一種井下環(huán)境模擬裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種井下環(huán)境模擬裝置及方法，屬于油田、礦山等行業(yè)的試驗(yàn)裝置領(lǐng)域。該裝置包括模擬井筒、地層巖心模擬模塊、地層流體模擬模塊、地層壓力模擬模塊、環(huán)空壓力模擬模塊、井底溫度模擬模塊。利用本發(fā)明專利技術(shù)可以在室內(nèi)模擬井下環(huán)境，包括不同巖性、不同物理性質(zhì)(如滲透率等)的地層、地層流體、地層壓力、環(huán)空壓力、井底溫度。本發(fā)明專利技術(shù)的裝置可作為地層壓力測量短節(jié)及其它井下工具、儀器的地面試驗(yàn)測試平臺，還可進(jìn)行地層壓力測量算法的研究。本發(fā)明專利技術(shù)解決了野外試驗(yàn)工作周期長，費(fèi)用高，檢測手段欠缺等問題，降低了試驗(yàn)難度，提高了經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的應(yīng)用前景。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于油田、礦山等行業(yè)的試驗(yàn)裝置領(lǐng)域，具體涉及。
技術(shù)介紹
目前，有關(guān)井下環(huán)境模擬的技術(shù)包括以下幾種:西南石油大學(xué)設(shè)計(jì)了模擬3000m井下工況的高溫高壓模擬井筒，是一種井下工具和儀器儀表研發(fā)的試驗(yàn)平臺。該裝置通過泵和電加熱器循環(huán)加熱井筒內(nèi)的液壓油，使其基本達(dá)到預(yù)期溫度。用加壓泵循環(huán)加壓至設(shè)定壓力，再由循環(huán)泵和盤管保持設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)井下溫度和壓力環(huán)境。該裝置由加溫系統(tǒng)與加壓系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，包括循環(huán)泵、電加熱器、電磁換向閥、井筒、加壓柱塞泵、加壓閥等。該裝置的井筒內(nèi)徑為Φ 177.8mm，模擬井內(nèi)溫度120°C，井底壓力40MPa。該裝置沒有地層巖心模塊與地層流體模擬模塊。另外，試驗(yàn)時可放入到模擬井筒內(nèi)部的儀器外徑范圍較小，且模擬的井底壓力較小，因此其應(yīng)用范圍受到了限制。原地礦部探礦工藝研究所研制了 M150模擬井筒，用來模擬井底狀況和井底參數(shù)，解決野外試驗(yàn)研制工作周期長，費(fèi)用高，檢測手段欠缺等問題。該裝置由底座、筒體、觀察筒、出水口組件、密封部分組成。最大模擬井底壓力2.45MPa，模擬溫度最高150°C。勝利石油管理局鉆井工藝研究院提出了研制模擬6000m深井鉆進(jìn)模擬井筒的機(jī)構(gòu)的方案。該裝置主要由上固定帽、支座、泥漿出口、上密封塞、上鋼端帽、高壓膠囊、加熱層等部分組成。利用該裝置可進(jìn)行井下鉆具工藝技術(shù)研究，深井鉆井液特性與鉆進(jìn)地層相適應(yīng)試驗(yàn)等工作。模擬上覆巖層壓力150MPa，圍壓70MPa，井底壓力82.5MPa，巖樣溫度220°C。井底溫度由巖樣周圍的加熱套模擬，井底壓力由鉆井液密閉回路控制。大慶石油管理局研制了可模擬6000m井下環(huán)境的鉆井全尺寸綜合模擬試驗(yàn)裝置。其中高溫高壓模擬井筒由油壓泵組合體、軸壓泵、調(diào)壓泵、密封壓力泵、巖石試樣等組成。可模擬井底巖石溫度210°C，孔隙壓力64.2MPa，。井底溫度由安裝在井筒外壁的加熱套及從鉆頭噴出的高溫鉆井液來維持。