一种大孔缝堵漏模拟实验方法及装置与流程

本发明涉及油气井堵漏，更具体的说，它涉及一种大孔缝堵漏模拟实验方法及装置。

背景技术：

1、井漏是钻井过程中经常发生的恶性事故之一，为研究各种堵漏材料效果以及漏失的规律、机理，国内外研制了多种堵漏模拟实验、评价方法及装置，但大多针对由小孔缝引发的常规漏失，通过堵漏浆在缝板、孔板或砂床上进行架桥、填充、形成致密封堵带而实现堵漏。而在实钻过程中，由大孔缝引发的缝洞型漏失才最为难堵，其原因在于常规堵漏材料很难在大孔缝中驻留、架桥。对大孔缝漏失比较有效的方法为凝胶加固结堵漏，其通过堵漏浆固化胶结形成高强度的固化体实现堵漏，不一定含桥接类堵漏材料，对此，常规针对小孔缝的堵漏模拟实验方法及装置难以评价其堵漏能力。为此，需研制大孔缝堵漏模拟实验方法及装置，在此基础上开展针对性的大孔缝堵漏机理及技术研究。

2、中国专利201921804993.2公开了一种高温高压可视化动态堵漏模拟装置，该装置包括：反应装置、旋转搅拌组件、温度组件、加压组件及计量组件。本装置反应装置滤失筒内腔底部用于放置砂床，砂床中砂子或石子之间的缝隙可以模拟地层裂缝，加压组件用于模拟井下高压环境，温度组件用于模拟井下高温环境，旋转搅拌组件用于模拟井下堵漏浆的循环过程，量筒用于收集流出的堵漏液，测量堵漏液的体积，滤失筒、加热套均为透明材质，从而能够直观观测整个动态堵漏过程。

3、中国专利202010929813.4公开了一种裂缝封堵层形成机制微观可视化实验装置及模拟观测方法，其装置包括动力系统、压力监测系统、过程监测系统、可视化裂缝芯片、悬浮液回收系统。所述裂缝模拟系统，依据三维激光扫描天然裂缝数据，采用激光刻蚀玻璃，模拟真实地层裂缝形态，实现微观可视化，具备了精度高、周期短、透光性好、操作简便的特点。

4、中国专利202123337648.2，公开了一种高压可视化砾石堵漏仪，其包括泥浆杯，泥浆杯下端安装有可视化釜，泥浆杯上端安装上端盖，内部有可上下滑动的活塞，可视化釜下端安装有下端盖，下端盖上安装放液阀。所述泥浆杯外部焊接有旋转轴，旋转轴通过轴承安装在机箱上。该专利能够模拟地下压力条件、以及井筒倾斜角度进行大孔缝堵漏测试，且整个实验过程可视化。

5、但大孔缝堵漏作业中，堵漏浆进入漏层时很容易被大孔缝中的地层流体污染或破坏，难以形成有效的封堵带，进一步增加封堵难度，从而导致堵漏周期长、成本高，甚至长时间堵漏最后基本无效。上述专利并未考虑到大孔缝、大溶洞中均存在地层流体的情况，以及地层流体可对堵漏浆造成污染、破坏进而影响封堵效果的情况，其测试结果与大孔缝、大溶洞堵漏的井下实际工况具有一定差异。

6、为此，本发明希望在上述专利的基础上进行改进，将大孔缝、大溶洞中地层流体对封堵作业的影响加入测试考量因素中，提供一种大孔缝堵漏模拟实验方法及装置，以获得更贴合大孔缝、大溶洞井下实际堵漏工况的测试结果。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种大孔缝堵漏模拟实验方法及装置，其通过改进堵漏模拟实验的流程，充分考虑了不同斜度大孔缝、大溶洞中均存在地层流体的情况，以及地层流体可对堵漏浆造成污染、破坏，进而影响封堵效果的情况，更符合大孔缝和大溶洞堵漏的井下实际工况。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种大孔缝堵漏模拟实验装置，包括模拟井筒、泵送组件和加压组件；所述模拟井筒包括由上至下依次可拆卸密封连接的高压顶盖、透明高压筒、带孔隔板座和透明低压筒；透明低压筒底部设置有出液口；泵送组件包括工作泵和进液阀，高压顶盖上设置有进液口，进液阀安装在进液口处，工作泵与进液阀连通；加压组件包括惰性气瓶和加压阀，高压顶盖上还设置有加压口，加压阀安装在加压口处，惰性气瓶与加压阀连接。

