一种缝洞型地层封堵模拟系统及方法

1.本发明涉及钻井防漏堵漏技术领域，更具体的说是涉及一种缝洞型地层封堵模拟系统及方法。


背景技术：

2.油气井工程中地钻井井漏问题一直是许多科学家难以解决的技术难题，尤其是当地层中存在着各种类型的孔隙、裂缝和溶洞时，问题更加突出。
3.目前，国内外常用的封堵评价装置主要针对微孔隙型漏失，评价封堵材料的作用效果，包括：高温高压仪、动失水仪、岩心流动装置等，也有用于模拟大裂缝和砂床的堵漏仪，但并没有专门针对缝洞型地层的封堵模拟装置。
4.发明专利u208115097公开了一种钻井用不同缝宽堵漏效果评价装置。该装置的核心是通过调节缝板与缝板之间的厚度来调节缝隙的宽度，进而模拟出不同缝隙宽度的地层。但该装置的需要不停更换缝板、缝箱来实现缝隙宽度，模拟条件有限，导致精度降低，不能达到预期效果，且不能模拟洞型较多的缝洞型地层。
5.发明专利cn111122413a公开了一种钻井液防漏堵漏效果评价装置。该装置在通道内壁上设有通道形成缝纹，且装置带有加热套，可控制实验温度。但该装置只能模拟某种缝纹情况下的钻井液堵漏效果，不具有一般性。
6.因此，开发一种精准度较高，能模拟实际地层复杂裂缝或缝洞特征，便于操作的通用型缝洞型封堵模拟装置，成为同行从业人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种缝洞型地层封堵模拟系统及方法。
8.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
9.一种缝洞型地层封堵模拟系统，所述模拟系统模拟缝洞型地层在高温高压下，发生漏失和井喷情况时，堵漏剂的封堵效果，测定流体漏失量和堵漏后的地层承压能力，并对堵漏剂的承压效果进行评定；所述实验内容包括：单独发生漏失时的工况模拟；同时发生漏失和井喷的工况模拟；测定堵漏剂效果在模拟现场工况环境中的承压能力和堵漏能力；根据实验结果对堵漏剂进行综合评价；所述模拟系统的装配，包括缝洞型漏失地层模拟装置、缝洞型易喷地层模拟装置和钻进装置的装配；
10.所述单独发生漏失时的工况模拟，缝洞型漏失地层模拟装置的组成包括缝洞型漏失地层上接口、缝洞型漏失地层箱底、漏失地层压力感应筒体、流体漏失口和裂缝型漏失地层；所述漏失地层压力感应筒体带有压力显示器，上端通过焊接与缝洞型漏失地层上接口相连，下端通过焊接与缝洞型漏失地层箱底相连；所述缝洞型漏失地层箱底侧面开有流体漏失口；所述缝洞型漏失地层上接口上端设有第二槽口；所述裂缝型漏失地层放置在漏失地层压力感应筒体中，并放置在缝洞型漏失地层箱底上；所述缝洞型漏失地层箱底上端设
有第三槽口，下端设有第四槽口，靠外端下侧设有第五凸起；
11.所述裂缝型漏失地层以实际地层的测井资料为基础进行三维建模，通过d打印技术，将地层实际缝洞孔隙度、吼道长度、孔隙半径、孔喉比、配位数等特征参数按照x:y的比例缩小，制造出漏失地层缝、漏失地层洞；所述漏失地层缝的宽度为2-5mm，长度为15-30mm，张开度为0.002-0.004mm，角度为5
°‑
20
°
；所述漏失地层洞的宽度为10-40mm，孔喉比为3-5，配位数为3-10；所述裂缝型漏失地层上端设有第一凸起，下端设有第三凸起；
12.所述第一凸起相嵌于缝洞型漏失地层箱盖下端靠内侧的第一槽口，并通过密封垫圈密封；所述第三凸起相嵌于缝洞型漏失地层箱底的设第三槽口，并通过密封垫圈密封；