井底壓力采用鉆井液密閉回路來控制。該裝置為鉆井模擬臺架，動態(tài)模擬鉆井過程，井筒內(nèi)巖心模擬垂直方向地層。上述原地礦部探礦工藝研究所研制的M150模擬井筒、勝利石油管理局鉆井工藝研究院研制的模擬6000m深井鉆井模擬井筒和大慶石油管理局研制的模擬6000m井下環(huán)境鉆井全尺寸綜合模擬試驗(yàn)裝置，都是動態(tài)模擬井下鉆具工況，進(jìn)行鉆井液、巖樣、性能試驗(yàn)研究，還可進(jìn)行地層巖石特征、破碎機(jī)理、破巖工具等課題研究。但是，這三種裝置中巖心均安裝在裝置的井筒中部，模擬的是垂直方向地層，不能模擬水平方向地層。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供，可在地面模擬井下真實(shí)環(huán)境，可作為隨鉆地層壓力測量短節(jié)及其它井下工具、儀器的地面試驗(yàn)、測試平臺。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種井下環(huán)境模擬裝置，該裝置包括模擬井筒1、地層巖心模擬模塊2、地層流體模擬模塊3、地層壓力模擬模塊4、環(huán)空壓力模擬模塊5和數(shù)據(jù)采集與控制模塊7 ；所述模擬井筒I用于模擬井眼，待測的井下工具或儀器放置在所述模擬井筒I內(nèi)；所述地層巖心模擬模塊2用于模擬水平方向地層，其安裝在所述模擬井筒I的筒壁上，其一端與模擬井筒I的內(nèi)腔相連通，另一端與地層流體模擬模塊3的一端相連通；所述地層流體模擬模塊3用于模擬真實(shí)地層流體，其一端與地層巖心模擬模塊2相連通，另一端與地層壓力模擬模塊4相連通；所述地層壓力模擬模塊4用于模擬地層壓力，其輸出的壓力通過地層流體模擬模塊3的傳遞，作用在地層巖心模擬模塊2上；所述環(huán)空壓力模擬模塊5用于模擬井底環(huán)空壓力，其與模擬井筒I的內(nèi)腔連通，向模擬井筒I內(nèi)部施加高壓；所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊7用于對地層壓力模擬模塊4的輸出值即地層壓力、環(huán)空壓力模擬模塊5的輸出值即環(huán)空壓力做閉環(huán)反饋控制，使地層壓力、環(huán)空壓力的輸出值與各自的預(yù)設(shè)值相近，對地層壓力與環(huán)空壓力進(jìn)行精確控制。所述模擬井筒I包括上端蓋、井壁和下端蓋，所述井壁為套筒結(jié)構(gòu)，兩端帶有外翻邊，上端蓋與井壁上端的外翻邊通過螺栓連接，下端蓋與井壁下端的外翻邊通過螺栓連接；井筒的內(nèi)腔形成了測試井下工具與儀器的空間；在所述模擬井筒I的筒壁上開有入口，在上端蓋上開有出口。所述井下環(huán)境模擬裝置進(jìn)一步包括井底溫度模擬模塊6，其向模擬井筒I內(nèi)提供高溫流體，用于模擬井底溫度。所述井下環(huán)境模擬裝置進(jìn)一步包括熱交換器8，所述熱交換器8螺旋纏繞在所述模擬井筒I的外壁上；所述井底溫度模擬模塊6包括電機(jī)、高溫液壓泵、電加熱器、雙向液壓鎖、電磁換向閥、電磁閥和溫度傳感器；所述電機(jī)與高溫液壓泵相連，帶動高溫液壓泵回轉(zhuǎn)；高溫液壓泵有2個接口，第一個接口與電磁換向閥相連，第二個接口與電磁閥相連；電磁換向閥有3個接口，第一個接口與液壓泵連接，第二個接口與油箱相連，第三個接口與雙向液壓鎖連接；雙向液壓鎖的4個接口，分別連接模擬井筒I筒壁上的入口、模擬井筒I的上端蓋上的出口、電磁換向閥及油箱；電磁閥有2個接口，第一個接口與液壓泵連接，第二個接口與熱交換器8的上端連接，熱交換器8的下端接入油箱；在雙向液壓鎖與模擬井筒I的上端蓋上的出口之間的管路上裝有溫度傳感器；在所述雙向液壓鎖與模擬井筒I上端蓋上的出口之間的管路上安裝有截止閥；數(shù)據(jù)采集與控制模塊7分別連接電加熱器和溫度傳感器；所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊7進(jìn)一步用于對井底溫度模擬模塊6的輸出值即井底溫度做閉環(huán)反饋控制，使井底溫度的輸出值與預(yù)設(shè)值相近，對井底溫度進(jìn)行精確控制。