井下情况复杂很难准确的识别井下实际状况，常常会将呼吸效应的“吸”过程误认为是泥浆的漏失，从而错误的减小泥浆密度进而诱发了井下溢流；而将呼吸效应的“呼”过程误认为是井下发生了溢流，从而错误的进行压井作业，导致地层裂缝进一步的被张开，泥浆大量进入地层内部，造成大量的人力、物力、财力损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种地层呼吸效应模拟装置及方法，能进行地层呼吸效应的室内模拟，摸清不同地层条件在不同的作业工况下的地层呼吸效应特征，以为现场钻完井作业提供理论指导。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供了一种地层呼吸效应模拟装置，包括：

外筒体，其内放置有人工地层，所述人工地层具有人工井眼，所述人工地层的外部包裹有气垫，所述气垫与所述外筒体之间形成有下部环空；

内筒体，密封设置在所述人工地层的上方，所述内筒体与所述外筒体之间形成有上部环空，所述上部环空与所述下部环空相连通；所述内筒体中穿设有注液管，所述注液管能伸入所述人工井眼内；

监测机构，具有液位监测器和压力传感器，所述压力传感器设置在所述内筒体的下端面并位于所述人工井眼内，所述液位监测器能监测所述下部环空中的流体介质的液位高度。

在本发明的实施方式中，所述下部环空设有至少两个支撑环，所述至少两个支撑环套设在所述气垫的外侧并沿所述外筒体的轴线方向间隔设置，各所述支撑环上沿其圆周方向间隔设有多个流通槽。

在本发明的实施方式中，所述内筒体具有内筒本体，所述内筒本体的下端密封连接有内密封盖，所述内筒本体的上端密封连接有上盖，所述注液管穿设于所述上盖和所述内密封盖，所述注液管与所述内密封盖密封连接。

在本发明的实施方式中，所述内筒本体的内壁沿圆周方向间隔设有多个轴向通槽，所述内密封盖的外壁沿圆周方向间隔设有多个滑块，所述滑块能密封滑动地嵌设在所述轴向通槽中。