一种颗粒堵漏材料的评价装置及评价方法与流程

1.本发明涉及石油钻井颗粒堵漏材料的评价领域，特别涉及一种颗粒堵漏材料的评价装置及评价方法。


背景技术：

2.桥接堵漏占全部堵漏施工的50％以上，所使用的颗粒堵漏材料性能对堵漏效果影响很大，若材料性能不过关，堵漏成功率会明显下降。特别是常用的颗粒类颗粒堵漏材料，其为架桥材料，在漏失通道内生成封堵层的“骨架”，为后续成功封堵打下基础。因此，颗粒堵漏材料对于桥接堵漏至关重要，颗粒类颗粒堵漏材料性能直接影响桥接堵漏效果。
3.目前，针对颗粒堵漏材料的常规评价方法，多参照标准件强度测试方法，必须把颗粒堵漏材料做成标准模块进行测试。然而，由于桥接堵漏所用颗粒堵漏材料多为不规则形状，特别是果壳类材料，很难做成标准模块，其强度指标很难准确判断。或者，借助堵漏浆来间接评价颗粒堵漏材料的封堵性能，但是其反应的是整个堵漏浆体系的性能，不能准确反应颗粒堵漏材料的物理性能。目前为止，并没有针对高温高压环境下的颗粒类颗粒堵漏材料强度评价装置，现有的主要是把颗粒堵漏材料在高温高压下热滚后再测其强度，不能真实的反应颗粒类颗粒堵漏材料在高温高压下的强度。
4.由于模拟温度、压力环境对于评价颗粒堵漏材料强度、抗温能力和耐浸泡性，提高桥接颗粒堵漏材料选择的针对性，是很有必要的，因此有必要研发出一种颗粒堵漏材料的评价装置及评价方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种颗粒堵漏材料的评价装置及评价方法，模拟高温高压等漏失层环境，评价颗粒堵漏材料的强度、抗温、耐浸泡等指标，为高温高压环境下的颗粒堵漏材料选择提供参考。
6.为达上述目的，本发明提供一种颗粒堵漏材料的评价装置，其包括：
7.模拟腔室，其由加热保温层所包围，所述模拟腔室内用于盛放待测试的颗粒堵漏材料；
8.液压加压缸体，其内设置有能够移动的液压加压柱塞，所述液压加压柱塞远离液压加压缸体的一端连接有隔离柱塞，所述隔离柱塞用于对模拟腔室内的颗粒堵漏材料进行加压；所述液压加压柱塞上设置有位移传感器；
9.第一液压泵，其与所述模拟腔室连接，用于向模拟腔室中输送模拟钻井液，以向模拟腔室提供压力。
10.在优选实施例中，所述第一液压泵与所述模拟腔室通过第一连接管线进行连接，所述第一连接管线与模拟腔室接触端设置有滤网。
11.在优选实施例中，所述第一连接管线上设置有单流阀，以防止模拟钻井液回流到第一液压泵，所述连接管线上还设置有第一压力表和第一泄压阀。
12.在优选实施例中，还包括第二液压泵，其通过第二连接管线而与液压加压缸体的进液口连通，用于向液压加压缸体提供液压油。
13.在优选实施例中，所述第二连接管线上设置有单流阀，以防止液压油回流到第二液压泵，所述第二连接管线上还设置有第二压力表和第二泄压阀。
14.在优选实施例中，所述隔离柱塞外侧面设置有内槽，所述内槽内部设置有抗高温橡胶圈，其用于密封隔离柱塞与模拟腔室之间的空隙。
15.本发明还提供一种采用上述的颗粒堵漏材料的评价装置所实施的评价方法，其包括以下步骤：
16.(1)将所述颗粒堵漏材料进行烘制，而后将颗粒堵漏材料进行筛分；
17.(2)称取筛分后的质量为g1的颗粒堵漏材料放入模拟腔室中，将模拟钻井液泵入模拟腔室中并没过颗粒堵漏材料至模拟腔室顶部，装上隔离柱塞；
18.(3)将隔离柱塞推动至颗粒堵漏材料顶部，并使模拟腔室中的压力升至预设压力，记录颗粒堵漏材料的高度l0，位移传感器记录位移为0；
19.(4)利用加热保温层对模拟腔室进行加温至预设温度，保持模拟腔室中的压力为预设压力，通过隔离柱塞对颗粒堵漏材料进行加压，通过位移传感器记录不同时间的位移量
△
li，加压过程中保持模拟腔室中的液体压力值不变；