所述環(huán)空壓力模擬模塊5包括電機(jī)、液壓泵、電磁閥、調(diào)速閥、增壓缸、電磁換向閥和壓力傳感器；所述電機(jī)與液壓泵相連，電磁換向閥的第一個接口與液壓泵相連通，第二個接口與冷卻器相連通，冷卻器再與過濾器相連通，第三個接口與調(diào)速閥的一端相連通，調(diào)速閥的另一端與增壓缸的下腔相連通，第四個接口與增壓缸的上腔連通，增壓缸的上腔與電磁閥的一個接口相連通，電磁閥的另一個接口與模擬井筒I的筒壁上的入口連接；所述壓力傳感器安裝在所述環(huán)空壓力模擬模塊5與模擬井筒I連接的管路上；所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊7分別與液壓泵和壓力傳感器連接。在所述地層巖心模擬模塊2內(nèi)部裝有巖心；根據(jù)試驗(yàn)要求，可更換不同物理性質(zhì)的巖心，模擬水平方向地層；根據(jù)試驗(yàn)要求，在所述地層流體模擬模塊3內(nèi)可更換不同性質(zhì)的流體模擬真實(shí)地層流體。所述地層壓力模擬模塊4采用液壓系統(tǒng)，其輸出的高壓油液先進(jìn)入地層流體模擬模塊3，再通過地層流體模擬模塊3進(jìn)入地層巖心模擬模塊2 ；所述地層巖心模擬模塊2包括外安裝座、法蘭盤、高壓油口、模擬巖心安裝座、巖心和密封件；所述模擬巖心安裝座和外安裝座均為一端帶法蘭的套筒狀結(jié)構(gòu)，巖心外包裹有密封件，巖心及密封件一起安裝在所述模擬巖心安裝座內(nèi)，模擬巖心安裝座再安裝在外安裝座內(nèi)，模擬巖心安裝座的法蘭的內(nèi)端面與外安裝座的法蘭的外端面接觸，模擬巖心安裝座的法蘭的外端面與法蘭盤接觸，通過螺栓將法蘭盤、模擬巖心安裝座和外安裝座固定在一起；所述外安裝座固定在模擬井筒I的井壁上，模擬巖心安裝座一端插入地層巖心模擬模塊安裝孔內(nèi)，在法蘭盤的中心安裝有高壓油口，模擬地層流體通過高壓油口進(jìn)入巖心，再通過巖心滲透進(jìn)入模擬井筒I內(nèi)；所述地層流體模擬模塊3為液壓缸結(jié)構(gòu)，缸體內(nèi)裝有活塞，活塞將缸體分為兩個腔，活塞的一側(cè)為高壓液壓油腔，另一側(cè)為模擬地層流體腔；在所述高壓液壓油腔一側(cè)開有液壓油入口，在高壓液壓油本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種井下環(huán)境模擬裝置，其特征在于：所述井下環(huán)境模擬裝置包括模擬井筒(1)、地層巖心模擬模塊(2)、地層流體模擬模塊(3)、地層壓力模擬模塊(4)、環(huán)空壓力模擬模塊(5)和數(shù)據(jù)采集與控制模塊(7)；所述模擬井筒(1)用于模擬井眼，待測的井下工具或儀器放置在所述模擬井筒(1)內(nèi)；所述地層巖心模擬模塊(2)用于模擬水平方向地層，其安裝在所述模擬井筒(1)的筒壁上，其一端與模擬井筒(1)的內(nèi)腔相連通，另一端與地層流體模擬模塊(3)的一端相連通；所述地層流體模擬模塊(3)用于模擬真實(shí)地層流體，其一端與地層巖心模擬模塊(2)相連通，另一端與地層壓力模擬模塊(4)相連通；所述地層壓力模擬模塊(4)用于模擬地層壓力，其輸出的壓力通過地層流體模擬模塊(3)的傳遞，作用在地層巖心模擬模塊(2)上；所述環(huán)空壓力模擬模塊(5)用于模擬井底環(huán)空壓力，其與模擬井筒(1)的內(nèi)腔連通，向模擬井筒(1)內(nèi)部施加高壓；所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊(7)用于對地層壓力模擬模塊(4)的輸出值即地層壓力、環(huán)空壓力模擬模塊(5)的輸出值即環(huán)空壓力做閉環(huán)反饋控制，使地層壓力、環(huán)空壓力的輸出值與各自的預(yù)設(shè)值相近，對地層壓力與環(huán)空壓力進(jìn)行精確控制。