一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置

本发明涉及油田完井液领域，特别涉及一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置。

背景技术：

1、我国深层油气勘探开发持续向更深、更复杂的地层延伸，向8000-9000m深层不断迈进，地层压力超过150mpa，地层温度超过200℃，井深、压力、温度不断升高，对井筒工作液提出了严峻的挑战，随着勘探井井深和层位的拓展，以及试油修井工具的发展，对完井液的静态沉降稳定性也提出了新的要求。

2、完井液在超高温下长时间测试极易发生沉降堵塞井下通道，造成井下工具操作失效而无法循环压井、封隔器解封困难等复杂问题。完井液的高温长期沉降稳定性和高温流变稳定性已成为安全高效试油的瓶颈问题，亟需开展抗高温高密度试油工作液技术研究。川渝地区通常要求完井液具有良好的静态沉降稳定性，静止7到10天无沉淀，流变性能良好。目前，完井液静态沉降稳定性的评价方法及评价指标在国内外还没有一个统一的规范与标准。常用的完井液沉降稳定性评价方法较多：室内循环模拟装置(large indoor flowloop)测定法，可以用来研究静恒状态下钻完井液沉降情况，加热以及保温过程比较苛刻，装置复杂且成本较高，不便于现场应用；lum-l y-sepview热稳定仪测定法，可计算浆体中固相颗粒的沉降速率以及颗粒粒度分布，但是此法做一次使用的量比较小，不能真实反映现场情况，只适合沉降机理研究；沉降因子法测定，可以用来测定完井液静态沉降稳定性，操作简单易于现场使用，但测试局限性较大，无法快速非扰动的测定；静态沉降稳定指数法，主要是考察完井液发生沉降形成的密度重新分布与沉降之前密度的偏差程度(ssi)，ssi值越大说明沉降越严重，该值越小说明完井液越稳定，分层复杂且无法及时测定高温高压状态下的沉降稳定性；静沉降稳定性测定仪测定法，主要是用传感器测量加热泥浆杯中中部密度变化来反推整体的沉降稳定性，但传感器精度以及抗温性直接影响最终测量结果，用某一区域密度变化来衡量整个体系的沉降稳定性数据的可靠性也值得商榷；重晶石沉降稳定仪测定法，可在高温下进行测量，可实时监测密度变化，但其缺点是需要在高温条件下取样测量密度，危险性高；玻璃棒法，采用玻璃棒插入底层感觉沉淀厚度和硬度的方式来评价沉淀，这种方法受主观性影响，不能定量的确定完井液沉降程度。以上列举出的方法，各自含有优点与缺点，有的不能在及时高温高压下，或不能定量，或不能静止不扰动，或不能快速，所以在当前形成一套能真实反映井下完井液沉降稳定性的评价方法和评价标准十分重要，也十分必要。

技术实现思路

1、本发明针对现存技术的不足，本发明的目的是提供一种测量完井液沉降稳定性的实验装置及实验方法，利用该装置评价完井液沉降稳定性时，既能够满足在高温高压静止状态下测试，并且可以快速且定量地测试出完井液的沉降速度、平均粒径、沉降层厚度。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种测量完井液沉降稳定性的实验装置，包括垂直模拟井筒，在所述垂直模拟井筒的井壁两侧设置有透明可视化玻璃窗口，便于观察内部完井液的变化，非可视化窗口的两侧设有近红外光源发射装置、反射光接受装置、透射光接收装置，光发射与接受装置均连接至计算系统；

4、在垂直模拟井筒的可视化玻璃窗口外部设有摄像系统，摄像系统连接至计算系统；

5、在垂直模拟井筒的顶部设有完井液输送口以及活塞，完井液输送口开关通过进液管线连接至完井液液体池，活塞与液压管相连且连接至油箱，在进液管线上设有输送泵、流量计、输送阀，液压管上设有单向阀、压力泵、截止阀、液压缸、控制阀；

6、在垂直模拟井筒的上部设有压力表、安全阀与高压报警装置，压力表连接至计算系统；

7、在垂直模拟井筒的底部设有排放口与控温仪，排放口连接至完井液排放管道，在完井液排放管道上设有排放开关和排放阀，控温仪装置连接至计算系统；

8、在垂直模拟井筒的外部包裹有加热套，并在加热套上预留可视化窗口开口；

9、进一步的，所述液压缸的动力来源于压力泵，压力泵由操作柄、泵体、柱塞构成，油箱分别与液压缸和压力泵通过管线相连，在油箱与压力泵之间以及压力泵与液压缸之间设置有单向阀，在油箱与液压缸之间设置有截止阀。

10、进一步的，所述的控温仪分别与温度传感器和加热套连接，通过控温仪能够调节加热套的加热温度，从而控制可视化垂直模拟井筒里的温度，模拟深井中的高温环境。

11、一种测量完井液沉降稳定性的实验装置，还包括有计算系统，计算系统由计算机主机和计算机显示器组成；

12、本发明的有益效果如下：

13、与目前国内外的现有技术方法相比，本发明在用于评价完井液沉降稳定性能的实验时，具有以下优点：

14、采用可视化井筒模拟结构，在完井液静止评价沉降稳定性时，可以通过摄像系统与人眼实时观察模拟井筒内部完井液的状态；

15、完井液供给系统通过调节完井液压力，配合温度控制系统，可模拟不同温度压力下的完井液环境，尤其是高温高压环境，垂直模拟井筒中温度和压力上限可达到200℃×100mpa，通过循环管线，能够对完井液进行回收再利用；