20.(5)经过预设实验时间，取出颗粒堵漏材料，用清水冲洗干净，再次进行烘制及筛分，称取筛余质量g2
21.(6)按下式计算颗粒堵漏材料的完整率s，
22.s＝g2/g1*100
23.式中：
24.s
---
颗粒堵漏材料的完整率，％；
25.g1
---
实验前的颗粒堵漏材料质量，g；
26.g2
---
实验后的颗粒堵漏材料质量，g；
27.(7)按下式计算颗粒的变形率c，
28.c＝
△
li/l0*100
29.式中：
30.c
---
颗粒堵漏材料的变形率，％；
31.l0---
预设压力下颗粒堵漏材料的高度，cm；
32.△
li---
实验i分钟后液压加压柱塞的位移量，cm。
33.在优选实施例中，步骤(1)和步骤(5)中的烘制条件为在100℃烘箱中烘制6h。
34.在优选实施例中，步骤(1)和步骤(5)中的筛分条件为将初筛叠加在细筛之上，对颗粒堵漏材料进行过筛。
35.在优选实施例中，步骤(3)中的预设压力为1mpa。
36.本发明的有益效果在于：本发明的评价装置由模拟温度、压力等不同漏失环境的模拟腔室、模拟颗粒堵漏材料受力的液加加压活塞机构等组成，在保持一定的温度和水力压力的前提下，通过液压泵推动活塞对颗粒堵漏材料额外加压，评价颗粒状颗粒堵漏材料在漏失层环境下随时间的强度、体积变化情况，通过计算颗粒堵漏材料的完整率和变形率，来体现其强度、抗温及耐浸泡性能，为颗粒状颗粒堵漏材料的选择提供依据。该装置最高可
模拟20mpa、150℃的漏失环境，且该装置原理清晰，操作方便，对不同温度压力环境下的漏失层选择适用的颗粒堵漏材料具有较好的指导作用。
附图说明
37.图1为根据本发明的颗粒堵漏材料的评价装置的示意图。
38.附图标记说明：1、模拟腔室，2、加热保温层，3、隔离柱塞，4、颗粒堵漏材料，5、液压加压柱塞，6、液压加压器缸体，7、液压油，8、固定梁架，9、滤网，10、单流阀，11、压力表，12、泄压阀，13、液压泵，14、连接管线，15、泄压阀，16、压力表，17、单流阀，18、液压泵，19、连接管线，20、位移传感器，21、电脑控制端，22、模拟钻井液，23、钻井液池。
具体实施方式
39.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
40.如图1所示，其为根据本发明的颗粒堵漏材料的评价装置的示意图。本发明提供一种颗粒堵漏材料的评价装置，其主要包括模拟腔室1、加热保温层2、隔离柱塞3、液压加压柱塞5、液压加压缸体6、液压油7、固定梁架8、滤网9、单流阀10、第一压力表11、第一泄压阀12、液压泵13、第一连接管线14、位移传感器20、钻井液池23和电脑控制端21等。
41.所述模拟腔室1是由高强度钢质材料制成的圆柱体容器，其顶部开放且内壁光滑，用于盛放待测试的颗粒堵漏材料4。所述加热保温层2包围所述模拟腔室1的底壁和侧壁，用于对模拟腔室1进行加热并保持设定温度。在优选实施例中，所述加热保温层可选用厚石棉层，其内设置有电阻丝，通过电阻丝对模拟腔室1进行加热，并保持温度。
42.所述液压加压缸体6内设置有可沿上下方向移动的液压加压柱塞5，所述液压加压柱塞5与所述液压加压缸体6所围置的腔室中填充有液压油7，所述液压加压柱塞5远离液压加压缸体6的一端连接有隔离柱塞3，所述隔离柱塞3用于对模拟腔室1内的颗粒堵漏材料4进行加压。
43.在一个优选实施例中，所述隔离柱塞3为钢质高强度圆柱体，其直径与模拟腔室1的内径相等，且隔离柱塞3的外侧面设置有内槽(图中未详示)，其可以通过与内槽相匹配的抗高温橡胶圈密封隔离柱塞3与模拟腔室1之间的空隙，并能够承受较高的压力，保持模拟腔室1内的压力。