13.所述同时发生漏失和井喷的工况模拟，缝洞型易喷地层模拟装置的组成包括缝洞型易喷地层上接口、易喷地层压力感应筒体、缝洞型易喷地层箱底、高压流体入口和裂缝型易喷地层；所述易喷地层压力感应筒体带有压力显示器，上端通过对接焊与缝洞型易喷地层上接口相连，下端通过对接焊与缝洞型易喷地层箱底相连；所述缝洞型易喷地层箱底侧面开有高压流体入口；所述缝洞型易喷地层上接口上开有第五槽口；所述裂缝型易喷地层放置在易喷地层压力感应筒体中，并放置在缝洞型易喷地层箱底上；所述缝洞型易喷地层箱底上端开有第六槽口，下端设有第七凸起；
14.所述裂缝型易喷地层以实际地层的测井资料为基础进行三维建模，通过d打印技术，将地层实际缝洞孔隙度、吼道长度、孔隙半径、孔喉比、配位数等特征参数按照x:y的比例缩小，制造出易喷地层缝、易喷地层洞；所述易喷地层缝的宽度为2-5mm，长度为15-30mm，张开度为0.002-0.004mm，角度为5
°‑
20
°
；所述易喷地层洞的宽度为10-40mm，孔喉比为3-5，配位数为3-10；所述裂缝型易喷地层上端设有第四凸起，下端设有第六凸起；
15.所述第四凸起相嵌于缝洞型漏失地层箱底上的第四槽口，并通过密封垫圈密封；所述第六凸起相嵌于缝洞型易喷地层箱底上的第六槽口，并通过密封垫圈密封；
16.所述钻进装置包括磁力电机、缝洞型漏失地层箱盖、钻杆、和喷头；所述缝洞型漏失地层箱盖下端靠内侧设有第一槽口，靠外侧设有第二凸起。
17.优选的，所述缝洞型漏失地层模拟装置位于缝洞型易喷地层模拟装置上方，缝洞型漏失地层箱底上的第四槽口与裂缝型易喷地层的第四凸起相嵌，并由密封垫密封，第五凸起与缝洞型易喷地层上接口上的第五槽口相嵌，并由密封垫密封；
18.所述缝洞型易喷地层模拟装置位于底箱上方，缝洞型易喷地层箱底上的第七凸起与底箱上部接口上的第七槽口相嵌，并由密封垫密封；
19.所述钻进装置的缝洞型漏失地层箱盖上的第二凸起与缝洞型漏失地层上接口上的第二槽口相嵌，并由密封垫密封；所述第一槽口与裂缝型漏失地层上的第一凸起相嵌，并由密封垫密封；
20.所述缝洞型漏失地层箱盖通过螺栓与缝洞型漏失地层上接口相连；所述缝洞型漏失地层箱底通过螺栓与缝洞型易喷地层上接口；所述缝洞型易喷地层箱底通过螺栓与底箱上部接口相连。
21.优选的，所述漏失地层箱盖侧面开有流体循环出口；流体自喷头喷出进入底箱中，随后上返，先经过裂缝型易喷地层与钻杆之间的环形空间，再经过裂缝型漏失地层与钻杆之间的环形空间，最终从流体循环出口流出；流体流出流体循环出口后，通过第三单向阀、流体计量计流入搅拌泵后从循环泵泵出，再经过第四单向阀从磁力电机流入钻杆，最终从
喷头喷出，此过程模拟实际工况下的流体的循环过程。
22.优选的，所述流体在上返过程中会流经裂缝型漏失地层与钻杆之间的环形空间，随后部分流体会通过裂缝型漏失地层上的漏失地层缝、漏失地层洞流入裂缝型漏失地层与缝洞型漏失地层筒体之间的缝隙，从流体漏失口流出，最终经过第一单向阀和控制阀流入流体收集器，此过程用于模拟地层发生漏失时的工况。
23.优选的，所述高压流体入口中有来自流体加压泵的高压流体；所述流体加压泵将流体加压至指定压强后，沿着管线经过第二单向阀从高压流体入口进入裂缝型易喷地层与易喷地层压力感应筒体之间的缝隙，最终经过裂缝型易喷地层中的易喷地层缝、易喷地层洞进入裂缝型易喷地层与钻杆之间的环形空间，高压流体会随着裂缝型易喷地层与钻杆之间的环形空间上返，此过程用于模拟实际工况中发生井喷的情况。
24.优选的，所述缝洞型漏失地层模拟装置、缝洞型易喷地层模拟装置和钻进装置的装配位于加热套中间；所述加热套根据实际情况调节温度。
