一种钻井液动态温度测试装置和测试方法与流程

本发明涉及石油钻井用油基钻井液领域，具体涉及一种钻井液动态温度测试装置和测试方法。

背景技术：

1、近年来，超深特深层油气和深层页岩油气领域勘探不断取得新进展。然而，在深部地层钻进过程中，地层温度随钻井深度增加而增加。当钻井液循环到高温地层后，与井壁岩石发生热交换，导致钻井液温度不断升高，带来一系列难题。首先，钻井液关键组分会因发生高温去水化、高温降解、高温脱吸附等反应而失效，易引起卡钻、井塌、井漏等复杂事故。此外，温度会进一步从钻井液传递到井下钻具和随钻仪器，导致钻具和仪器性能下降、故障率升高、使用寿命缩短，需要频发起下钻影响生产时效。目前国内外主要采用地面降温手段来控制钻井液温度，即通过在地面上冷却钻井液来间接降低钻井液井下循环温度，存在设备投入大、能耗高、冷却介质消耗量大以及井下降温能力有限等瓶颈，无法完全满足超深特深层钻井全井的大幅降温需求。

2、通过研发可随钻添加于钻井液中的相变储热材料，在钻井液循环过程中通过可逆相变过程中蓄热作用使钻井液降温，进而实现井筒降温已成为重要研究方向，但目前缺乏相变储热材料对钻井液降温效果的有效评价方法，严重制约了钻井液储热降温材料的科学研选，成为了亟待解决的技术难题。

3、现有的相变储热材料评价设备及方法例如专利202321986142.0-一种用于钻井液的降温材料的降温能力模拟装置，其采用井身模拟系统和钻井液循环系统模拟钻井液的循环，实现降温材料的降温能力的测试。

4、现有的相变储热材料评价设备为了模拟井下循环需要设置体积庞大的井身、循环管路、蓄液池等设备，其占地面积大、设备运行成本高、实验效率低，不利于实验室阶段或钻井现场对多种相变储热材料的高效对比测试；其也没有考虑到钻井液在高温下沸腾、甚至部分液体气化后对温度检测的影响，所测得的温度准确性不高，影响相变储热材料的选取和含量的确定。

5、因此，提供一种快捷、简便、准确性高的钻井液动态温度测试装置和测试方法，是科学筛选合适钻井液储热降温材料的基础。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种快捷、简便、准确性高的钻井液动态温度测试装置和测试方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种钻井液动态温度测试装置，包括压力控制组件、温度速度控制组件、控制器和测试组件，所述测试组件包括釜体组件、加热组件和搅拌组件，所述加热组件与所述釜体组件的侧壁可拆卸连接，所述搅拌组件与所述釜体组件可拆卸连接，所述压力控制组件包括气瓶，所述气瓶与所述釜体组件连接并连通，所述气瓶内容纳有惰性气体，所述控制器与所述温度速度控制组件通讯连接，并用于通过其获取所述釜体组件内溶液的实时溶液温度。

3、本发明的有益效果是：钻井液动态温度测试装置结构简单，方便移动，便于实验室内或钻井现场随时进行实验。釜体组件在实验时盛放钻井液样品，其外侧的加热组件对釜体组件及其内部的钻井液样品升温和保持恒温，模拟地下井筒的温度环境。搅拌组件用于对釜体组件内溶液进行搅拌，升温过程中使钻井液温度均匀，釜体组件内温度测量准确。气瓶与釜体组件连通，升温过程中，当温度过高时，为抑制溶液沸腾，通过气瓶向釜体组件通入高压惰性气体，保证实验安全进行，且确保温度测量的准确性。控制器与温度速度控制组件进行通讯，获取实时溶液温度数据，以便于后期对数据进行分析。

4、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

5、进一步，所述釜体组件包括釜体、上盖和输气接头，所述釜体为底部封口的筒形，其上端与所述上盖密封连接，所述输气接头的一端与所述釜体连接并连通，所述输气接头的另一端与所述气瓶连接并连通，所述搅拌组件的一端穿过所述上盖并伸入至所述釜体内，所述搅拌组件与所述上盖转动配合并密封，所述加热组件包裹于所述釜体的外侧。

6、采用上述进一步方案的有益效果是：釜体内用于容纳钻井液样品，并依靠上盖将其封闭，气瓶通过输气接头向釜体组件内通入惰性气体。

7、进一步，所述搅拌组件包括搅拌桨、联轴器和驱动机构，所述驱动机构的输出端、所述联轴器以及所述搅拌桨的一端依次固定连接，所述搅拌桨的另一端穿过所述上盖并伸入至所述釜体内，所述搅拌桨与所述上盖转动配合并密封。

8、采用上述进一步方案的有益效果是：驱动机构通过联轴器与搅拌桨连接，并驱动搅拌桨转动，是钻井液样品温度均匀。

9、进一步，所述压力控制组件还包括主管路和减压阀，所述测试组件还包括支管路、杯内压力表、加压压力表、调压阀、释压阀和释压管路，所述主管路的一端与所述气瓶连接并连通，所述主管路上设有所述减压阀，所述主管路的另一端与所述支管路的一端连接并连通，所述支管路的另一端与所述釜体组件连接并连通，所述支管路由其一端至其另一端依次设有所述调压阀和所述杯内压力表，所述调压阀上设有所述加压压力表，所述释压管路的一端与所述杯内压力表和所述釜体组件之间的所述支管路连接并连通，所述释压管路上设有所述释压阀。

