專利名稱：一種鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油勘探中鉆井液性能分析方法領(lǐng)域，具體涉及一種鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)的方法及裝置，用于模擬鉆井液在研磨條件下性能的變化。
背景技術(shù)：
鉆井液是由多種處理劑分散在水、油中形成的液態(tài)體系。通常需要加入一些固相顆粒如加重劑、減輕劑來調(diào)節(jié)鉆井液的密度。固相顆粒的粒徑對鉆井液的流變性、失水有很大影響，在鉆井液循環(huán)過程中，由于鉆桿與井壁的碰撞、擠壓，固相的粒徑有變小的趨勢，從而引起鉆井液粘度、失水和密度的變化。尤其是在固相含量比較高的高密度鉆井液和低密度鉆井液中，這種由于固相粒徑變化而弓I起的鉆井液性能的變化是不可忽視的。高密度鉆井液中，通常采用重晶石或鐵礦粉作為加重劑，例如用重晶石加重鉆井液密度至2. 2g/cm3時(shí)，需要在IOOml鉆井液基漿(密度約為I. 05 g/cm3)中加入重晶石230g，如此高的固相，當(dāng)固相粒子在研磨情況下粒徑變小時(shí)，由于顆粒比表面積增大引起的吸水會(huì)使鉆井液的粘度急劇升高，性能變壞。低密度鉆井液中，由于減輕劑多為空心玻璃微珠或多孔顆粒，外殼較脆，研磨作用下外殼破碎，不但失去降密度效果，并且因?yàn)闅んw本身密度較大，破碎后反而加重鉆井液的密度，因此在研磨作用下評估鉆井液的性能和密度具有重要意義。在顯微鏡下觀察油田上最常用的3M公司的產(chǎn)品玻璃微珠HGS10000研磨情況，結(jié)果表明，玻璃微珠用手輕輕研磨10下后幾乎完全破碎，而它的抗壓能力達(dá)70MPa。因此可以推測，在鉆井液中HGS的破損大多不是因?yàn)榭箟耗芰Σ粔?，而是因?yàn)槠浯嘈詮?qiáng)，在研磨和高速剪切下破碎所致。因此在高固相情況下，研磨對鉆井液性能變化影響的評價(jià)是很有必要的，但是，目前國內(nèi)外還沒有專門測試研磨對鉆井液性能影響方面的儀器?，F(xiàn)有的研磨儀主要測試單純固相在一定條件下的破碎情況，例如測試空心玻璃微球耐磨性時(shí)，在室溫條件下用壓力試驗(yàn)機(jī)測試粉體的破裂壓力、用研磨儀測試其耐磨性等。測試的主要是固體與固體之間的研磨情況，這種研磨屬于硬性研磨，力度大，與固體之間的潤滑性、表面光滑度有很多的關(guān)系。而在鉆井液中，研磨是在液相中進(jìn)行的，主要考察鉆井液循環(huán)過程中，由于鉆桿與井壁、套 管之間的高速碰撞、擠壓和摩擦作用，從而引起固相粒子粒徑變化進(jìn)而對鉆井液性能產(chǎn)生的影響。它與固相的加量、鉆井液的粘度、轉(zhuǎn)速、溫度和壓力等都有關(guān)系，單純的固相研磨數(shù)字是沒有意義的。目前鉆井液性能的評價(jià)均沒有考慮到實(shí)際鉆井過程中的井下研磨作用，尤其是固相含量比較高的高密度鉆井液和添加密度減輕劑的低密度鉆井液中，現(xiàn)有的方法不能反映鉆井液的實(shí)際變化，而現(xiàn)有的固相研磨評價(jià)裝置也不適用于鉆井液評價(jià)。通過專利檢索和文獻(xiàn)查詢，未發(fā)現(xiàn)適用于鉆井液中固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)的方法及裝置，用來模擬并分析鉆井液在井下研磨作用下所發(fā)生的變化。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)的方法，所述方法是在陳化釜中置入研磨棒，利用滾動(dòng)條件下陳化釜和研磨棒之間的相對運(yùn)動(dòng)來模擬鉆桿與套管或井壁之間的作用，從而測量鉆井液在研磨條件下由于固相粒徑的變化而引起的性能變化。所述方法包括以下步驟
(1)將研磨棒置于陳化釜內(nèi)，倒入鉆井液使液面浸過研磨棒，蓋好密封蓋，擰緊釜蓋，并擰緊壓緊螺栓；
(2)把陳化釜放入高溫滾子爐內(nèi)的滾筒上，開啟電源，設(shè)定好溫度、時(shí)間及轉(zhuǎn)速，開始滾
動(dòng)；
(3)陳化釜在滾筒作用下開始滾動(dòng)，而研磨棒在重力作用下始終位于陳化釜下方且保持相對靜止，研磨棒和陳化釜之間就存在相對運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)過程中研磨棒和陳化釜之間存在的碰撞、研磨、擠壓作用，通過這些作用來模擬鉆井過程中鉆桿和套管或井壁之間的作用；