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種井下環(huán)境模擬裝置，其特征在于:所述井下環(huán)境模擬裝置包括模擬井筒(I)、地層巖心模擬模塊(2)、地層流體模擬模塊(3)、地層壓力模擬模塊(4)、環(huán)空壓力模擬模塊(5)和數(shù)據(jù)采集與控制模塊(7)； 所述模擬井筒(I)用于模擬井眼，待測的井下工具或儀器放置在所述模擬井筒(I)內(nèi)； 所述地層巖心模擬模塊(2)用于模擬水平方向地層，其安裝在所述模擬井筒(I)的筒壁上，其一端與模擬井筒(I)的內(nèi)腔相連通，另一端與地層流體模擬模塊(3)的一端相連通； 所述地層流體模擬模塊(3)用于模擬真實(shí)地層流體，其一端與地層巖心模擬模塊(2)相連通，另一端與地層壓力模擬模塊(4)相連通； 所述地層壓力模擬模塊(4)用于模擬地層壓力，其輸出的壓力通過地層流體模擬模塊(3)的傳遞，作用在地層巖心模擬模塊(2)上； 所述環(huán)空壓力模擬模塊(5)用于模擬井底環(huán)空壓力，其與模擬井筒(I)的內(nèi)腔連通，向模擬井筒(I)內(nèi)部施加高壓； 所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊(7)用于對·地層壓力模擬模塊(4)的輸出值即地層壓力、環(huán)空壓力模擬模塊(5)的輸出值即環(huán)空壓力做閉環(huán)反饋控制，使地層壓力、環(huán)空壓力的輸出值與各自的預(yù)設(shè)值相近，對地層壓力與環(huán)空壓力進(jìn)行精確控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下環(huán)境模擬裝置，其特征在于:所述模擬井筒I包括上端蓋、井壁和下端蓋，所述井壁為套筒結(jié)構(gòu)，兩端帶有外翻邊，上端蓋與井壁上端的外翻邊通過螺栓連接，下端蓋與井壁下端的外翻邊通過螺栓連接；井筒的內(nèi)腔形成了測試井下工具與儀器的空間；在所述模擬井筒(I)的筒壁上開有入口，在上端蓋上開有出口。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下環(huán)境模擬裝置，其特征在于:所述井下環(huán)境模擬裝置進(jìn)一步包括井底溫度模擬模塊出)，其向模擬井筒(I)內(nèi)提供高溫流體，用于模擬井底溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井下環(huán)境模擬裝置，其特征在于:所述井下環(huán)境模擬裝置進(jìn)一步包括熱交換器(8)，所述熱交換器(8)螺旋纏繞在所述模擬井筒(I)的外壁上； 所述井底溫度模擬模塊(6)包括電機(jī)、高溫液壓泵、電加熱器、雙向液壓鎖、電磁換向閥、電磁閥和溫度傳感器；所述電機(jī)與高溫液壓泵相連，帶動高溫液壓泵回轉(zhuǎn)；高溫液壓泵有2個接口，第一個接口與電磁換向閥相連，第二個接口與電磁閥相連；電磁換向閥有3個接口，第一個接口與液壓泵連接，第二個接口與油箱相連，第三個接口與雙向液壓鎖連接；雙向液壓鎖的4個接口，分別連接模擬井筒(I)筒壁上的入口、模擬井筒(I)的上端蓋上的出口、電磁換向閥及油箱；電磁閥有2個接口，第一個接口與液壓泵連接，第二個接口與熱交換器(8)的上端連接，熱交換器(8)的下端接入油箱；在雙向液壓鎖與模擬井筒(I)的上端蓋上的出口之間的管路上裝有溫度傳感器；在所述雙向液壓鎖與模擬井筒(I)上端蓋上的出口之間的管路上安裝有截止閥；數(shù)據(jù)采集與控制模塊(7)分別連接電加熱器和溫度傳感器； 