[发明专利]一种泥页岩微纳米级孔隙模拟封堵评价装置及方法

说明书

本发明公开了一种泥页岩微纳米级孔隙模拟封堵评价装置及方法，解决了现有方法不能有效模拟微纳米级孔隙结构导致钻井液对孔隙性地层封堵能力较弱的问题。其特征在于：所述泥浆杯顶部阀杆通过高压管线与气源相连，泥浆底部的阀杆通过高压管线与冷凝接收装置相连；泥浆杯内装有待测液体，待测液体底部置有不锈钢粉末片，所述不锈钢粉末片与泥页岩地层孔隙结构内部特征相近；该模拟方法包括：（1）选用所需孔径范围的不锈钢粉末片；（2）配制待测液体；（3）利用封堵装置对微纳米级裂缝的封堵效果进行评价。该泥页岩微纳米级孔隙模拟方法和评价装置，可用于封堵剂的优选实验和钻井液封堵能力评价实验，提供可靠的评价测试方法。

技术领域

本发明涉及油田非常规油气勘探技术领域，尤其涉及一种泥页岩微纳米级孔隙模拟封堵评价装置及方法。

背景技术

泥页岩地层的井壁失稳是钻井过程中永远无法回避的一个世界性难题。每年给世界石油工业造成巨大损失。这主要是因为泥页岩中不仅含有较多微米级的微裂缝，还存在着大量微纳米级的孔隙结构。这就导致泥页岩与钻井液等外来流体接触时，不仅微裂缝会在外力作用下发生“水力尖劈”作用，使缝宽变大导致井壁失稳；其中外来液相也会在微孔隙结构的毛细管作用力下，由近井壁地带进入地层深部，使深部地层发生水化膨胀、分散，最终引起井塌、卡钻和井眼报废等严重事故。这些问题都严重制约了油气资源的高效开发。

大量研究证明，要解决泥页岩地层井壁易失稳的技术难题，首先要提高钻井液的封堵防塌能力。而要研制具有良好封堵能力的钻井液，关键在于室内评价方法对微裂缝和微孔隙的模拟，是否能真实模拟泥页岩裂缝和孔隙的形态，以及能够真实模拟井底高温高压作用下封堵过程。

目前，室内关于地层微裂缝的模拟方法有很多。比如：砂床封堵实验法，用一定目数的石英砂替代滤纸，通过测量滤失量来评价封堵实验；平滑钢块模拟法，将与岩心等尺寸的钢柱从中间割开，用两个截面为半圆的钢柱或者钢片中间夹不同厚度的纸张来模拟不同宽度的裂缝，然后放入封堵实验仪中进行封堵评价；透明钢化玻璃模拟法，待测岩样为一组透明钢化玻璃，在其表面进行化学刻蚀以模拟泥页岩裂缝表面的粗糙度，最终形成一组深度范围在10~100μm的裂缝。这些方法在一定程度上实现了微裂缝的模拟，对研制封堵能力较强的钻井液配方具有一定的指导意义。但这些方法都不能有效模拟微纳米级孔隙结构，导致钻井液对微纳米级孔隙的封堵能力较弱，在现场施工时，泥页岩水化膨胀、井壁剥落、坍塌等事故依然发生。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的现有方法不能有效模拟微纳米级孔隙结构导致钻井液对微纳米级孔隙的封堵能力较弱的问题，而提供一种泥页岩微纳米级孔隙模拟封堵评价装置。该封堵评价装置，可用于封堵剂的优选实验和钻井液封堵能力评价实验，为泥页岩地层的井壁稳定技术研究提供可靠的评价测试方法。本发明还提供一种泥页岩微纳米级孔隙模拟封堵评价方法。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种泥页岩微纳米级孔隙模拟封堵评价装置，包括泥浆杯，所述泥浆杯装有下杯盖、上杯盖，所述下杯盖、上杯盖分别连接阀杆；泥浆杯的顶部阀杆通过高压管线与气源相连，并由销子进行固定；泥浆底部的阀杆通过高压管线与冷凝接收装置相连，并由销子进行固定；冷凝接收装置出液口的下端放置量筒；所述泥浆杯置于加热套内，泥浆杯内装有待测液体，待测液体底部置有不锈钢粉末片。

所述泥浆杯的顶、底部的高压管线上分别接有压力表；泥浆杯上部和下部的压力差为3.5MPa；所述不锈钢粉末片孔径范围在10nm~500μm之间；所述不锈钢粉末片厚度范围在5~10mm之间。

所述不锈钢粉末片孔径分布范围广、厚度可控，且内部剖面表面粗糙，与泥页岩地层孔隙结构内部特征相近，可以真实模拟泥页岩纳米级到微米级的孔隙结构和封堵材料在裂缝内部通道的堆积和封堵过程。

本发明还提供一种应用封堵评价装置的泥页岩微纳米级孔隙模拟方法，包括以下步骤：

（1）选用所需孔径范围的不锈钢粉末片，用于真实模拟泥页岩纳米级到微米级的孔隙结构；