[发明专利]一种钻井液滤饼压制及清洗效率一体化评价装置及方法

说明书

本发明涉及一种钻井液滤饼压制及清洗效率一体化评价装置及方法，该装置由转子1、变速电机2、密封盖11、人造井壁7、螺杆9组成，转子1通过轴承固定于上、下密封盖之间，转子与变速电机2同轴固定，转子的外部为人造井壁7，人造井壁通过螺杆9同样固定于上、下密封盖之间，上密封盖有进液口、加压口，下密封盖有放液口、滤液口。该方法包括：将钻井液倒入转子与人造井壁之间的环形空间；打开变速电机模拟钻井时井下循环排量；测量钻井液滤饼厚度；再向转子与人造井壁之间的环形空间装入前置液；打开变速电机模拟固井中前置液顶替排量；计算滤饼清洗效率、抗剪强度。本发明操作简便，便于深入研究钻井液滤饼形成及冲洗效率的影响因素及机理。

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发领域一种可在动态、加压环境下于井壁上压制和冲洗钻井液滤饼的一体化模拟评价装置及方法。

背景技术

在油气井的钻井过程中，钻井液会在渗透性井壁上、在压差作用下形成具有一定强度和厚度的钻井液滤饼。

与钻井液相比，钻井液滤饼的结构强度更大，加之大多数井眼并非标准圆形，井壁表面并不平整光滑，为此，井壁在长时间压差作用下形成的钻井液滤饼更难以冲洗干净、更容易成为油气水窜流通道，加大了固井失效的风险。

为研究相关因素对钻井液滤饼冲洗效率的影响、规律及机理，需要研制可压制和/或冲洗钻井液滤饼装置及方法。经过多年的研究，国内外研究人员提出了不同的钻井液滤饼压制方法和冲洗效率评价方法，但是，由于对井眼条件、钻井液滤饼形成和被冲洗过程的简单处理，导致各环节与井下实际情况严重不符，从而导致评价结果偏离实际。

常用的钻井液滤饼形成方式，可分为如下几种：(1)将常用六速旋转粘度计的外筒在钻井液中浸泡一段时间，通过钻井液的粘附作用，在外筒表面粘附一层钻井液，用于模拟钻井液在井壁上形成滤饼，可以看出，该方法形成的钻井液滤饼与井下实际不符。(2)将岩心或人造岩心置入高压容器，如高温高压失水仪等，装满钻井液并加压，通过压缩岩心内孔隙中的流体，促使钻井液在岩芯中渗滤并在表面形成一层滤饼，该滤饼形成方式与井下情况接近，但是，在泄压拆取带滤饼的岩心时，岩心内被压缩的流体和滤液开始膨胀并从岩心内向外返排，从而大幅度降低滤饼与岩心之间的粘结强度，进而导致后续冲洗效率的结果偏离井下实际。(3)在岩心两端或内外制造压差，使钻井液在规则形状岩心的端面或外(内)圆柱面上形成滤饼，该滤饼形成方式与井下形成滤饼的方式接近，但是岩心上的模拟井壁为规则圆柱的端面或圆柱面，导致所形成的滤饼为规则圆饼或圆环，与实际井眼大多不圆甚至严重椭圆、所形成滤饼为形状复杂空间圆环的情况不符。

常用的钻井液滤饼冲洗方式，可分为如下几种：(1)将带钻井液滤饼的岩心置于冲洗液中，再按一定的速度旋转岩心，造成钻井液滤饼与冲洗液的相对运动，模拟冲洗液在井下冲洗钻井液滤饼过程，其不足在于钻井液滤饼在冲洗液中被均匀冲洗的情况与井眼大多不圆、井壁上钻井液滤饼非均匀冲洗的情况不符，此外，在岩心带动其外表面上钻井液滤饼高速旋转的情况下，难以区分钻井液滤饼是被冲洗掉的还是被离心力甩掉的。(2)在内壁带钻井液滤饼的岩心中充入冲洗液，再进行搅拌或循环冲洗液，钻井液滤饼与冲洗液产生相对运动，可避免滤饼高速旋转所致离心力对评价结果的影响，但依然存在滤饼被均匀冲洗的问题。

发明专利“一种固井前置液冲洗效率工程模拟量化评价装置及方法”(CN104675345A)，通过在冲洗液中旋转带滤饼的岩心，制造冲洗液和滤饼之间的相对运动，虽然操作简便，但是存在离心力影响评价结果精度问题，且转速越高、影响越大。

发明专利“一种固井冲洗液定量模拟评价装置”(CN203515574U)，通过建立人工井筒模拟钻井液滤饼的形成和冲洗过程，较为符合井下情况，但是成本较高、装置设计复杂、操作繁琐，尤其是规则圆环型钻井液滤饼与井下实际情况不符。