专利名称：基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于钻井领域，具体涉及一种采用聚氨酯加固模拟井壁的实验装置和方法。该方法可应用于地质、石油、煤炭、冶金等部门的钻井领域。
背景技术：
钻进过程中，维护井壁的稳定性是确保正常钻进的基本条件之一，井壁坍塌将掩埋钻具，延误工期，严重时可能会导致井眼报废， 造成重大经济损失。然而，井壁失稳是钻井过程中普通存在并一直困扰钻井界的一个技术难题。对于轻微的坍塌，一般采用优质钻井液处理就不会给钻井施工造成困难。但若钻遇破碎易坍塌地层，在短期内井壁会形成大规模的坍塌，裸露一层，剥蚀一层，连续不断，卡埋钻具，使钻井作业无法进行。聚氨酯是一种液体材料，遇水后，体积迅速膨胀固化，具有固化强度高、固化速度快、固结体化学稳定性高、固化速度可调、无毒不污染环境以及膨胀压力推动浆液向裂缝深处扩散等优点。采用聚氨脂加固破碎易坍塌井壁可优化井身结构、防漏堵漏、增强不稳定地层的井壁稳定性、确保钻井安全，从而降低钻井风险和成本、提高钻井效率和质量，直接经济效益显著。目前，采用聚氨酯加固井壁仍处于初级研究阶段，其井下加固井壁的效果，地表无法直观检测。
发明内容
本发明提供了一种基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，该模拟实验装置解决了上述背景技术中的不足，能够使技术人员直接观察和检测聚氨酯加固井壁的效果，为聚氨酯加固井壁这种新技术的应用发展提供可靠依据。实现本发明上述目的所采用的技术方案为基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，至少包括液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置、井壁模拟装置以及输出装置，所述的液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置及输出装置均与井壁模拟装置连通，所述的液态聚氨酯输入装置包括液态聚氨酯存储罐以及首端与液态聚氨酯存储罐连接的输入管A，输入管A上设有泵A、安全阀A及流量计A ;所述的钻井液输入装置包括钻井液存储罐以及首端与钻井液存储罐连接的输入管B，输入管B上设有泵B、安全阀B及流量计B ;所述的输出装置包括输出管以及安装于输出管上的压力表、限压阀及流量计C ;所述的井壁模拟装置包括左端盖、右端盖、内管、外管、加热层及模拟井壁，内管与外管均呈圆筒状且内管套于外管内，加热层位于内管与外管之间，左端盖和右端盖均安装于外管的两端开口处且与内管及外管之间共同形成一个封闭的腔体，模拟井壁位于腔体内的左侧或右侧且与左端盖或右端盖接触；输入管A与输入管B的尾端均与左端盖和右端盖中不与模拟井壁接触的端盖连接且穿过该端盖伸入腔体内，输出管的一端与左端盖和右端盖中与模拟井壁接触的端盖连接且穿过该端盖伸入腔体内。井壁模拟装置上设有压力传感器，井壁模拟装置的外部设有红外测温仪。左端盖和右端盖均与外管之间通过螺纹连接；左端盖和右端盖均与内管之间设有密封环。
输入管A上位于腔体内的部位为花管。模拟井壁由相互之间存在间隙的小石子组成，且位于腔体的右半部。本发明提供的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置有以下优点通过本模拟实验装置能够确定适合井壁加固的聚氨酯的类型、浓度、添加剂的种类、数量等参数组合以及相应的体积膨胀率、固化时间、固结体强度、固化温度和压力等性能指标，为聚氨酯加固井壁提供可靠的实验依据。
图I为本发明提供的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置的结构示意图；图中1-液态聚氨酯存储罐，2-泵A，3-输入管A，4-安全阀A，5-流量计A，6-左端盖，7-花管，8-红外测温仪，9-压力传感器，10-模拟井壁，11-右端盖，12-压力表，13-限压阀，14-流量计C，15-输出管，16-钻井液存储罐，17-泵B，18-安全阀B，19-流量计B，20-输入管B，21-密封圈，22-内管，23-腔体，24-加热层，25-外管。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细具体的说明。本发明提供的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置的结构如图I所示，由液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置、井壁模拟装置以及输出装置组成，其中液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置及输出装置均与井壁模拟装置连通。液态聚氨酯输入装置包括液态聚氨酯存储罐I以及首端与液态聚氨酯存储罐I连接的输入管A3，输入管A3上设有泵A2、安全阀A4及流量计A5 ;所述的钻井液输入装置包括钻井液存储罐16以及首端与钻井液存储罐连接的输入管B20，输入管B20上设有泵B17、安全阀B18及流量计B19 ;所述的输出装置包括输出管15以及安装于输出管15上的压力表12、限压阀及流量计C。井壁模拟装置包括左端盖6、右端盖11、内管22、外管15、加热层24及模拟井壁10，内管22与外管25均呈圆筒状且内管22套于外管25内，加热层24位于内管22与外管25之间。所述的左端盖6和右端盖11均安装于外管25的两端开口处且与内管22及外管25之间共同形成一个封闭的腔体23，左端盖6和右端盖11均与外管25之间通过螺纹连接，左端盖6和右端盖11均与内管2之间设有密封环21。