25.优选的，所述调节升降阀的调节作用，通过对调节升降阀的高度进行调节，来控制流体的位置，满足不同工况的模拟。
26.一种缝洞型地层的建模d打印方法，具体步骤如下：
27.s1，获取缝洞性地层的成像测井数据：
28.利用三维成像测井技术采集井下的地层信息，测得目标深度5个不同周向上的60条方位侧向曲线，得到包括非均质地测层、非诱导裂缝、原装地层电阻率的数据描述，得到井壁二维图像或井眼周围某一探测范围内的三维图像；
29.s2，数字岩芯构建：
30.在成像测井的基础上，对测井资料进行分析，识别出缝洞以及其各自的位置，建立出对应的数字岩芯模型；岩芯内部溶洞发育个数为10-60个，裂缝条数为10-30条，岩芯孔隙度为2.3-7.5％，面洞率为0.1-15.0％，面缝率为0-0.05％，缝洞的尺度、空间组合型态以及孔隙度按照真实岩芯进行设置，用于缝洞性地层的封堵模拟研究；
31.s3，地层打印：
32.将建模后的数字岩心导入电脑，进行打印。
33.优选的，所述实际工况的模拟，包括：未发生地层漏失的工况模拟、单独发生漏失时的工况模拟以及同时发生漏失和井喷的工况模拟，其中：
34.未发生地层漏失的工况模拟：关闭第一单向阀、第二单向阀，打开第三单向阀和第四单向阀，将调节升降阀调至缝洞型漏失地层箱底上平面所在位置；往搅拌机中加入指定流体，打开搅拌机、循环泵和磁力电机，在磁力电机的作用下，流体会沿着钻杆从喷头喷出至下部地层模拟箱；流体上返，先经过裂缝型易喷地层与钻杆之间的环型空间，再经过裂缝型漏失地层与钻杆之间的环型空间，最终从流体循环出口流出；流体流出流体循环出口后，通过第三单向阀、流体计量计流入搅拌机后从循环泵泵出，再经过第四单向阀从磁力电机流入钻杆，最终从喷头喷出，此过程模拟未发生地层漏失的工况；
35.单独发生漏失时的工况模拟：打开第一单向阀、第三单向阀、控制阀和第四单向阀，关闭第二单向阀，将调节升降阀调至缝洞型漏失地层箱底上平面所在位置；流体在上返过程中会流经裂缝型漏失地层与钻杆之间的环型空间，同时部分流体会通过裂缝型漏失地层上的漏失地层缝、漏失地层洞流入裂缝型漏失地层与漏失地层压力感应筒体之间的缝
隙，经过漏失地层稳定构件从流体漏失口流出，最终经过第一单向阀和控制阀流入流体收集器，此过程用于模拟地层发生漏失时的工况；
36.同时发生漏失和井喷的工况模拟：打开第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀和控制阀，将调节升降阀调至缝洞型易喷地层箱底上平面所在位置。流体加压泵将流体加压至指定压强后，流体沿着管线经过第二单向阀从高压流体入口进入裂缝型易喷地层与易喷地层压力感应筒体之间的缝隙，最终经过裂缝型易喷地层中的易喷地层缝、易喷地层洞进入裂缝型易喷地层与钻杆之间的环型空间，汇入上返流体中，此过程用于模拟实际工况中发生井喷的情况。
37.一种缝洞型地层封堵方法，包括只漏失地层发生漏失，易喷地层未发生井喷的工况以及漏失地层发生漏失，易喷地层发生井喷的工况，其中：