(4)模擬完成后，通過測試研磨前后鉆井液的性能變化，結(jié)合利用顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡表征手段，考察研磨作用對鉆井液中固相材料粒徑、形態(tài)等的影響，進(jìn)而評價(jià)鉆井液密度調(diào)節(jié)材料在鉆進(jìn)過程中對鉆井液密度的真實(shí)作用。本發(fā)明還提供了用于實(shí)現(xiàn)上述方法的一種鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其包括高溫滾子爐、陳化釜和研磨棒。在高溫滾子爐內(nèi)設(shè)有至少一對轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)的滾筒，所述滾筒平行安裝在高溫滾子爐內(nèi)。陳化釜為耐高溫金屬制桶狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部襯以耐磨耐腐蝕材料。使用時(shí)，研磨棒是放置在陳化釜內(nèi)的，陳化釜是放置在高溫滾子爐內(nèi)的滾筒上的，陳化釜與滾筒平行放置，其重量由兩個(gè)滾筒一起承擔(dān)，兩個(gè)滾筒同向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)陳化釜轉(zhuǎn)動(dòng)。所述高溫滾子爐內(nèi)滾筒的由變頻電機(jī)提供動(dòng)力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明，可模擬井下研磨、碰撞、擠壓條件對鉆井液性能的影響。通過調(diào)整滾子爐的轉(zhuǎn)速可模擬不同鉆井速度。研磨棒置于陳化釜內(nèi)部，滾動(dòng)作用下模擬鉆桿和套管及鉆桿與井壁之間的研磨、碰撞作用。溫度和時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場情況自由調(diào)整。


圖I是本發(fā)明方法所使用的陳化釜的剖面圖。圖2是本發(fā)明方法中工作狀態(tài)下陳化釜與滾筒位置關(guān)系的示意圖。圖3是本發(fā)明方法所使用的的高溫滾子爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明方法所使用的研磨棒的示意圖。其中，I為壓圈，2為螺釘，3為釜蓋，4為排氣閥，5為“O”型密封圈，6為壓緊螺栓，7為支撐環(huán)，8為密封蓋,9為密封環(huán)，10為爸體,11為高溫滾子爐，12為滾筒,13為支架，14為陳化釜，15為爐門，16為密封圈。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
一種鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)的方法，所述方法通過測試研磨前后鉆井液的密度、流變性、失水等性能變化，結(jié)合利用顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡等表征手段，考察研磨作用對鉆井液中固相材料粒徑、形態(tài)等的影響，進(jìn)而評價(jià)對鉆井液密度調(diào)節(jié)材料在鉆進(jìn)過程中對泥漿密度的真實(shí)作用。本發(fā)明方法的步驟如下將研磨棒置于陳化釜內(nèi)，倒入鉆井液使液面浸過研磨棒(此時(shí)陳化釜處于豎直狀態(tài))。蓋好密封蓋，擰緊釜蓋，并擰緊壓緊螺栓。把陳化釜放入滾子爐內(nèi)的滾筒上(此時(shí)陳化釜處于水平狀態(tài))，開啟電源，設(shè)定好溫度和時(shí)間及轉(zhuǎn)速，開始滾動(dòng)。陳化釜在滾筒作用下開始滾動(dòng)，而研磨棒在重力作用下始終位于陳化釜下方保持相對靜止，研磨棒和陳化釜之間就存在相對運(yùn)動(dòng)(陳化釜直接接觸滾筒，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)后就帶動(dòng)陳化釜轉(zhuǎn)動(dòng)，而研磨棒是放置在滾筒中的，由于重力作用研磨棒在滾筒中一直處于下方位置， 陳化釜滾動(dòng)時(shí)，研磨棒會(huì)和陳化釜有一點(diǎn)碰撞和相對運(yùn)動(dòng)，但研磨棒一直在陳化釜下方)。