模拟井壁10位于腔体23内的左侧或右侧且与左端盖或右端盖接触，输入管A3与输入管B20的尾端均与左端盖6和右端盖11中不与模拟井壁10接触的端盖连接且穿过该端盖伸入腔体23内，输入管A3上位于腔体内的部位为花管7。输出管15的一端与左端盖6和右端盖11中与模拟井壁10接触的端盖连接且穿过该端盖伸入腔体23内。在本实施例中，模拟井壁10由相互之间存在间隙的小石子组成，且位于腔体的右半部，输入管A3与输入管B20与左端盖6连接，输出管15与右端盖连接并与模拟井壁连通。井壁模拟装置上设有用于测量孔内压力的压力传感器，井壁模拟装置的外部设有用于测量孔内温度的红外测温仪。本发明提供的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置的工作原理如下I、配制钻井液。根据腔体的容积，配制一定体积的生产中常用的钻井液，并注入钻井液存储te中。2、配制聚氨酯。分别配制不同性能(如浓度、固化剂的种类和加量)的液态聚氨酯并注入液态聚氨酯存储罐中。3、井壁加固实验操作。关闭限压阀，打开安全阀B，启动泵B，把钻井液存储罐中的钻井液通过输入管B输入腔体中，并通 过流量计B记录流量，达到实验预设流量后关闭泵B和安全阀B ;启动加热层对腔体内的钻井液加热，通过红外测温仪实时记录温度变化，达到预设温度后停止加热，同时开启限压阀并将其设定在某一固定压力(该压力为模拟的地层孔隙压力，超过该压力限压阀将打开，低于该压力限压阀处于关闭状态)；开启安全阀A，启动泵A把液态聚氨酯从存储罐中通过输入管A输入腔体中，并从其尾部的花管流入腔体，流量计A记录流量，达到实验预设流量后，关闭泵A和安全阀A ;液态聚氨酯遇到腔体中的钻井液后将与钻井液中的水发生剧烈反应，体积迅速膨胀，通过红外测温仪和压力优越感器分别记录反应过程温度和压力变化过程。4、结果检测。反应结束一段时间后，记录通过流量计C的钻井液体积，记录压力表显示的压力变化过程；打开左端盖和和右端盖，取出加固后的模拟井壁，观察和检测聚氨酯加固井壁的效果；对加固体的粘结强度等性能进行测试，以此评价聚氨酯加固井壁的实验效果。通过本实验可以确定适合井壁加固的聚氨酯的类型、浓度、添加剂的种类、数量等参数组合以及相应的体积膨胀率、固化时间、固结体强度、固化温度和压力等性能指标，为聚氨酯加固井壁提供可靠的实验依据。
权利要求
1.基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，其特征在于至少包括液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置、井壁模拟装置以及输出装置，所述的液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置及输出装置均与井壁模拟装置连通，所述的液态聚氨酯输入装置包括液态聚氨酯存储罐以及首端与液态聚氨酯存储罐连接的输入管A，输入管A上设有泵A、安全阀A及流量计A ;所述的钻井液输入装置包括钻井液存储罐以及首端与钻井液存储罐连接的输入管B，输入管B上设有泵B、安全阀B及流量计B ;所述的输出装置包括输出管以及安装于输出管上的压力表、限压阀及流量计C ;所述的井壁模拟装置包括左端盖、右端盖、内管、外管、力口热层及模拟井壁，内管与外管均呈圆筒状且内管套于外管内，加热层位于内管与外管之间，左端盖和右端盖均安装于外管的两端开口处且与内管及外管之间共同形成一个封闭的腔体，模拟井壁位于腔体内的左侧或右侧且与左端盖或右端盖接触；输入管A与输入管B的尾端均与左端盖和右端盖中不与模拟井壁接触的端盖连接且穿过该端盖伸入腔体内，输出管的一端与左端盖和右端盖中与模拟井壁接触的端盖连接且穿过该端盖伸入腔体内。
2.根据权利要求I所述的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，其特征在于井壁模拟装置上设有压力传感器，井壁模拟装置的外部设有红外测温仪。
3.根据权利要求I所述的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，其特征在于左端盖和右端盖均与外管之间通过螺纹连接；左端盖和右端盖均与内管之间设有密封环。
4.根据权利要求I所述的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，其特征在于输入管A上位于腔体内的部位为花管。
5.根据权利要求I所述的基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，其特征在于模拟井壁由相互之间存在间隙的小石子组成，且位于腔体的右半部。
全文摘要
本发明提供了一种基于聚氨酯加固井壁的模拟实验装置，包括液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置、井壁模拟装置以及输出装置，所述的液态聚氨酯输入装置、钻井液输入装置及输出装置均与井壁模拟装置连通，所述的液态聚氨酯输入装置包括液态聚氨酯存储罐以及首端与液态聚氨酯存储罐连接的输入管A，输入管A上设有泵A、安全阀A及流量计A；所述的钻井液输入装置包括钻井液存储罐以及首端与钻井液存储罐连接的输入管B，输入管B上设有泵B、安全阀B及流量计B。该模拟实验装置解决了现有技术中的不足，能够使技术人员直接观察和检测聚氨酯加固井壁的效果，为聚氨酯加固井壁这种新技术的应用发展提供可靠依据。
文档编号E21B49/00GK102767368SQ201210251410
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者卢春华, 吴翔, 张涛, 王荣璟, 蒋国盛 申请人:中国地质大学(武汉)