專利名稱：一種欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥性能測試儀及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥性能測試儀及其應(yīng)用，應(yīng)用于石 油勘探開發(fā)的油氣田鉆井領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
欠平衡鉆井是20世紀90年代發(fā)展起來的新型鉆井技術(shù)，適應(yīng)了當前石油工業(yè)的 勘探開發(fā)形勢，具有很多的技術(shù)優(yōu)勢，因此，發(fā)展十分迅速，并具有廣闊的應(yīng)用前景。但是， 常規(guī)欠平衡鉆井主要針對鉆進過程而言，而在換鉆頭、取心、中途測試以及處理事故過程中 仍然采用壓井的方法。實踐證明，這種做法對產(chǎn)層仍具有很強的污染作用。隨著欠平衡鉆井技術(shù)的深入研究和推廣應(yīng)用，國內(nèi)外油公司對欠平衡技術(shù)的要求 越來越高，如何實現(xiàn)全過程欠平衡鉆井作業(yè)，逐漸成為熱點問題。凍膠閥作為一種新型的 控壓手段，可在欠平衡鉆井及完井過程中，通過在井口注入井下一定長度的凍膠液，使其在 井下溫度、壓力下形成凍膠，利用自身的強度以及與井壁的粘結(jié)力來封隔井下壓力，避免打 入壓井液引起的過平衡作業(yè)對儲層保護的影響。但是在欠平衡鉆井作業(yè)過程中，凍膠閥的 某些性能參數(shù)還未能進行準確的評價1)在井下狀態(tài)下，凍膠的實際存在狀態(tài)；2)在井下 溫度、壓力下，凍膠的形成時間及強度；3)不同時間、不同溫度下凍膠的成膠強度準確描述 (凍膠整體氣密性及耐壓強度)；4)在井下溫度、壓力下破膠劑破膠效果評價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了全過程欠平衡鉆井及完井施工中所用凍膠閥的性能準確評價問題 1)在井下狀態(tài)下，凍膠的實際存在狀態(tài)；2)在井下溫度、壓力下，凍膠的形成時間及強度； 3)不同時間、不同溫度下凍膠的成膠強度準確描述(凍膠整體氣密性及耐壓強度)；4)在 井下溫度、壓力下，破膠劑隨時間的破膠效果評價。通過儀器測量數(shù)據(jù)可確定封堵一定壓差 井下流體所需要注入的凍膠的體積，井下凍膠隨時間的強度變化，以及凍膠閥所能封隔井 下壓力的時間。(凍膠長時間的穩(wěn)定性的問題)。本發(fā)明提供了一種欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥性能測試儀，特征在于由以下 組件構(gòu)成氮氣瓶1的減壓閥2連接流量計3，通過三通10與控溫成膠管體8下方的下端壓 力閥6連接，通過底蓋15輸入氣體壓力到控溫成膠管體8，氮氣瓶17的減壓閥14與控溫成 膠管體8上方的上端壓力閥16連接，通過頂蓋13向控溫成膠管體8內(nèi)提供壓力，三通10 上連接精密壓力表4，控溫儀5通過溫控探頭12與控溫成膠管體8連接，控溫成膠管體8外 部設(shè)有加熱電阻絲9。本發(fā)明還提供了一種測試欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥的凍膠強度的方法，包 括如下步驟(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至測試溫度；
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(2)將墊片放入控溫成膠管體8中，使其平鋪于下端壓力孔，然后倒入配置好的待 成膠溶液，裝上頂蓋13，加熱所需時間，待測；(3)測試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12，卸去頂蓋13 ；(4)打開下端壓力閥6(注意這時流量計關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開的過大)，之后打開減壓閥2，當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時，壓力不超過0. 02Mpa,當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時壓力不 超過 0. IMPa ；(5)緩慢開啟流量計3，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體8 中開始移動時的最大讀數(shù)；(6)獲得讀數(shù)后，直接關(guān)閉氮氣瓶1，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉 減壓閥2和流量計3，測得凍膠閥的凍膠強度。本發(fā)明還提供了一種測試欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥的凍膠氣密性強度的 方法，包括如下步驟(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至測試溫度；(2)將配置好的待成膠溶液倒入控溫成膠管體8中，裝上頂蓋13，加熱所需時間， 待測；(3)測試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12 ；卸去頂蓋13 ；(4)打開下端壓力閥6(注意這時流量計關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開的過大)，之后打開減壓閥2，當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時，壓力不超過0. 02Mpa,當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時壓力不 超過 0. IMPa ；(5)緩慢開啟流量計3，利用底蓋上的小孔產(chǎn)生的高壓強，讓氣在凍膠中發(fā)生氣 穿，造成鼓泡現(xiàn)象，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠閥形成鼓泡最大壓力，待示數(shù)穩(wěn) 定后，確定氣密性強度；(6)獲得讀數(shù)后，直接關(guān)閉氮氣瓶1，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉 減壓閥2和流量計3，測得凍膠閥的凍膠氣密性強度。本發(fā)明進一步包括當凍膠形成后，可在外徑7in、高IOOcm的控溫成膠管體中插入 現(xiàn)場所用的油管，觀察油管是否可以插入和拔出。以評價現(xiàn)場凍膠形成后，能否進行后續(xù)鉆 井作業(yè)。本發(fā)明進一步包括利用控溫成膠管體中形成的凍膠，倒入一定濃度的破膠劑，在 一定溫度、壓力條件下，看成膠管中凍膠隨時間的變化情況，為現(xiàn)場制定破膠措施提供依 據(jù)。