44.在另一个优选实施例中，所述液压加压柱塞5与液压加压缸体6为一套活塞结构，其均为钢质材料，可通过液压油7提供50mpa的压力，通过该液压加压柱塞5为隔离柱塞3提供动力，向模拟腔室1中的颗粒堵漏材料施加压力。
45.在一个优选实施例中，第二液压泵18通过第二连接管线19而与液压加压缸体6的进液口连通，用于向液压加压缸体6提供液压油7，进而为液压加压柱塞5以及隔离柱塞3提供动力。优选地，所述第二连接管线19上设置有单流阀17，其能够有效防止液压油7回流到第二液压泵18端。此外，所述第二连接管线19上还设置有第二压力表16和第二泄压阀15，所述第二压力表16用于观察第二连接管线19中的压力，第二泄压阀15则用于在实验结束后释放液压加压器缸体6中液压油7的压力。
46.所述固定梁架8用于隔离腔室1和液压加压器缸体6。具体地，所述固定梁架8呈方形框架，并使液压加压器缸体6设置在隔离腔室1的正上方，以便于向待评价的颗粒堵漏材
料4施加压力。
47.第一液压泵13通过第一连接管线14而与模拟腔室1连通，所述第一液压泵13通过抽取钻井液池23中的模拟钻井液22再经由第一连接管线14为模拟腔室1提供压力，从而模拟地层压力。优选地，所述第一连接管线14与模拟腔室1接触端设置有滤网9，防止模拟腔室1里的待评价的颗粒堵漏材料4破碎后堵塞第一连接管线14。此外，所述第一连接管线14上设置有单流阀10，其能够有效防止模拟钻井液22回流到第一液压泵13端，保持模拟腔室1里的压力。所述连接管线14上还设置有第一压力表11和第一泄压阀12，所述第一压力表11用于观察第一连接管线14即模拟腔室1中的压力，第一泄压阀12则通过泄压以用于控制模拟腔室1中的压力，模拟地层压力情况。
48.在一个优选实施例中，在所述液压加压柱塞5上还设置有位移传感器20，其用于测量液压加压柱塞5的位移量。
49.电脑控制端21通过数据线分别与加热保温层2、第一泄压阀12、第一液压泵13、第二压力表16、第二液压泵18和位移传感器20连接，用于控制并记录模拟腔室1中的温度、压力，控制并记录液压油7的压力即液压加压柱塞5的压力，测量并记录液压加压柱塞5的位移量。
50.本发明的工作原理如下：
51.实验前，将颗粒堵漏材料4在100℃烘箱中烘制6h，用2个筛子叠在一起，粗筛在上，细筛在下，将颗粒堵漏材料4进行筛分，取细筛上颗粒堵漏材料进行实验。
52.实验时，称取筛取的质量为g1的颗粒堵漏材料4放入模拟腔室1中至大约二分之一高度处，开动液压泵13将钻井池23中的模拟钻井液22泵入模拟腔室1中并没过颗粒堵漏材料4至模拟腔室1顶部，装上隔离柱塞3，打开第一泄压阀12，开动第二液压泵18，使液压加压柱塞5推动隔离柱塞3至颗粒堵漏材料4顶部，关闭第一泄压阀12，开动第二液压泵18使模拟腔室1中的压力升至1mpa，记录颗粒堵漏材料的高度l0，位移传感器20记录位移为0，开动加热保温层2中的加热电阻丝，加温至设计温度，加温过程中间断打开第一泄压阀12，保持模拟腔室1中的压力为设计压力，开动第二液压泵18为颗粒堵漏材料4加压，通过位移传感器20记录不同时间的位移量li，加压过程中随时控制第一泄压阀12保持模拟腔室1中的液体压力值不变。
53.实验时间可为12h、24h、36h、48h或更长时间，根据堵漏要求进行实验。实验结束后，泄压、降温，取出颗粒堵漏材料，用清水冲洗干净，放入100℃烘箱中烘制6h，用实验前的2个筛子，按同样的方法将烘干的颗粒堵漏材料过筛，称取细目筛子上的筛余质量g2，按下式计算颗粒堵漏材料的完整率s。
54.s＝g2/g1*100
55.式中：
56.s
---
颗粒堵漏材料的完整率，％；
57.g1
---
实验前的颗粒堵漏材料质量，g；