不同規(guī)格的研磨棒的直徑、重量是不同的，使用時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場摩擦力的大小、鉆速等確定所使用的規(guī)格。滾動(dòng)過程中研磨棒和陳化釜之間存在碰撞、研磨、擠壓作用，通過這些作用來模擬鉆井過程中鉆桿和套管(或井壁)的作用。本發(fā)明還包括一種鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其包括可加熱至200°C的高溫滾子爐11、陳化釜14和研磨棒。如圖3所示，在高溫滾子爐11內(nèi)設(shè)有至少一對轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)的滾筒12，所述滾筒12平行安裝在高溫滾子爐11內(nèi)。陳化釜14為耐高溫金屬(如鉻316)制桶狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部襯以耐磨耐腐蝕材料。使用時(shí)，如圖2所示，使用時(shí)，研磨棒是放置在陳化釜14內(nèi)的，陳化釜14是放置在高溫滾子爐11內(nèi)的滾筒12上的，陳化釜14與滾筒12平行放置，其重量由兩個(gè)滾筒12 —起承擔(dān)，兩個(gè)滾筒12同向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)陳化釜14轉(zhuǎn)動(dòng)。所述溫滾子爐內(nèi)的滾筒12由變頻電機(jī)提供動(dòng)力，可以模擬不同的鉆井速度，評價(jià)不同研磨速度對鉆井液的影響。本發(fā)明中所使用的陳化釜14與現(xiàn)有技術(shù)中的陳化釜相比，在結(jié)構(gòu)上沒有區(qū)別(如圖I所示，包括壓圈1，螺釘2，釜蓋3，排氣閥4，“0”型密封圈5，壓緊螺栓6，支撐環(huán)7，密封蓋8，密封環(huán)9，釜體10。)，只是在尺寸上進(jìn)行了改進(jìn)，釜體10比普通陳化釜的加長，加長的原因是放置了研磨棒后要占體積，所放入的鉆井液量就要減少，為了使放入的鉆井液量還能夠維持原量，因此要加長釜體。在陳化釜14內(nèi)部放入起研磨作用的不同規(guī)格的金屬制研磨棒(如圖4所示，在使用時(shí)一個(gè)陳化釜內(nèi)部放入一個(gè)研磨棒即可，但研磨棒的重量要根據(jù)地層情況確定，選擇合適的規(guī)格)，利用研磨棒和陳化釜的碰撞、擠壓來模擬鉆桿與套管(或井壁)的作用，釜蓋3上設(shè)有壓緊螺栓6，可通過螺栓為釜體內(nèi)加壓。本發(fā)明進(jìn)行了如下創(chuàng)新
⑴在陳化釜中加入研磨棒，模擬鉆井過程中鉆桿和套管(井壁)之間的碰撞、摩擦、擠壓作用(因?yàn)殛惢胖迷跐L筒上，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)陳化釜就會(huì)滾動(dòng)，但研磨棒是放置在陳化釜內(nèi)部的，當(dāng)陳化釜轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)它就和陳化釜不停地碰撞，但它不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng))，使評價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場更加接近；
⑵滾子爐轉(zhuǎn)速可調(diào)，可模擬鉆井過程中不同轉(zhuǎn)速對鉆井液研磨結(jié)果的影響；
⑶陳化釜比普通陳化釜加長是為了避免由于加入研磨棒，而使加入的鉆井液量減少；⑷研磨棒是放置在陳化釜中的，陳化釜在滾動(dòng)過程中，鉆井液在陳化釜滾動(dòng)的同時(shí)經(jīng)受研磨棒和陳化釜碰撞所產(chǎn)生的作用。在科研實(shí)驗(yàn)中，用本發(fā)明的方法和裝置驗(yàn)證了高密度鉆井液和低密度鉆井液在研磨作用下性能發(fā)生的很大變化，具體數(shù)據(jù)如下
實(shí)驗(yàn)I :
配置基漿4%膨潤土 +0. 25%CMC，按照“SY/T5621-93鉆井液測試程序”分別測量它在研磨和非研磨條件下滾動(dòng)16小時(shí)后鉆井液的性能變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表I所示，
