专利名称：超临界流体钻完井模拟试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油、天然气钻完井技术领域，具体地说，涉及一种超临界流体钻完井 模拟试验装置。
背景技术：
在当前能源紧张的形势下，为保证我国的能源安全，必须形成新的方法、发展新的 技术，有效提高油气资源的勘探开发效率。以超临界二氧化碳为代表的超临界流体既具有 气体的低粘度和易扩散性，也具有液体的高密度和溶解性好的特点，是极具油气资源勘探 开发应用潜力的钻完井流体介质。超临界流体钻完井技术的发展，首先需要研发必备的试 验装置，开展基础理论研究，然而现有的常规流体钻完井试验装置存在如下不足工作压力 或工作温度太低，无法满足超临界流体调制和工作时所需的基本条件；井筒内部压力、温度 等参数不能精确控制，无法模拟实际钻完井过程中流体状态的精确转换；测量设备针对性 差，无法实时准确地反映出超临界流体钻完井过程中的参数变化。因此建立一套超临界流 体钻完井的模拟试验装置，是目前超临界流体钻完井技术研究的一个必要途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为开展基础理论提供一套超临界流体钻完井模拟 试验装置，使其可以更加客观真实地模拟超临界流体钻完井试验过程，直观地反映模拟超 临界流体钻完井过程井筒参数分布和对地层的作用情况。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是超临界流体钻完井模拟试验装置，包 括主循环回路，所述主循环回路由储罐、增压泵、加热器、钻完井模拟测试台、分离器和冷却 器通过管线依次联接而成；所述的钻完井模拟测试台包括井筒，所述井筒的底部设有模拟 岩芯，所述模拟岩芯的上方设有钻具，所述钻具具有中空的供超临界流体流过的钻具通道， 所述模拟岩芯与所述钻具之间设有可移动的挡板，所述钻具与所述井筒的内壁之间形成环 形空腔，所述井筒上部的侧壁上设有与所述井筒的内腔连通的井筒出口。作为优选的技术方案，所述钻具包括自所述井筒的上方伸入井筒内的钻柱，所述 钻柱具有中空的供超临界流体流过的钻柱通道，所述钻柱的底端安装有钻头，所述钻头上 设有供超临界流体流出的钻头喷嘴。作为优选的技术方案，在所述主循环回路上、所述钻完井模拟测试台的井筒内及 所述模拟岩芯周围分别设有若干压力传感器接口、温度传感器接口和流量计接口。作为优选的技术方案，在所述井筒的外部设有用于控制井筒内部压力及温度的压 力控制器和温度控制器。作为优选的技术方案，所述的超临界流体钻完井模拟试验装置还包括调压支路， 所述调压支路与所述主循环回路连通，所述调压支路上设有溢流阀。由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是本发明在使用时，首先密封模拟 岩芯使其保持一定围压和孔隙压力，其次开启温度调控元件，即加热器、冷却器以及井筒外部的温度控制器，将主循环回路上的阀门依次打开，放出储罐中的流体使其充满主循环回 路，启动并调节增压泵、加热器，调制流体的流量、压力和温度，使其达到超临界状态，通过 调压支路上的溢流阀控制主循环回路的压力，使主循环回路内的流体形成稳定循环，当流 体达到试验要求条件时，将井筒内的挡板移位，开始试验测试，超临界流体从井筒入口通过 钻柱进入钻头，经钻头喷嘴喷出后作用于模拟岩芯，之后，携带有模拟岩芯杂质的流体沿环 形空腔上返，经井筒出口流出至分离器，进行固相和液相分离，分离后的流体经冷却器制冷 后回到储罐，之后即可对分离后的固相杂质和模拟岩芯进行分析。本发明在井筒内和模拟岩芯周围布置的压力传感器和温度传感器可以测得井筒 内以及模拟岩芯侧壁的压力场和温度场，配合外设的监测仪器可进行沿程压力、温度和流 量的实时采集和分析，通过数据采集分析系统及时有效评价试验效果，钻完井模拟岩芯规 格可根据后续试验调整，失真度小，试验结果评价准确度高，钻完并模拟测试台通过设在井 筒外部的压力控制器和温度控制器可以控制井筒内部的温度和压力，模拟实际钻完井工 况。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明实施例的试验流程图；图2是本发明实施例中钻完井模拟测试台的结构剖视示意图；图中1-储罐；2-增压泵；3-加热器；4-钻完井模拟测试台；5-分离器；6-冷却 器；7-钻柱通道；8-钻柱；9-钻头；10-钻头喷嘴；11-挡板；12-挡板控制器；13-井筒出 口 ； 14-环形空腔；15-井筒；16-模拟岩芯；17-井筒底孔；18-溢流阀。