58.g2
---
实验后的颗粒堵漏材料质量，g。
59.完整率s越高，说明颗粒堵漏材料抗温、耐浸泡等性能越好。根据不同颗粒堵漏材料的完整率数值，优选合适的颗粒堵漏材料。
60.按下式计算颗粒的变形率c
61.c＝
△
li/l0*100
62.式中：
63.c
---
颗粒堵漏材料的变形率，％；
64.l0---
1mpa情况下颗粒堵漏材料的高度，cm；
65.△
li---
实验i分钟后液压加压柱塞的位移量，cm。
66.变形率越大，说明颗粒堵漏材料强度性能越差。根据不同颗粒堵漏材料的变形率，优选合适的颗粒堵漏材料。
67.本发明还提供了一种颗粒堵漏材料的评价方法，其主要包括以下步骤：
68.(1)将颗粒堵漏材料在100℃烘箱中烘制6h，用2个筛子叠在一起，粗筛在上，细筛在下，将颗粒堵漏材料4进行筛分，取细筛上颗粒堵漏材料进行实验；
69.(2)实验时，称取筛取的质量为g1的颗粒堵漏材料4放入模拟腔室1中至大约二分之一高度处，开动液压泵13将钻井池23中的模拟钻井液22泵入模拟腔室1中并没过颗粒堵漏材料4至模拟腔室1顶部，装上隔离柱塞3；
70.(3)打开第一泄压阀12，开动第二液压泵18，使液压加压柱塞5推动隔离柱塞3至颗粒堵漏材料4顶部，关闭第一泄压阀12，开动第二液压泵18使模拟腔室1中的压力升至预设压力，如1mpa，但不以此为限，记录颗粒堵漏材料的高度l0，位移传感器20记录位移为0；
71.(4)开动加热保温层2中的加热电阻丝，加温至预设温度，加温过程中间断打开第一泄压阀12，保持模拟腔室1中的压力为预设压力，开动第二液压泵18为颗粒堵漏材料4加压，通过位移传感器20记录不同时间的位移量li，加压过程中随时控制第一泄压阀12保持模拟腔室1中的液体压力值不变。
72.(5)实验时间可为12h、24h、36h、48h或更长时间，根据堵漏要求进行实验。实验结束后，泄压、降温，取出颗粒堵漏材料，用清水冲洗干净，放入100℃烘箱中烘制6h，用实验前的2个筛子，按同样的方法将烘干的颗粒堵漏材料过筛，称取细目筛子上的筛余质量g2，按下式计算颗粒堵漏材料的完整率s。
73.s＝g2/g1*100
74.式中：
75.s
---
颗粒堵漏材料的完整率，％；
76.g1
---
实验前的颗粒堵漏材料质量，g；
77.g2
---
实验后的颗粒堵漏材料质量，g。
78.完整率s越高，说明颗粒堵漏材料抗温、耐浸泡等性能越好。根据不同颗粒堵漏材料的完整率数值，优选合适的颗粒堵漏材料。
79.按下式计算颗粒的变形率c
80.c＝
△
li/l0*100
81.式中：
82.c
---
颗粒堵漏材料的变形率，％；
83.l0---
1mpa情况下颗粒堵漏材料的高度，cm；
84.△
li---
实验i分钟后液压加压柱塞的位移量，cm。
85.变形率越大，说明颗粒堵漏材料强度性能越差。根据不同颗粒堵漏材料的变形率，优选合适的颗粒堵漏材料。
86.综上所述，本发明的有益效果在于：本发明的评价装置由模拟温度、压力等不同漏失环境的模拟腔室、模拟颗粒堵漏材料受力的液加加压活塞机构等组成，在保持一定的温度和水力压力的前提下，通过液压泵推动活塞对颗粒堵漏材料额外加压，评价颗粒状颗粒堵漏材料在漏失层环境下随时间的强度、体积变化情况，通过计算颗粒堵漏材料的完整率和变形率，来体现其强度、抗温及耐浸泡性能，为颗粒状颗粒堵漏材料的选择提供依据。该装置最高可模拟20mpa、150℃的漏失环境，且该装置原理清晰，操作方便，对不同温度压力环境下的漏失层选择适用的颗粒堵漏材料具有较好的指导作用。
87.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。