權(quán)利要求
1.一種鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)的方法，其特征在于所述方法是在陳化釜中置入研磨棒，利用滾動(dòng)條件下陳化釜和研磨棒之間的相對運(yùn)動(dòng)來模擬鉆桿與套管或井壁之間的作用，從而測量鉆井液在研磨條件下由于固相粒徑的變化而引起的性能變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 (1)將研磨棒置于陳化釜內(nèi)，倒入鉆井液使液面浸過研磨棒，蓋好密封蓋，擰緊釜蓋，并擰緊壓緊螺栓； (2)把陳化釜放入高溫滾子爐內(nèi)的滾筒上，開啟電源，設(shè)定好溫度、時(shí)間及轉(zhuǎn)速，開始滾動(dòng)； (3)陳化釜在滾筒作用下開始滾動(dòng)，而研磨棒在重力作用下始終位于陳化釜下方且保持相對靜止，研磨棒和陳化釜之間就存在相對運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)過程中研磨棒和陳化釜之間存在的碰撞、研磨、擠壓作用，通過這些作用來模擬鉆井過程中鉆桿和套管或井壁之間的作用； (4)模擬完成后，通過測試研磨前后鉆井液的性能變化，結(jié)合利用顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡表征手段，考察研磨作用對鉆井液中固相材料粒徑、形態(tài)等的影響，進(jìn)而評價(jià)鉆井液密度調(diào)節(jié)材料在鉆進(jìn)過程中對鉆井液密度的真實(shí)作用。
3.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I或2所述方法的鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述裝置包括高溫滾子爐、陳化釜和研磨棒； 在高溫滾子爐內(nèi)設(shè)有至少一對轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)的滾筒，所述滾筒平行安裝在高溫滾子爐內(nèi)； 陳化釜為耐高溫金屬制桶狀結(jié)構(gòu),其內(nèi)部襯以耐磨耐腐蝕材料； 使用時(shí)，研磨棒是放置在陳化釜內(nèi)的，陳化釜是放置在高溫滾子爐內(nèi)的滾筒上的，陳化釜與滾筒平行放置，其重量由兩個(gè)滾筒一起承擔(dān)，兩個(gè)滾筒同向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)陳化釜轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述溫滾子爐內(nèi)的滾筒由變頻電機(jī)提供動(dòng)力。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鉆井液固相研磨模擬實(shí)驗(yàn)的方法及裝置，屬于石油勘探中鉆井液性能分析領(lǐng)域。本發(fā)明的方法是在陳化釜中置入研磨棒，利用滾動(dòng)條件下陳化釜和研磨棒的相對運(yùn)動(dòng)來模擬鉆桿與套管或井壁的作用，從而測量鉆井液在研磨條件下由于固相粒徑的變化所引起的性能變化，本發(fā)明的裝置包括高溫滾子爐、陳化釜和研磨棒，工作時(shí)，研磨棒是放置在陳化釜內(nèi)的。利用本發(fā)明，可模擬井下研磨、碰撞、擠壓條件對鉆井液性能的影響。通過調(diào)整滾子爐的轉(zhuǎn)速可模擬不同鉆井速度。研磨棒置于陳化釜內(nèi)部，滾動(dòng)作用下模擬鉆桿和套管及鉆桿與井壁之間的研磨、碰撞作用。溫度和時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場情況自由調(diào)整。
文檔編號(hào)G01N15/02GK102778411SQ201110123870
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者任立偉, 常連玉, 石秉忠, 趙素麗, 陳鋮 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院