CN104900131A

CN104900131A - 一种模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法

Info

Publication number: CN104900131A
Application number: CN201510192727.9A
Authority: CN
Inventors: 尹邦堂; 刘刚; 史玉才; 刘闯; 夏向阳; 李伯尧
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2035-04-22
Also published as: CN104900131B

Abstract

本发明涉及一种模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法，其技术方案是：首先，组装实验装置，第二，钻井液正循环实验方法；第三，气体溢流过程实验方法；第四，地层液相流体实验方法，第五，气液两相流体溢流实验方法；本发明的有益效果是：从而可以观察气体溢流、气液两相流体溢流过程中的流型变化，关井、正常循环过程中三种溢流情况下及井漏的井口油压、套压变化，可以激发学生学习的积极性，对地层流体侵入井筒及井漏的过程有一个直观形象的认识，加深了学生对地层流体溢流及井漏期间参数变化的理解和掌握。

Description

一种模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法

技术领域

本发明涉及一种油气开发实验方法，特别涉及一种模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法。

背景技术

尽管井漏、溢流井喷及井喷失控是石油工业届一直采取各种措施都力求避免的，但是历史证明只要开发石油，此类事故就不可能杜绝。由于此类事故危害巨大，钻井生产单位都会非常重视，因此学生在钻井生产实习过程中接触不到、也不可能看到此类的事故，缺乏对溢流、井涌、井喷、井漏的相关理论知识深入的理解和掌握。目前国内外对钻井过程中的溢流、井涌、井喷、井漏的知识仅是进行理论讲解，缺乏相关的模拟教学实验方法，学生理解不够深入。

中国专利文献号为102418509A，公开了《一种控制压力钻井技术室内试验***及方法》，可以完成对控制压力钻井节流管汇和采集控制***的室内试验。试验***包括钻井地面注入模拟***、钻柱模拟***、地层模拟***、环空模拟***和控制压力回压***。试验***可以模拟立压、套压、井底压力、钻柱和环空压力损失以及钻井过程中的循环、接单根、漏失和井涌的各种情况。其存在的问题是，并不是专用于溢流、井涌、井喷、井漏等模拟，所以，并不能对学生理解溢流、井涌、井喷、井漏等起到很好效果。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法，通过实验过程中调节井筒中的井底压力、地层流体压力的关系，对钻井过程中的溢流、井涌、井喷及井漏有了一个清楚的认识。

本发明提到的一种模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法，包括以下步骤：

首先，组装实验设备，所述实验设备包括有机玻璃内管（1）、有机玻璃外管（2）、内旋转电机（3）、钻井液计量泵（7）、钻井液储存罐（8）、气体流量计（16）、空气压缩机（17）、气液混合器（18）、地层流体流量计（20）、地层液相流体储存罐（21）、气液分离器（25）、计算机（26），所述的有机玻璃内管（1）、有机玻璃外管（2）组成实验观察管路，且实验观察管路的顶部和底部分别通过管路连接到钻井液储存罐（8）和地层液相流体储存罐（21），形成多个循环管路；

其次，钻井液正循环实验方法是钻井液从钻井液储存罐（8）中流出，经钻井液计量泵（7）、流量计（6）、压力计（5）、第三压力控制阀（12）、第二压力控制阀（11）、立压表（14），通过管道进入井筒，然后经内旋转电机（3）、单流阀（4）、有机玻璃内管（1）、有机玻璃内外管环空流出井筒，再经套压表（31）、、第四压力控制阀（13）、管道、气液分离器（25）、阀门、管道进入钻井液储存罐（8）；

第三，气体溢流过程实验方法是保持钻井液正循环，打开空气压缩机（17），调整压力控制阀（29）大小，观察气体管路压力表（15），大于井底压力表（23）时，打开阀门（24），气体经气液混合器（18），由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气体溢流，然后气液混合流体经套压表（31）、第四压力控制阀（13）、管路进入气液分离器（25），经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐；

第四，地层液相流体实验方法是保持钻井液正常循环，关闭第五压力控制阀（29），打开地层液相流体储存罐（21）、地层液相流体计量泵（28），调整第六压力控制阀（30）大小，观察地层液相流体管路压力表（19），大于井底压力表（23）时，打开阀门（24），地层液相流体经气液混合器（18），由管道进入有机玻璃内外管环空，形成地层液相流体溢流，然后气液混合流体经套压表（31）、第四压力控制阀（13）、管路进入气液分离器（25），经回流管路流到钻井液储存罐（8）；

第五，气体溢流模拟过程中，在保持气体管路压力表（15）大于井底压力表（23）的情况下，调大第五压力控制阀（29），就可以模拟不同进气量情况下的气体溢流、井涌、井喷；