所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊(7)進(jìn)一步用于對井底溫度模擬模塊(6)的輸出值即井底溫度做閉環(huán)反饋控制，使井底溫度的輸出值與預(yù)設(shè)值相近，對井底溫度進(jìn)行精確控制。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下環(huán)境模擬裝置，其特征在于:所述環(huán)空壓力模擬模塊(5)包括電機(jī)、液壓泵、電磁閥、調(diào)速閥、增壓缸、電磁換向閥和壓力傳感器；所述電機(jī)與液壓泵相連，電磁換向閥的第一個接口與液壓泵相連通，第二個接口與冷卻器相連通，冷卻器再與過濾器相連通，第三個接口與調(diào)速閥的一端相連通，調(diào)速閥的另一端與增壓缸的下腔相連通，第四個接口與增壓缸的上腔連通，增壓缸的上腔與電磁閥的一個接口相連通，電磁閥的另一個接口與模擬井筒(I)的筒壁上的入口連接；所述壓力傳感器安裝在所述環(huán)空壓力模擬模塊(5)與模擬井筒(I)連接的管路上；所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊(7)分別與液壓泵和壓力傳感器連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的井下環(huán)境模擬裝置，其特征在于:在所述地層巖心模擬模塊(2)內(nèi)部裝有巖心； 根據(jù)試驗(yàn)要求，可更換不同物理性質(zhì)的巖心，模擬水平方向地層； 根據(jù)試驗(yàn)要求，在所述地層流體模擬模塊(3)內(nèi)可更換不同性質(zhì)的流體模擬真實(shí)地層流體。7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的井下環(huán)境模擬裝置，其特征在于:所述地層壓力模擬模塊(4)采用液壓系統(tǒng)，其輸出的高壓油液先進(jìn)入地層流體模擬模塊(3)，再通過地層流體模擬模塊(3)進(jìn)入地層巖心模擬模塊(2); 所述地層巖心模擬模塊(2)包括外安裝座、法蘭盤、高壓油口、模擬巖心安裝座、巖心和密封件；所述模擬巖心安裝座和·外安裝座均為一端帶法蘭的套筒狀結(jié)構(gòu)，巖心外包裹有密封件，巖心及密封件一起安裝在所述模擬巖心安裝座內(nèi)，模擬巖心安裝座再安裝在外安裝座內(nèi)，模擬巖心安裝座的法蘭的內(nèi)端面與外安裝座的法蘭的外端面接觸，模擬巖心安裝座的法蘭的外端面與法蘭盤接觸，通過螺栓將法蘭盤、模擬巖心安裝座和外安裝座固定在一起；所述外安裝座固定在模擬井筒(I)的井壁上，模擬巖心安裝座一端插入地層巖心模擬模塊安裝孔內(nèi)，在法蘭盤的中心安裝有高壓油口，模擬地層流體通過高壓油口進(jìn)入巖心，再通過巖心滲透進(jìn)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：牛新明，鄭俊華，楊春國，高炳堂，王磊，劉宇輝，王強(qiáng)，凌勇，
申請(專利權(quán))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，四川航天技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：