16、在可视化垂直模拟井筒的内部设置的近红外光发射与接受装置，可以通过禁止不扰动的方式，快速且定量地测试出完井液在静止高温高压环境下的沉降稳定性，通过计算模拟单元预测完井液沉降时间，对系列反射光强度曲线进行分析计算，得到不同时间点的工作液的平均粒度、颗粒沉降速度，并根据沉降速度与沉降时间计算出沉降量(沉淀层厚度)，根据沉降速度变化与平均粒度及变化程度，定量评判出工作液沉降稳定性，并将各种信息实时显示，克服了现有技术不能同时在高温高压、定量、快速、静止不扰动的条件下进行。

17、设置的流量计、温度传感器、压力传感器、安全报警系统、控温仪等检测部件，能够更加准确、量化分析模拟结果。

18、另外，本实验装置还能制成全尺寸井筒，以及调节完井液配方，进行全尺寸多工况的模拟；

19、该装置还建立了快速定量静止完井液沉降稳定性评价方法，利用近红外光源发射与接受装置，结合光学米氏定律，因为不同流体体系对入射光有不同的透射和反射属性，且工作液的稳定性随时间的延长而变化，不同部分对光线的透射率和反射率也不同，以颗粒在井筒条件下的沉降速率来预测、评价完井液的沉降稳定性。

技术特征：

1.一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置其特征在于，包括垂直模拟井筒(15)，在所述垂直模拟井筒(17)的井壁两侧设置有透明可视化玻璃窗口(14)，便于观察内部完井液的变化，非可视化窗口的两侧设有近红外光源发射与反射光接受装置(19)、透射光接收装置(20)，光发射与接受装置(19)、(20)均连接至计算系统(28)；

2.根据权利要求1所述的一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置，其特征在于，所述液压缸(7)的动力来自于压力泵，压力泵由压力泵操作柄(1)、压力泵泵体(2)、压力泵柱塞(3)构成，油箱(5)分别与液压缸(7)和压力泵通过液压管相连，在油箱(5)与压力泵之间以及压力泵和液压缸之间设置有单向阀(4)，在油箱(5)和液压缸(7)之间设置有截止阀(6)。

3.根据权利要求1所述的一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置，其特征在于，在垂直模拟井筒(15)的上部设有压力表(17)、安全阀与高压报警装置(18)，压力表(17)连接至计算系统(28)，压力表(17)实时监控垂直模拟井筒(15)中的压力值，并传输回计算系统(28)，实时显示在计算机显示器(11)上，安全阀与高压报警装置(18)对过高压力作出报警处理，并能够通过阀门对高压进行泄压。

4.根据权利要求1所述的一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置，其特征在于，在垂直模拟井筒的底部设有控温仪(21)，控温仪(21)一端连接至温度传感器(27)和加热套(12)，另一端连接至计算系统(28)，温度传感器(27)能够实时传回垂直模拟井筒(15)内部的温度，通过控温仪(21)与计算系统(28)协调，实时调控加热套(12)，以保证垂直模拟井筒(15)内部的温度为实验所需温度，在加热套(12)上预留有可视化窗口开口，以方便摄像系统(30)透过可视化玻璃窗口(14)观察垂直模拟井筒(15)内部完井液变化。

5.根据权利要求1所述的一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置，其特征在于，所述的计算系统(28)包括计算机主机(10)和计算机显示器(11)，计算机主机(10)能够实时计算由近红外光源发射与接受系统传回的数据，以颗粒在井筒条件下的沉降速率来预测、评价其稳定性，也能实时监控垂直模拟井筒(15)内部压力值，还能通过控温仪(21)对垂直模拟井筒(15)内部温度进行控制，同时能将计算与监控结果实时显示在计算机显示器(11)上。

6.根据权利要求1所述的一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置，其特征在于，垂直模拟井筒的温度压力条件最高分别为200℃和100mpa。

7.根据权利要求1所述的一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置，其特征在于，利用装置配套软件对系列反射光强度曲线进行分析计算，得到不同时间点的工作液的平均粒度、颗粒沉降速度，并根据沉降速度与沉降时间计算出沉降量(沉淀层厚度)，以沉降速度、沉降时间和沉降层厚度综合快速定量评判出工作液沉降稳定性。

8.采用权利要求1～7所述的任一一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置，进行实验的方法，包括以下步骤：

技术总结一种快速定量高温高压可视化完井液沉降稳定性评价装置，包括垂直模拟井筒，在垂直模拟井筒的井壁两侧设置有透明可视化玻璃窗口，非可视化窗口的两侧设有近红外光源发射与接收系统，在透明可视化玻璃窗口外部设置有摄像系统，在垂直模拟井筒顶部设有完井液输送口开关、活塞以及压力监控表和高压报警装置，连接完井液液体池和加压装置，底部设有控温仪、排放口开关，所有连接处设有密封橡胶圈，垂直模拟井筒整体外围有加热套，并预留可视化窗口开口，装置还包含计算系统，连接并控制装置，根据配套软件对传回数据信号进行计算。并提出了具体实验方法，在禁止不扰动的情况下，快速定量测量高温高压下完井液的沉降稳定性。技术研发人员：苏俊霖,董欣然,谭毅,罗程,蔡艾廷受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9