一种全尺寸钻井液泥饼形成装置及评价方法

本公开涉及油气钻探钻井液性能测试，尤其涉及一种全尺寸钻井液泥饼形成装置及评价方法。

背景技术：

1、钻井作业过程中，钻井液侵入近井地带形成泥饼，泥饼在减少或防止钻井液漏失，保护地层免受钻井液侵入的伤害、防止井壁坍塌、降摩减阻等方面起着至关重要的作用。目前国内外存在的泥饼形成装置与实际井下工况相比存在较大的差异，无法完全模拟井下温度、压力、流速下钻井液的滤失情况。过滤介质比较单一，只是单一的评价泥饼本身，未结合地层进行系统的评价，也没有模拟不同井斜方位(井眼轨迹)对泥饼形成的影响。

技术实现思路

1、提供该公开内容部分以便以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。该公开内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

2、本公开实施例提供了一种，以解决上述技术问题。

3、第一方面，本公开实施例提供了一种全尺寸钻井液泥饼形成装置，包括：

4、钻头；钻杆，与所述钻头连接，井筒，所述钻头以及所述钻杆设置在所述井筒内部；钻井液循环系统，包括：钻井液补充稳压容器以及可逆活塞式循环泵；其中，所述可逆活塞式循环泵为钻井液循环时提供动力源，使得所述井筒内实现钻井液循环，所述可逆活塞式循环泵与所述钻杆之间设置有钻井液流入通道；所述可逆活塞式循环泵与所述井筒之间设置有钻井液流出通道；所述钻井液补充稳压容器与所述钻井液流入通道连接；所述钻井液补充稳压容器用于储存钻井液。

5、在第一方面的一种可选的实施方式中，所述装置还包括：气源以及自排气调压阀；所述自排气调压阀设置在气源以及所述钻井液补充稳压容器之间；所述自排气调压阀用于通过所述气源提供的高压氮气调节钻井液的流量和压力。

6、在第一方面的一种可选的实施方式中，所述装置还包括：井筒-地层环境模拟系统，包括：钻杆升降机构、钻杆旋转机构以及井筒翻折机构；所述钻杆升降机构与所述钻杆连接，所述钻杆升降机构用于调整所述钻杆的高度位置；所述钻杆旋转机构与所述钻杆连接，所述钻杆旋转机构用于调整所述钻杆的钻速；所述井筒翻折机构与所述井筒连接；所述井筒翻折机构用于调整所述井筒处于不同的倾斜角度。

7、在第一方面的一种可选的实施方式中，所述装置还包括：可视化恒温箱；所述钻头、所述钻杆、所述井筒以及所述钻井液循环系统均设置在所述可视化恒温箱内部；所述可视化恒温箱用于模拟地层的温度。

8、在第一方面的一种可选的实施方式中，所述装置还包括：岩心夹持机构以及滤纸夹持机构；所述岩心夹持机构与所述滤纸夹持机构均设置在所述井筒上；所述岩心夹持机构用于装入岩心；所述滤纸夹持机构用于装入滤纸。

9、在第一方面的一种可选的实施方式中，所述岩心夹持机构以及所述滤纸夹持机构在所述井筒上沿周向方向呈90度分布。

10、在第一方面的一种可选的实施方式中，所述装置还包括：测量系统；所述测量系统包括：回压阀、回压缓冲容器、回压泵、回压表、量筒以及电子天平；所述回压阀通过管线分别与所述岩心夹持机构以及所述滤纸夹持机构外侧连接；所述回压缓冲容器的一侧通过管线与所述回压阀连接，所述回压缓冲容器的另一侧通过管线与所述回压泵连接；所述回压表安装在所述回压缓冲容器上；所述量筒位于所述回压阀下方，所述电子天平位于所述量筒下方；所述电子天平用于对钻井液滤失量进行计量。

11、在第一方面的一种可选的实施方式中，所述测量系统包括：活塞容器、液压泵以及恒速恒压泵；所述活塞容器的一侧与所述岩心夹持机构连接；所述活塞容器的另一侧与所述恒速恒压泵连接，所述恒速恒压泵通过注入液体驱动所述活塞容器注入油或水测渗透率的大小；所述液压泵用于对所述岩心夹持机构施加围压、用于模拟地层上覆压力。

