本實用新型涉及油氣鉆采室內(nèi)實驗裝置研究領域，特別涉及一種井筒與地層裂縫耦合流動模擬實驗裝置。
背景技術：
在油氣鉆采中，鉆遇裂縫是一種常見的工程現(xiàn)象，一旦裂縫與地層流體連通，井筒周圍裂縫就會成為油藏油氣滲流的主要通道，裂縫常常造成井筒壓力控制困難、設計裂縫支撐劑困難等工程難題。因此研究井筒、地層與井周裂縫中流體流動對油氣產(chǎn)能預測、井筒壓力控制、裂縫性巖層漏失堵漏以及合理壓裂液支撐劑方案設計等方面都有重大意義。
裂縫與井筒的流動是一個連續(xù)耦合的整體，二者的流動狀態(tài)是相互制約影響的，而當前國內(nèi)將井筒與裂縫的流體流動結(jié)合起來研究的實驗方法較少，絕大部分實驗設備都是針對井筒流動或裂縫的流動單獨研究，而且沒有考慮實際井筒地層中流體成分、壓力等情況。
總的來說，目前室內(nèi)實驗設備普遍缺乏考慮相對全面的井筒與地層流體流動耦合的實驗裝置。專利“一種井筒裂縫模擬裝置”(CN102305045A)通過在模擬井筒上接入一根裂縫管模擬鉆井漏失過程，沒有考慮地層具體情況。專利“用于研究裂縫性地層溢漏同存發(fā)生機理的研究裝置”(CN204098907U)用一塊縫板連接模擬井筒與模擬地層，用于評價裂縫性地層溢漏同存機理，雖同時考慮了井筒與地層的情況，但沒有考慮地層流體與鉆井液氣液置換。
目前國內(nèi)文獻涉及井筒裂縫流動置換裝置很少，許多文獻沒有考慮實際井筒中復雜流動問題和模擬地層壓力控制(舒剛.裂縫性地層鉆井溢漏同存流動規(guī)律及模型研究[D].西南石油大學,2012；蔣廷學,姜東.考慮井筒流動的垂直裂縫井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能計算模型[J].石油鉆采工藝,2001,23(4):50-53；劉宇.復雜條件下垂直裂縫井壓力動態(tài)及產(chǎn)能研究[D].大慶石油學院東北石油大學,2006)。也有關于氣液置換裝置方面的研究(李之軍.垂直裂縫地層氣液置換及鉆井液防氣侵封堵技術研究[D].西南石油大學,2014)，但沒有模擬地層條件，同時沒有考慮井筒中環(huán)流對流動的影響。所以，目前室內(nèi)實驗設備普遍缺乏考慮相對全面的井筒與地層流體流動耦合的實驗裝置。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的在于提供一種井筒與地層裂縫耦合流動模擬實驗裝置，該裝置模擬鉆遇地層裂縫時地層流體與井筒循環(huán)鉆井液的流動置換，可控制模擬井筒鉆井液流速、井筒壓力、模擬地層流體氣液比例、地層壓力等條件，還可同時模擬兩套裂縫流動，能夠更全面地反映裂縫對井筒流動的影響。
為達到以上技術目的，本實用新型采用以下技術方案。
一種井筒與地層裂縫耦合流動模擬實驗裝置，包括模擬井筒流動系統(tǒng)、模擬地層系統(tǒng)、模擬裂縫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構成。
所述模擬井筒流動系統(tǒng)包括模擬井筒、模擬鉆桿、鉆井液儲存罐、螺桿泵和控制井筒流動的多個閥門；螺桿泵連接鉆井液儲存罐與模擬鉆桿入口端；模擬鉆桿位于模擬井筒中央；所述鉆井液儲存罐中包含攪拌電機；所述控制井筒流動的多個閥門包括螺桿泵與模擬鉆桿入口之間的液體調(diào)壓閥和單向閥、模擬井筒與分離罐之間的恒壓溢流閥。