具体实施例方式如图1所示，超临界流体钻完井模拟试验装置，包括主循环回路，所述主循环回路 由储罐1、增压泵2、加热器3、钻完井模拟测试台4、分离器5和冷却器6通过高压管线依次 联接而成。其中，所述储罐1上设有防爆控制阀，所述增压泵2上设有温度控制器。如图2所示，所述的钻完井模拟测试台4包括井筒15，所述井筒15的底部设有模 拟岩芯16，所述模拟岩芯16的上方设有钻具，所述钻具具有中空的供超临界流体流过的钻 具通道，所述模拟岩芯16与所述钻具之间设有可移动的挡板11，所述井筒15的外侧对应于 所述挡板11的位置设有挡板控制器12，所述钻具与所述井筒的内壁之间形成环形空腔14， 所述井筒15上部的侧壁上设有与所述井筒的内腔连通的井筒出口 13，所述井筒15的底部 设有可以封堵或与大气接通的井筒底孔17，所述井筒底孔17也可以接高压容器，用于模拟 地层孔隙压力。本实施例中，所述钻具包括自所述井筒15的上方伸入井筒内的钻柱8，所述 钻柱8具有中空的供超临界流体流过的钻柱通道7，所述钻柱8的底端安装有钻头9，所述 钻头9上设有供超临界流体流出的钻头喷嘴10。其中，在所述主循环回路上、所述钻完井模拟测试台4的井筒15内以及所述模拟 岩芯16周围分别设有若干压力传感器接口、温度传感器接口和流量计接口(图中来示出)。其中，在所述井筒15的外部设有用于控制井筒15内部压力及温度的压力控制器 和温度控制器(图中未示出)。
其中，所述的超临界流体钻完井模拟试验装置还包括调压支路，所述调压支路与 所述主循环回路连通，所述调压支路上设有溢流阀18。工作原理当采用本发明开展超临界流体钻完井模拟试验时，首先封堵井筒底孔 17，密封模拟岩芯16，使其保持一定围压和孔隙压力；其次开启温度调控元件，即加热器3、 冷却器6以及井筒15外部的温度控制器和增压泵2上的温度控制器，将主循环回路上的阀 门依次打开，放出储罐1中的流体使其充满主循环回路，启动并调节增压泵2、加热器3，调 制流体的流量、压力和温度，使其达到超临界状态，通过调压支路上的溢流阀18控制主循 环回路的压力，使主循环回路的流体形成稳定循环，当流体达到试验要求条件时，将井筒15 内的挡板11通过挡板控制器12移位，开始试验测试，超临界流体从钻柱8的钻柱通道7进 入钻头9，经钻头喷嘴10喷出后作用于下部的模拟岩芯16，之后，携带有模拟岩芯杂质的流 体沿环形空腔14上返，经井筒出口 13流出至分离器5，进行固相和液相分离，分离后的流体 经冷却器6制冷后回到储罐1，之后即可对分离后的固相杂质和模拟岩芯进行分析。以上所述仅是本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普 通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技 术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.超临界流体钻完井模拟试验装置，其特征在于包括主循环回路，所述主循环回路由储罐、增压泵、加热器、钻完井模拟测试台、分离器和冷 却器通过管线依次联接而成；所述的钻完井模拟测试台包括井筒，所述井筒的底部设有模拟岩芯，所述模拟岩芯的 上方设有钻具，所述钻具具有中空的供超临界流体流过的钻具通道，所述模拟岩芯与所述 钻具之间设有可移动的挡板，所述钻具与所述井筒的内壁之间形成环形空腔，所述井筒上 部的侧壁上设有与所述井筒的内腔连通的井筒出口。
2.如权利要求1所述的超临界流体钻完井模拟试验装置，其特征在于所述钻具包括 自所述井筒的上方伸入井筒内的钻柱，所述钻柱具有中空的供超临界流体流过的钻柱通 道，所述钻柱的底端安装有钻头，所述钻头上设有供超临界流体流出的钻头喷嘴。
3.如权利要求1所述的超临界流体钻完井模拟试验装置，其特征在于在所述主循环 回路上、所述钻完井模拟测试台的井筒内及所述模拟岩芯周围分别设有若干压力传感器接 口、温度传感器接口和流量计接口。
4.如权利要求1所述的超临界流体钻完井模拟试验装置，其特征在于在所述井筒的 外部设有用于控制井筒内部压力及温度的压力控制器和温度控制器。
5.如权利要求1至4任一项所述的超临界流体钻完井模拟试验装置，其特征在于所 述的超临界流体钻完井模拟试验装置还包括调压支路，所述调压支路与所述主循环回路连 通，所述调压支路上设有溢流阀。
全文摘要
本发明公开了一种超临界流体钻完井模拟试验装置，包括由储罐、增压泵、加热器、钻完井模拟测试台、分离器和冷却器通过管线依次联接而成的主循环回路；所述钻完井模拟测试台包括井筒，井筒的底部设有模拟岩芯，模拟岩芯的上方设有钻具，钻具具有中空的供超临界流体流过的钻具通道，钻具与井筒的内壁之间形成环形空腔，井筒上部的侧壁上设有与井筒内腔连通的井筒出口。本发明的超临界流体钻完井模拟试验装置，可以更加客观真实地模拟超临界流体钻完井试验过程，直观地反映模拟超临界流体钻完井过程井筒参数分布和对地层的作用情况。本发明用途广泛，除可进行超临界流体钻完井试验外，还可进行多项功能拓展试验。
文档编号E21B49/00GK102086764SQ20111002225
公开日2011年6月8日 申请日期2011年1月15日 优先权日2011年1月15日
发明者倪红坚, 岳伟民, 杜玉昆, 王瑞和, 雷鹏, 霍洪俊 申请人:中国石油大学(华东)