[发明专利]模拟冻土环境下真空隔热套管隔热性能测试装置及方法

说明书

本发明涉及一种模拟冻土环境下真空隔热套管隔热性能测试装置及方法。其技术方案是：在密闭装置内装有制冷设备和冻土，待测真空隔热套管的上端通过前密封端密封，并通过钻井液输入管线与密闭装置外部的钻井液循环装置连接，下端通过后密封端密封，并通过钻井液输出管线与密闭装置外部的流量计连接；水泥环与冻土之间安装有外温度传感器，在待测真空隔热套管内壁装有内温度传感器，且三者的数据分别连接到数据采集系统。有益效果是：本发明可用于评价循环不同温度钻井液时套管的隔热性能，也可以评价套管处于不同温度地层条件下的隔热性能，套管隔热性能评价方法不受套管尺寸，套管类型，钻井液温度以及环境温度的限制，适用范围较广。

技术领域

本发明涉及石油钻井工艺领域，特别涉及一种模拟冻土环境下真空隔热套管隔热性能测试装置及方法。

背景技术

21世纪以来，油气能源形势日趋严峻，非常规油气在能源领域内已成为焦点，继2008年美国地质调查局公布北极地区资源评估的结果后，北极油气逐渐成为各国关注的对象。虽然极地冻土地区油气资源丰富，但其恶劣的自然环境和地质条件也给油气资源的钻井和开采带来了巨大的挑战。特别是在钻井过程中，钻遇深部相对高温地层时，随着钻井液的循环，环空钻井液温度增加，钻井液与地层之间大量的热交换易造成井壁周围冻土带融化，地层下沉，甚至引起井口坍塌造成严重的钻井事故。申请号为201711330064.8的发明专利公布了一种针对极地冻土带钻井过程中井口沉降问题的模拟装置，可以模拟出冻土地带钻井时井部下沉的规律。

但是实际上，这种由于井筒与冻土层的热交换导致冻土层融化所带来的井口下沉问题在一定程度上可以通过采用真空隔热套管完井来减缓或避免。真空隔热套管目前主要应用于注蒸汽开发稠油领域，能否适用于极地冻土带的钻采，需要进行评价。同时，由于极地地区恶劣的现场环境，很难在现场开展一系列评价实验，因此，亟需一种模拟极地冻土环境下套管隔热性能测试装置及方法，对真空隔热套管在极地环境下的隔热性能进行评价，为真空隔热套管的选型和应用提供基础依据。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种模拟冻土环境下真空隔热套管隔热性能测试装置及方法，解决了用于极地冻土带钻井过程中真空隔热套管的隔热效果的评价问题。

本发明提到的一种模拟冻土环境下真空隔热套管隔热性能测试装置，其技术方案是：包括恒温加热箱（1）、钻井液循环装置（2）、钻井液输入管线（3）、待测真空隔热套管（4）、水泥环（5）、冻土（6）、密闭装置（7）、制冷设备（8）、钻井液输出管线（9）、外温度传感器（10）、流量计（11）、数据采集系统（12）、阀门（13）、前密封端（14）、后密封端（15）、内温度传感器（16）、内温度传感器数据线（17）、外温度传感器数据线（18）、流量计数据线（19），在密闭装置（7）内装有制冷设备（8）和冻土（6），冻土（6）包裹在水泥环（5）外侧，在水泥环（5）内腔为待测真空隔热套管（4），且待测真空隔热套管（4）的上端通过前密封端（14）密封，并通过钻井液输入管线（3）与密闭装置（7）外部的钻井液循环装置（2）连接，所述待测真空隔热套管（4）的下端通过后密封端（15）密封，并通过钻井液输出管线（3）与密闭装置（7）外部的流量计（11）连接，且流量计（11）连接恒温加热箱（1）；水泥环（5）与冻土（6）之间安装有外温度传感器（10），在待测真空隔热套管（4）内壁装有内温度传感器（16），且外温度传感器（10）、内温度传感器（16）和流量计（11）的数据分别连接到数据采集系统（12）。

优选的，上述的冻土（6）由取自高纬度地区的土样或极地钻井现场土样制备，冻土（6）包裹在水泥环（5）外侧，所述的水泥环（5）为圆筒形结构。

优选的，上述待测真空隔热套管（4）一端用前密封盖（14）密封，并通过钻井液输入管线（3）与密闭装置（7）外部的钻井液循环装置（2）连接；待测真空隔热套管（4）的另一端用后密封盖（15）密封，并通过钻井液输出管线（3）与密闭装置（7）外部的流量计（11）连接；待测真空隔热套管（4）内壁装有内温度传感器（16）。