所述模擬地層系統(tǒng)包括模擬地層、清水儲存罐、儲氣罐、分離罐、螺桿泵、氣體空壓機和控制地層流動的多個閥門；清水儲存罐中水和儲氣罐中氣體匯合液路為氣液匯合處，螺桿泵位于清水儲存罐與氣液匯合處之間；氣體空壓機位于儲氣罐外部；模擬地層連接分離罐，分離罐連接清水儲存罐；所述控制地層流動的多個閥門包含位于模擬地層與分離罐之間的恒壓溢流閥、螺桿泵與模擬地層之間的單向閥、儲氣罐與模擬地層之間的單向閥；所述儲氣罐中設有安全閥、壓力表和通氣開關。
所述模擬裂縫系統(tǒng)包括上下兩套模擬裂縫，每套模擬裂縫為兩塊平行的透明樹脂板構成的空間，模擬裂縫兩側(cè)分別連接模擬井筒與模擬地層，模擬裂縫的正面均有有高清攝像機。
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括氣體流量計、兩個個液體流量計、多個壓力傳感器、兩臺高清攝像機、計算機；氣體流量計位于儲氣罐與模擬地層之間；液體流量計位于鉆井液儲存罐與模擬鉆桿之間、清水儲存罐與模擬地層之間；壓力傳感器位于模擬井筒的井口和井底、模擬地層的上端和下端，每個模擬裂縫的上下左右各處均有壓力傳感器；高清攝像機位于模擬裂縫正面；計算機接口連接各壓力傳感器，配套軟件安裝于計算機中。
所述模擬井筒采用透明玻璃管材料，所述模擬鉆桿采用PVC管，鉆井液從模擬鉆桿經(jīng)模擬井筒環(huán)空流出，模擬鉆井過程中鉆井液的流動狀態(tài)；所述模擬地層中包含氣液兩相流體，并通過恒壓溢流閥控制其內(nèi)部壓力恒定，用于模擬地層油氣狀態(tài)以及地層流體壓力，并通過一排液閥門連接分離罐，用于返排液體；所述模擬井筒流動系統(tǒng)中螺桿泵配套有供液閥、出口端壓力表以及輸液閥，用于將鉆井液儲存罐中的流體泵入模擬鉆桿；所述模擬地層系統(tǒng)中螺桿泵同樣配套有供液閥、出口端壓力表以及輸液閥，用于將清水儲存罐中流體泵入模擬地層。
所述模擬井筒流動系統(tǒng)中，恒壓溢流閥用于控制模擬鉆桿中壓力恒定，當模擬鉆桿內(nèi)部壓力超過限定值，流體則通過恒壓溢流閥流入鉆井液儲存罐，以此來控制模擬鉆桿內(nèi)部壓力恒定；所述模擬地層系統(tǒng)中，恒壓溢流閥用于控制模擬地層中壓力恒定，當模擬地層內(nèi)部壓力超過限定值，流體則通過恒壓溢流閥流入分離罐，以此來控制模擬地層內(nèi)部壓力恒定。
所述模擬井筒流動系統(tǒng)中，單向閥用于控制流體流向，使模擬鉆桿中流體不至于倒流入鉆井液儲存罐，控制液路流動方向符合實際鉆井過程中的流體流動狀態(tài)；所述模擬地層系統(tǒng)中清水儲存罐與模擬地層之間的單向閥，儲氣罐與模擬地層之間的單向閥，二者均用于控制該液路或氣路流體不回流，使氣液有效混合后能夠進入模擬地層，當模擬地層中流體壓力過高時從溢流閥返出而不回流。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：
(1)能夠模擬不同鉆井液、不同井筒壓力、不同地層流體、不同地層壓力環(huán)境下的井筒與裂縫中流體流動情況；
(2)功能齊全、考慮完善、操作簡單，對鉆井裂縫流動相關工程實際意義重大。
附圖說明
圖1是一種井筒與地層裂縫耦合流動模擬實驗裝置的結(jié)構示意圖。
圖中：1.高清攝像機，2.液體調(diào)壓閥，3.液體流量計，4.鉆井液儲存罐，5.攪拌電機，6.單向閥，7.壓力傳感器，8.模擬井筒，9.模擬鉆桿，10.恒壓溢流閥，11.模擬裂縫，12.模擬地層，13.氣體調(diào)壓閥，14.分離罐，15.儲氣罐，16.氣體空壓機，17.清水儲存罐，18.鉆井液螺桿泵，19.清水螺桿泵，20.氣體流量計。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