10、采用上述进一步方案的有益效果是：减压阀用于控制主管路的输出压力；杯内压力表通过支管路与釜体组件连通，用于显示釜体组件内的压力；调压阀调整支管路输出至釜体组件的压力，同时加压压力表用于显示调压阀处的管路压力；当釜体组件内压力过高，或者实验结束后，打开释压阀，部分气体经过释压管路排出，降低釜体组件内的压力。

11、进一步，所述温度速度控制组件包括杯内热电偶、搅拌开关、搅拌调速旋钮、加热开关、温度控制仪表、速度显示仪表和钻井液温度显示仪表，所述杯内热电偶的一端伸入所述釜体组件内并用于检测所述釜体组件内溶液的实时溶液温度，所述控制器分别与所述杯内热电偶、所述搅拌开关、所述搅拌调速旋钮、所述加热开关、所述温度控制仪表、所述速度显示仪表、所述钻井液温度显示仪表、所述加热组件和所述搅拌组件通讯连接；

12、所述控制器用于根据所述搅拌开关的搅拌启闭状态以及所述搅拌调速旋钮设定的设定搅拌速度，使所述搅拌组件停止或者开启并以所述设定搅拌速度旋转，同时将所述设定搅拌速度输出至所述速度显示仪表显示；

13、所述控制器还用于根据所述加热开关的加热启闭状态以及所述温度控制仪表设定的设定加热温度，使所述加热组件停止或者开启并加热至所述设定加热温度，所述控制器用于获取所述实时溶液温度并将其输出至所述钻井液温度显示仪表显示。

14、采用上述进一步方案的有益效果是：通过温度速度控制组件可以调整并显示搅拌组件的搅拌速度，可以调整并显示加热组件的设定加热温度以及实时溶液温度。

15、进一步，钻井液动态温度测试装置还包括数据采集存储设备，所述数据采集存储设备与所述控制器通讯连接，所述控制器用于将所述实时溶液温度传输至所述数据采集存储设备存储。

16、采用上述进一步方案的有益效果是：数据采集存储设备存储实时溶液温度，以便于后续对实时溶液温度数据进行分析。例如生成时间温度曲线，比较钻井液基础液添加不同相变储热材料时或添加不同含量相变储热材料时的温度下降情况。数据采集存储设备可以为电脑或移动终端，数据采集存储设备获得实时溶液温度后，由软件自动采集并记录温度数据。

17、进一步，钻井液动态温度测试装置还包括工作台，所述压力控制组件和所述测试组件均安装于所述工作台上，所述工作台底部安装有多个万向轮。

18、采用上述进一步方案的有益效果是：压力控制组件和测试组件集成安装在便于移动的工作台上，方便在钻井现场随时进行实验。

19、进一步，所述测试组件设有至少两组。

20、采用上述进一步方案的有益效果是：设置至少两组测试组件，可同时开展至少两个不同钻井液样品的实验，提高实验效率。

21、本发明还提供一种钻井液动态温度测试方法，采用所述的一种钻井液动态温度测试装置实现，包括以下步骤：

22、步骤1，配制钻井液样品；

23、步骤2，将所述钻井液样品注入釜体组件内；

24、步骤3，开启加热组件和搅拌组件，所述加热组件将所述釜体组件及其内部的所述钻井液样品加热，所述搅拌组件以设定搅拌速度搅拌所述钻井液样品，检测所述釜体组件内溶液的实时溶液温度；并且，气瓶向所述釜体组件内注入惰性气体，使所述釜体组件内的压力处于预设压力范围，从而抑制钻井液样品沸腾；

25、步骤4，所述加热组件将所述钻井液样品加热至设定加热温度，和/或所述加热组件的加热时间到达设定加热时间后，关闭所述加热组件和所述搅拌组件，取出所述钻井液样品。

26、有益效果是：利用钻井液动态温度测试装置进行钻井液动态温度测试，可以在钻井液动态搅拌的状态下控制升温区间和升温速度，有效模拟井下钻井液循环过程中所处的动态温度环境，并且利用惰性气体避免钻井液样品沸腾，准确测得实时溶液温度，实现对钻井液相变储热材料的降温效果的科学评价。

27、进一步，所述加热组件将所述釜体组件及其内部的所述钻井液样品加热，具体为：所述加热组件采用梯度加热法将所述釜体组件及其内部的所述钻井液样品加热至最终目标温度。

28、采用上述进一步方案的有益效果是：相比于直接加热到最终目标温度，采用梯度加热法可以减小升温过冲。这样就可以精确控制升温速率，尤其是至少两个测试组件同时实验进行对比时，升温过程的一致性更好。

29、进一步，所述步骤1具体为，直接取钻井液基础液，另外将钻井液基础液和不同含量的相变储热材料混合，得到多组所述钻井液样品；将多组所述钻井液样品分别执行步骤2-步骤4。

30、采用上述进一步方案的有益效果是：添加不同含量的相变储热材料，通过将多组钻井液样品的升温曲线进行对比，可以直观对比出相变储热材料的降温效果。

31、进一步，所述钻井液基础液与所述相变储热材料的体积比为：100：1、100：3、100：5或100：10。