12、第二方面，本技术实施例提供一种全尺寸钻井液泥饼的评价方法，应用于如上述第一方面实施例所提供的全尺寸钻井液泥饼形成装置，包括：

13、在所述岩心夹持机构装入规格为ф25×100mm的岩心，记录岩心的直径、长度、质量。

14、岩心抽真空，饱和水，根据需要模拟的地层情况饱和油；

15、用地层水测试岩心水测渗透率；

16、检查装置的密封性，加围压2mpa；随着注入压力增加，不断增加围压，保持围压大于注入压力2mpa，将所述可视化恒温箱调至岩心所处地层的温度；

17、将所述电子天平调零，启动所述可逆活塞式循环泵，根据所需模拟地层位置的钻井液压力和地层压力设定钻井液压力值和所述回压泵的压力值，从第一滴滤液滴落开始计时，按照设定时间间隔记录所述电子天平的称重数据；所述电子天平通过串口与计算机进行连接，通过内置的计算程序，在工作面界上显示一段时间内累积的滤失量、滤失量随时间变化的完整过程等参数；

18、实验结束后，将岩心取出，拍照分析，并测量泥饼的厚度，根据达西定律计算泥饼的渗透率；或

19、选用whatman no.50滤纸作为过滤介质，记录滤纸的面积a；

20、放好滤纸，并安装好滤失仪，将所述可视化恒温箱调至所处地层温度；

21、将所述电子天平调零，启动所述可逆活塞式循环泵，根据所需模拟地层位置的钻井液压力和地层压力设定钻井液压力值和回压泵的压力值，从第一滴滤液滴落开始计时，按照设定时间间隔记录所述电子天平的称重数据；所述电子天平通过串口与计算机进行连接，通过内置的计算程序，在工作面界上显示一段时间内累积的滤失量、滤失量随时间变化的完整过程等参数；

22、实验结束后，将滤纸取出，拍照分析，并测量泥饼的厚度，根据达西定律计算泥饼的渗透率。

23、在第二方面的一种可选的实施方式中，在所述实验结束后，将岩心取出，拍照分析，并测量泥饼的厚度，根据达西定律计算泥饼的渗透率之后，所述方法还包括：

24、将泥饼从岩心表面去除，把岩心放回所述岩心夹持机构；拆下滤纸滤失装置，换装左端长岩心塞，并顶至岩心的左端面，形成一个完整的岩心夹持机构；

25、连接所述恒速恒压泵，调节压力值，向岩心反注入地层产出流体，利用达西定律可得出岩心渗透率以及渗透率恢复值。

26、本公开实施例提供的全尺寸钻井液泥饼形成装置的有效效果包括：本技术实施例所提供的全尺寸钻井液泥饼形成装置增设有钻井液循环系统，其包括钻井液补充稳压容器以及可逆活塞式循环泵，可逆活塞式循环泵为钻井液循环时提供动力源，使得井筒内实现钻井液循环，可逆活塞式循环泵与钻杆之间设置有钻井液流入通道；可逆活塞式循环泵与井筒之间设置有钻井液流出通道；钻井液补充稳压容器与钻井液流入通道连接；钻井液补充稳压容器用于储存钻井液。通过增设上述钻井液循环系统，可以克服现有装置中只是在一个密闭空腔中搅拌而非实际流动循环的问题，使得形成的泥饼与现场实际情况更相符合。该装置克服了以往装置中钻井液只是在一个密闭空腔中搅拌而非实际井下流动循环的问题，同时可以全尺寸模拟井筒内和地层的压力、温度以及不同循环位置、不同剪切速率、不同井斜方位(井眼轨迹)对泥饼形成的影响，完全模拟出泥饼的动静态形成过程，形成泥饼的条件与现场实际情况更相符。同时可对比分析已有的滤纸和实际地层漏失及储层伤害情况，多方位评价泥饼，在一定程度上也可以模拟钻井液、冲洗液、隔离液、水泥等对泥饼形成的影响。该装置为后续对泥饼性能的评价以及分析泥饼对胶结质量的影响提供重要基础