如圖1所示。
一種井筒與地層裂縫耦合流動模擬實驗裝置，由模擬井筒流動系統(tǒng)、模擬地層系統(tǒng)、模擬裂縫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。
所述模擬井筒流動系統(tǒng)包括模擬井筒8、模擬鉆桿9、鉆井液儲存罐4、攪拌電機5、鉆井液螺桿泵18，模擬鉆桿9位于模擬井筒8中央，鉆井液儲存罐4中有攪拌電機5，鉆井液螺桿泵18通過鉆井液儲存罐4連接模擬鉆桿9入口端。
所述模擬地層系統(tǒng)包括模擬地層12、清水儲存罐17、分離罐14、儲氣罐15、氣體空壓機16、清水螺桿泵19，儲氣罐15連接氣體空壓機16，并通過氣體調(diào)壓閥13連接模擬地層12，清水螺桿泵19通過清水儲存罐17連接模擬地層12，模擬地層12連接分離罐14。
所述模擬裂縫系統(tǒng)包括上下兩套模擬裂縫11，每套模擬裂縫為兩塊平行的透明樹脂板構成的空間，模擬裂縫兩側(cè)分別連接模擬井筒8與模擬地層12，模擬裂縫的正面均有高清攝像機1。
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括氣體流量計20、液體流量計3、壓力傳感器7、高清攝像機1、計算機，儲氣罐與模擬地層之間有氣體流量計20，鉆井液儲存罐4與模擬鉆桿9之間、清水儲存罐17與模擬地層12之間有液體流量計3，模擬井筒的井口和井底、模擬地層的上端和下端、模擬裂縫均連有壓力傳感器7，模擬裂縫正面有高清攝像機1，所述氣體流量計、液體流量計、壓力傳感器、高清攝像機均連接計算機。
所述鉆井液螺桿泵18與模擬鉆桿9入口端之間，清水螺桿泵19與模擬地層12之間均有液體調(diào)壓閥2和單向閥6，用以控制流體的單向流動。
所述模擬井筒8與鉆井液儲存罐4之間，模擬地層12與分離罐14之間均有恒壓溢流閥10，用以控制模擬井筒和模擬地層內(nèi)部的壓力恒定。
實施例1對井筒與地層裂縫耦合流動進行模擬實驗的具體步驟如下：
a、實驗前期準備：
安裝模擬裂縫并關閉兩側(cè)開關；檢查儲存罐中流體是否充足；將所有閥門均設為關閉狀態(tài)；開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，查看數(shù)據(jù)顯示是否正常；檢查所有儀器儀表是否工作正常；
b、開啟實驗設備：
打開模擬井筒流動系統(tǒng)端閥門，形成通路，此時開啟螺桿泵，使模擬井筒流動系統(tǒng)端液路形成通路；打開模擬地層系統(tǒng)端閥門，打開螺桿泵、氣體空壓機；
c、進行裂縫流動模擬實驗：
首先，設定模擬井筒流動系統(tǒng)端液體調(diào)壓閥與恒壓溢流閥的壓力為一定值，使模擬井筒條件達到實驗設計情況；調(diào)節(jié)模擬地層系統(tǒng)端液體調(diào)壓閥、氣體調(diào)壓閥與恒壓溢流閥的壓力為一定值，使模擬地層條件達到實驗設計情況；打開氣體流量計、液體流量計，關閉主液路閥門，記錄流體流入流量；打開高清攝像機記錄裂縫面流動情況；打開模擬裂縫兩側(cè)開關，使模擬井筒與地層流體在裂縫空間內(nèi)耦合流動；實驗完成后，關閉螺桿泵與氣體空壓機；關閉各個閥門；排出廢液；
d、實驗結(jié)果整理：
收集高清攝像資料；整理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)。