3、本发明进一步设置为：所述模拟井筒还包括透明内筒，透明内筒顶部开口，壁体底部设置有网眼；透明内筒可拆卸连接在透明高压筒内。

4、本发明进一步设置为：泵送组件还包括储液罐，所述储液罐安装在进液阀与工作泵之间。

5、本发明进一步设置为：还包括加热组件，所述加热组件可拆卸的包覆在透明高压筒外侧。

6、本发明进一步设置为：还包括支撑架，模拟井筒与支撑架转动连接，并能被固定在支撑架上。

7、本发明进一步设置为：还包括背压阀，所述背压阀安装在出液口处。

8、本发明进一步设置为：还包括高速摄像机，所述高速摄像机用于记录模拟井筒内的实验过程。

9、一种大孔缝堵漏模拟实验方法,其采用上述的大孔缝堵漏模拟实验装置，具体步骤如下：

10、s1、准备步骤：首先在透明高压筒内放入合适尺寸的颗粒材料以模拟大孔缝漏层；然后打开进液阀，启动工作泵，将模拟地层流体注入透明高压筒内，使模拟地层流体刚好完全淹没大孔缝漏层；最后关闭进液阀及工作泵；

11、s2、模拟堵漏：首先打开进液阀，启动工作泵，按设定体积量向透明高压筒内注入堵漏浆，关闭进液阀；然后打开加压阀，打开惰性气瓶，向透明高压筒内缓慢加压，将堵漏浆挤注入大孔缝漏层内；挤注期间需要观察、记录堵漏浆在压差作用下排开大孔缝漏层中模拟地层流体进入大孔缝漏层的过程，还有堵漏浆在大孔缝漏层中推进的前沿被模拟地层流体污染、破坏的过程，还有模拟地层流体随堵漏浆在大孔缝漏层中推进所形成封堵带的情况；挤注完成后，需要观察、记录堵漏浆受密度差作用于大孔缝漏层和模拟大溶洞中在静态情况下被地层流体置换破坏的过程；

12、s3、分析封堵情况：待堵漏浆固化形成强度后，观察大孔缝漏层被堵漏浆胶结固化封堵的情况；

13、s4、堵漏效果评价：根据s2、s3结果综合评价。

14、本发明进一步设置为：s3的具体步骤如下：测量有效封堵层的厚度，或通过ct扫描观察封堵带的内部微观结构，之后从大孔缝漏层顶面位置向下截取部分封堵带，在抗压强度试验机上测量其抗压强度，在高温高压失水仪中测试其击穿压力。

15、本发明进一步设置为：s1中透明高压筒内设置有可拆卸的透明内筒；所述大孔缝漏层构建在透明内筒内，s3中需要将透明内筒从透明高压筒内取出，观察测试透明内筒内的大孔缝漏层。

16、本发明进一步设置为：s1中还需要调整模拟井筒的倾斜角度。

17、本发明进一步设置为：s2中完成对堵漏浆受密度差作用于大孔缝漏层和模拟大溶洞中在静态情况下被地层流体置换破坏过程的记录后，在透明高压筒外侧包覆上加热组件。

18、本发明进一步设置为：堵漏浆在压差作用下排开大孔缝漏层中模拟地层流体进入大孔缝漏层的过程，还有堵漏浆在大孔缝漏层中推进的前沿被模拟地层流体污染、破坏的过程，还有模拟地层流体随堵漏浆在大孔缝漏层中推进所形成封堵带的情况，以及堵漏浆受密度差作用于大孔缝漏层和模拟大溶洞中在静态情况下被地层流体置换破坏的过程均使用高速摄像机进行记录。

19、综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

20、(1)本发明改进了堵漏模拟实验的流程，增加了盛装地层流体的下腔及背压阀，可调节模拟井筒倾斜角度的旋转导头，充分考虑了不同斜度大孔缝、大溶洞中均存在地层流体的情况，以及地层流体可对堵漏浆造成污染、破坏，进而影响封堵效果的情况，更符合大孔缝和大溶洞堵漏的井下实际工况。

21、(2)本发明通过高速摄像机摄像和图像处理技术，对整个堵漏过程中堵漏浆在压差作用下排开大孔缝之中模拟地层流体进入大孔缝漏层的过程，以及期间堵漏浆被模拟地层流体污染、破坏的过程等进行量化分析评价，对堵漏浆的密度、流变性、桥堵能力和抗水侵能力对大孔缝漏层的适应性进行评价，对堵漏浆推进速度的适应性进行评价。

22、(3)本发明借助肉眼观察、ct扫描、测量抗压强度、测试击穿压力等，量化评价分析了堵漏浆对大孔缝漏层的堵漏效果，为量化研究堵漏浆密度等因素对堵漏效果的影响及作用提供了研究数据。