38.只漏失地层发生漏失，易喷地层未发生井喷的工况：打开第一单向阀、第三单向阀、控制阀和第四单向阀，关闭第二单向阀，将调节升降阀调至缝洞型漏失地层箱底上平面所在位置；流体在上返过程中会流经裂缝型漏失地层与钻杆之间的环型空间，同时部分流体会通过裂缝型漏失地层上的漏失地层缝、漏失地层洞流入裂缝型漏失地层与漏失地层压力感应筒体之间的缝隙，从流体漏失口流出，最终经过第一单向阀和控制阀流入流体收集器；稳压一定时间，直至流体计量计的数据保持稳定，记录流体收集器在3分钟内收集到的流体量，记为va，单位为ml；记录漏失地层压力感应筒体上压力感应器的值，记为pa，单位为mpa；往搅拌机中加入一定量的堵漏材料，并循环一段时间，当流体计量计的数据的数据再次保持稳定时，记录流体收集器在3分钟内收集到的流体量，记为vb，单位为ml；记录漏失地层压力感应筒体上压力感应器的值，记为pb，单位为mpa；
39.漏失地层发生漏失，易喷地层发生井喷的工况：打开第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀和控制阀，将调节升降阀调至缝洞型易喷地层箱底上平面所在位置；流体加压泵将流体加压至指定压强后，流体沿着管线经过第二单向阀从高压流体入口进入裂缝型易喷地层与易喷地层压力感应筒体之间的缝隙，最终经过裂缝型易喷地层中的易喷地层缝、易喷地层洞进入裂缝型易喷地层与钻杆之间的环型空间，进入裂缝型漏失地层与钻杆之间的环型空间，同时部分流体会通过裂缝型漏失地层上的漏失地层缝、漏失地层洞流入裂缝型漏失地层与漏失地层压力感应筒体之间的缝隙，经过漏失地层稳定构件从流体漏失口流出，最终经过第一单向阀和控制阀流入流体收集器；
40.稳压一定时间，记录流体收集器在3分钟内收集到的流体量，记为v
a2
，单位为ml；记录漏失地层压力感应筒体上压力感应器的值，记为p
a2
，单位为mpa；往搅拌机中加入一定量的堵漏材料，并循环一段时间，当流体计量计的数据再次保持稳定时，记录流体收集器在3分钟内收集到的流体量，记为v
b2
，单位为ml；记录漏失地层压力感应筒体上压力感应器的值，记为p
b2
，单位为mpa；记录易喷地层压力感应筒体上压力感应器的值，记为pc，单位为mpa。
41.通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：
42.(1)该方法可以模拟上部地层发生漏失，下部地层发生井喷的复杂工况；
43.(2)采用3d打印制作的地层裂缝和孔洞的分布情况更加贴近真实地层；
44.(3)通过制作不同的地层，可以实现实际工况下钻井液堵漏效果评价；
45.(4)在整个评价装置内设置有磁力电机带动钻杆和喷头转动，且喷头会喷出钻井
液，更为真实的模拟实际钻井工况，使得评价结果更为准确。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需附图作简单介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
47.图1是本发明中缝洞型地层封堵模拟系统及方法的装置总图；
48.图2是本发明中缝洞型地层封堵模拟系统及方法的缝洞型漏失地层模拟装置示意图；
49.图3是本发明中缝洞型地层封堵模拟系统及方法的缝洞型易喷地层模拟装置示意图；
50.图4是本发明中缝洞型地层封堵模拟系统及方法的裂缝型漏失地层示意图；
51.图5是本发明中缝洞型地层封堵模拟系统及方法的裂缝型易喷地层示意图；
52.图6是本发明中缝洞型地层封堵模拟系统及方法的钻进装置示意图；