圖1 欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥性能測試儀裝置示意圖，其中1.氮氣瓶；2.減壓閥；3.流量計；4.精密壓力表；5.控溫儀；6.下端壓力閥；7.上 端壓力表；8.控溫成膠管體；9.加熱電阻絲；10.三通；11.密封圈；12.溫控探頭；13.頂 蓋；14.減壓閥；15.底蓋；16.上端壓力閥；17.氮氣瓶。
圖2 凍膠強度測試圖3 凍膠氣密性強度測試圖4 插管實驗
具體實施例方式實施例1 此實例評價了 90°C下的凍膠閥的凍膠強度。(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至90°C ；(2)將墊片放入控溫成膠管體8中，使其平鋪于下端壓力孔，然后倒入配置好的待 成膠溶液，裝上頂蓋13，加熱5h ；(3)測試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12，卸去頂蓋13 ；(4)打開下端壓力閥6 (注意這時流量計關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開的過大)，之后打開減壓閥2，當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時，壓力不超過0. 02Mpa,當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時壓力不 超過 0. IMPa ；(5)緩慢開啟流量計3，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體8 中開始移動時的最大讀數(shù)0. 04Mpa，見圖2 ；(6)關(guān)閉氮氣瓶1，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉減壓閥2和流量計 3，測試結(jié)束。實施例2 此實例評價了在120°C下凍膠閥的凍膠強度。(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至120°C ；(2)將墊片放入控溫成膠管體8中，使其平鋪于下端壓力孔，將配置好的待成膠溶 液倒入控溫成膠管體8中，裝上頂蓋13，在120°C下加熱5h ；(3)測試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12 ；卸去頂蓋13 ；(4)打開下端壓力閥6(注意這時流量計關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開的過大)，之后打開減壓閥2，當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時，壓力不超過0. 02Mpa,當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時壓力不 超過 0. IMPa ；(5)緩慢開啟流量計3，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體8 中開始移動時的最大讀數(shù)0. 05Mpa，見圖2 ；(6)關(guān)閉氮氣瓶1，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉減壓閥2和流量計 3，測試結(jié)束。實施例3 此實例分析了凍膠閥的凍膠氣密性強度。(1)關(guān)閉減壓閥2，流量計3，下端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫 成膠管體8中，預(yù)熱儀器至80°C ；
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(2)倒入配置好的待成膠溶液，裝上頂蓋13，加熱5h ；(3)測試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出溫控探頭12 ；卸去頂蓋13 ；(4)打開下端壓力閥6 (注意這時流量計關(guān)閉，因大管壓力較大，液體很容易倒流， 所以下端壓力閥不可開的過大)，之后打開減壓閥2，當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時，壓力不超過0. 02Mpa,當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時壓力不 超過 0. IMPa ；(5)緩慢開啟流量計3，利用底蓋15上的小孔產(chǎn)生的高壓強，讓氣在凍膠中發(fā)生氣 穿，造成鼓泡現(xiàn)象，見圖3，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體8中所形 成氣泡所能承受的最大壓力0. 02Mpa ；(6)關(guān)閉氮氣瓶1，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥6，然后關(guān)閉減壓閥2和流量計 3，測試結(jié)束。實施例4 此實例分析了凍膠閥的凍膠插管實驗，見圖4。(1)使用尺寸為外徑7in、高IOOcm的控溫成膠管體8，關(guān)閉減壓閥2，流量計3，下 端壓力閥6，裝上底蓋15，將溫控探頭12放入控溫成膠管體8中，預(yù)熱儀器至80°C ；(2)倒入配置好的待成膠溶液，裝上頂蓋13，加熱5h ；測試前，關(guān)閉控溫儀5，拔出 溫控探頭12 ；卸去頂蓋13 ；(3)在控溫成膠管體8中插入現(xiàn)場所用的油管，油管能夠插入和拔出，能夠進行后 續(xù)鉆井作業(yè)。