53.图中：1-缝洞型漏失地层模拟装置、2-缝洞型易喷地层模拟装置、3-钻进装置、101-缝洞型漏失地层上接口、102-裂缝型漏失地层、103-缝洞型漏失地层箱底、104-流体漏失口、105-第三槽口、106-第四槽口、107-第五凸起、108-漏失地层压力感应筒体、109-第二槽口、19-调节升降阀、20-漏失地层洞、21-漏失地层缝、22-易喷地层缝、23-易喷地层洞、24-第二凸起、25-流体循环出口、26-底箱上部接口、27-底箱、28-加热套、29-第一凸起、30-第三凸起、31-第四凸起、32-第一槽口、33-第七槽口、34-第六凸起、201-缝洞型易喷地层上接口、202-第五槽口、203-裂缝型易喷地层、204-第六槽口、205-高压流体入口、206-缝洞型易喷地层箱底、207-第七凸起、208-易喷地层压力感应筒体、4-磁力电机、5-钻杆、6-喷头、7-流体收集器、8-控制阀、9-流体加压泵、10-第一单向阀、11-第二单向阀、12-下部地层模拟箱、13-第三单向阀、14-流体计量计、15-搅拌机、16-循环泵、17-第四单向阀、18-缝洞型漏失地层箱盖。
具体实施方式
54.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.实施例1
56.只漏失地层发生漏失，易喷地层未发生井喷的工况，如图2所示：打开第一单向阀10、第三单向阀13、控制阀8和第四单向阀17，关闭第二单向阀11。流体在上返过程中会流经裂缝型漏失地层102与钻杆5之间的环型空间，同时部分流体会通过裂缝型漏失地层102上的漏失地层缝21、漏失地层洞20流入裂缝型漏失地层102与漏失地层压力感应筒体108之间的缝隙，从流体漏失口104流出，最终经过第一单向阀10和控制阀8流入流体收集器7。稳压一定时间，直至流体计量计14的数据保持稳定，记录流体收集器在3分钟内收集到的流体量，记为va，单位为ml；记录漏失地层压力感应筒体108上压力感应器的值，记为pa，单位为
mpa。往搅拌机15中加入一定量的堵漏材料，并循环一段时间，当流体计量计14的数据的数据再次保持稳定时，记录流体收集器在3分钟内收集到的流体量，记为vb，单位为ml；记录漏失地层压力感应筒体108上压力感应器的值，记为pb，单位为mpa。
57.漏失地层发生漏失，易喷地层发生井喷的工况如图3所示：打开第一单向阀10、第二单向阀11、第三单向阀13、第四单向阀17和控制阀8。流体加压泵9将流体加压至指定压强后，流体沿着管线经过第二单向阀11从高压流体入口205进入裂缝型易喷地层203与易喷地层压力感应筒体208之间的缝隙，最终经过裂缝型易喷地层203中的易喷地层缝22、易喷地层洞23进入裂缝型易喷地层203与钻杆5之间的环型空间，进入裂缝型漏失地层102与钻杆5之间的环型空间，同时部分流体会通过裂缝型漏失地层102上的漏失地层缝21、漏失地层洞20流入裂缝型漏失地层102与漏失地层压力感应筒体108之间的缝隙，经过漏失地层稳定构件105从流体漏失口104流出，最终经过第一单向阀10和控制阀8流入流体收集器7。
58.稳压一定时间，记录流体收集器在3分钟内收集到的流体量，记为v
a2
，单位为ml；记录漏失地层压力感应筒体108上压力感应器的值，记为p
a2
，单位为mpa。往搅拌机15中加入一定量的堵漏材料，并循环一段时间，当流体计量计14的数据再次保持稳定时，记录流体收集器在3分钟内收集到的流体量，记为v
b2
，单位为ml；记录漏失地层压力感应筒体108上压力感应器的值，记为p
b2
，单位为mpa；记录易喷地层压力感应筒体208上压力感应器的值，记为pc，单位为mpa。
59.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。