權(quán)利要求
一種欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥性能測試儀，特征在于由以下組件構(gòu)成氮氣瓶(1)的減壓閥(2)連接流量計(3)，通過三通(10)與控溫成膠管體(8)下方的下端壓力閥(6)連接，通過底蓋(15)輸入氣體壓力到控溫成膠管體(8)，氮氣瓶(17)的減壓閥(14)與控溫成膠管體(8)上方的上端壓力閥(16)連接，通過頂蓋(13)向控溫成膠管體(8)內(nèi)提供壓力，三通(10)上連接精密壓力表(4)，控溫儀(5)通過溫控探頭(12)與控溫成膠管體(8)連接，控溫成膠管體(8)外部設(shè)有加熱電阻絲(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于控溫成膠管體⑶尺寸為外徑2in、高 30cmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀，其特征在于控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高 100cm。
4.一種使用權(quán)利要求2或3所述測試儀測試欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥的凍膠強 度的方法，包括如下步驟(1)關(guān)閉減壓閥(2)，流量計(3)和下端壓力閥(6)，裝上底蓋(15)，將溫控探頭(12) 放入控溫成膠管體(8)中，預(yù)熱儀器至測試溫度；(2)將墊片放入控溫成膠管體(8)中，使其平鋪于下端壓力孔，然后倒入配置好的待成 膠溶液，裝上頂蓋(13)，加熱所需時間，待測；(3)測試前，關(guān)閉控溫儀(5)，拔出溫控探頭(12)，卸去頂蓋(13)；(4)打開下端壓力閥(6)，之后打開減壓閥(2)，當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時，壓力不超過0. 02Mpa,當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時壓力不 超過 0. IMPa ；(5)緩慢開啟流量計(3)，并注意精密壓力表(4)的讀數(shù)，讀取凍膠在控溫成膠管體(8) 中開始移動時的最大讀數(shù)；(6)獲得讀數(shù)后，直接關(guān)閉氮氣瓶(1)，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥(6)，然后關(guān)閉 減壓閥(2)和流量計(3)，測得凍膠閥的凍膠強度。
5.一種使用權(quán)利要求2或3所述測試儀測試欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥的凍膠氣 密性強度的方法，包括如下步驟(1)關(guān)閉減壓閥(2)，流量計(3)和下端壓力閥(6)，裝上底蓋(15)，將溫控探頭(12) 放入控溫成膠管體(8)中，預(yù)熱儀器至測試溫度；(2)將配置好的待成膠溶液倒入控溫成膠管體(8)中，裝上頂蓋(13)，加熱所需時間， 待測；(3)測試前，關(guān)閉控溫儀(5)，拔出溫控探頭(12)，卸去頂蓋(13)；(4)打開下端壓力閥(6)，之后打開減壓閥(2)，當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑2in、 高30cm時，壓力不超過0. 02Mpa,當控溫成膠管體(8)尺寸為外徑7in、高IOOcm時壓力不 超過 0. IMPa ；(5)緩慢開啟流量計(3)，利用底蓋上的小孔產(chǎn)生的高壓強，讓氣在凍膠中發(fā)生氣穿， 造成鼓泡現(xiàn)象，并注意精密壓力表4的讀數(shù)，讀取凍膠閥形成鼓泡最大壓力，待示數(shù)穩(wěn)定 后，確定氣密性強度；(6)獲得讀數(shù)后，直接關(guān)閉氮氣瓶(1)，待氣體排空后，關(guān)閉下端壓力閥(6)，然后關(guān)閉 減壓閥(2)和流量計(3)，測得凍膠閥的凍膠氣密性強度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括當凍膠形成后，在尺寸為外徑7in、高IOOcm 的控溫成膠管體(8)中插入現(xiàn)場所用的油管，觀察油管是否可以插入和拔出，以評價現(xiàn)場 凍膠形成后，能否進行后續(xù)鉆井作業(yè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，進一步包括利用控溫成膠管體(8)中形成的凍膠， 倒入一定濃度的破膠劑，在一定溫度、壓力條件下，看成膠管中凍膠隨時間的變化情況，為 現(xiàn)場制定破膠措施提供依據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種欠平衡鉆井及完井過程中凍膠閥性能測試儀及其應(yīng)用，解決了全過程欠平衡鉆井及完井施工中所用凍膠閥的性能準確評價問題1)在井下狀態(tài)下，凍膠的實際存在狀態(tài)；2)在井下溫度、壓力下，凍膠的形成時間及強度；3)不同時間、不同溫度下凍膠的成膠強度準確描述(凍膠整體氣密性及耐壓強度)；4)在井下溫度、壓力下，破膠劑隨時間的破膠效果評價。通過該儀器測量數(shù)據(jù)可確定封堵一定壓差井下流體所需要注入的凍膠的體積，井下凍膠隨時間的強度變化，以及凍膠閥所能封隔井下壓力的時間。
文檔編號G01M13/00GK101949771SQ20101026229
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者付英軍, 馮文強, 李志勇, 楊虎, 王利國, 蔣官澄, 謝水祥, 陶冶 申請人:中國石油大學(xué)(北京)