地层液相流体溢流模拟过程中，在保持地层流体管路压力表（19）大于井底压力表（23）的情况下，调大第六压力控制阀（30），就可以模拟不同液相流量侵入情况下的液相溢流、井涌、井喷。

优选的，本发明的实验设备可以实现气液两相流体溢流实验，其方法是保持钻井液正常循环，同时打开第五压力控制阀（29）、第六压力控制阀（30）并调整大小，观察气相流量计（16）、气体管路压力表（15），液相流量计（20）、地层流体管路压力表（19），当气体管路压力表（15）、地层流体管路压力计（19）之和大于井底压力表（23）时，打开阀门（24），气液混合器（18）混合后，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气液两相流体溢流，然后气液混合流体经套压表（31）、第四压力控制阀（13）、管路进入气液分离器（25），经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐。

进一步优选的，在气液两相流体溢流模拟过程中，在保持气体管路压力表（15）、地层流体管路压力表（19）之和大于井底压力表（23）的情况下，保持第五压力控制阀（29）不变，调大第六压力控制阀（30）；或者在保持气体管路压力表（15）、地层流体管路压力表（19）之和大于井底压力表（23）的情况下，保持第六压力控制阀（30）不变，调大第五压力控制阀（29），两种情况下都可以模拟地层流体中不同气液混合比例情况下的溢流、井涌、井喷。

更进一步优选的，实验设备可以实现井漏模拟实验，在井漏模拟过程中，保持钻井液正循环，打开地层流体储存罐（21）、地层流体计量泵（28），调整压力大小，观察地层流体管路压力表（19），等于井底压力表（36）时，打开阀门（35），并把钻井液循环管路压力控制阀（23）、第五压力控制阀（29）调大，这时钻井液就会进入地层液相流体流动管路，形成井漏。

本发明的有益效果是：该方法简单易操作，可以激发学生学习的积极性，加深学生对钻井过程中溢流、井涌、井喷、井漏知识的理解和掌握。通过有效控制井底压力、地层流体压力之间的关系，有效模拟钻井液循环、气体溢流、液体溢流、气液两相溢流、井涌、井喷、井漏七种工况。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

上图中：有机玻璃内管1、有机玻璃外管2、内旋转电机3、单流阀4、钻井液循环管路压力计5、钻井液流量计6、钻井液计量泵7、钻井液储存罐8、钻井液染色装置9、立压表14、气体管路压力计15、气体流量计16、空气压缩机17、气液混合器18、地层流体管路压力计19、地层流体流量计20、地层液相流体储存罐21、地层液相流体染色装置22、井底压力表23、阀门24、气液分离器25、计算机26、控制机柜27、钻井液计量泵28、第一压力控制阀10、第二压力控制阀11、第三压力控制阀12、第四压力控制阀13、第五压力控制阀29、第六压力控制阀30、套压表31。

具体实施方式

结合附图1，对本发明作进一步的描述：

首先，组装实验设备，所述实验设备包括有机玻璃内管1、有机玻璃外管2、内旋转电机3、钻井液计量泵7、钻井液储存罐8、气体流量计16、空气压缩机17、气液混合器18、地层流体流量计20、地层液相流体储存罐21、气液分离器25、计算机26，所述的有机玻璃内管1、有机玻璃外管2组成实验观察管路，且实验观察管路的顶部和底部分别通过管路连接到钻井液储存罐8和地层液相流体储存罐21，形成多个循环管路；

其次，钻井液正循环实验方法是钻井液从钻井液储存罐8中流出，经钻井液计量泵7、流量计6、压力计5、第三压力控制阀12、第二压力控制阀11、立压表14，通过管道进入井筒，然后经内旋转电机3、单流阀4、有机玻璃内管1、有机玻璃内外管环空流出井筒，再经套压表31、、第四压力控制阀13、管道、气液分离器25、阀门、管道进入钻井液储存罐8；

第三，气体溢流过程实验方法是保持钻井液正循环，打开空气压缩机17，调整压力控制阀29大小，观察气体管路压力表15，大于井底压力表23时，打开阀门24，气体经气液混合器18，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气体溢流，然后气液混合流体经套压表31、第四压力控制阀13、管路进入气液分离器25，经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐；

第四，地层液相流体实验方法是保持钻井液正常循环，关闭第五压力控制阀29，打开地层液相流体储存罐21、地层液相流体计量泵28，调整第六压力控制阀30大小，观察地层液相流体管路压力表19，大于井底压力表23时，打开阀门24，地层液相流体经气液混合器18，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成地层液相流体溢流，然后气液混合流体经套压表31、第四压力控制阀13、管路进入气液分离器25，经回流管路流到钻井液储存罐8；

第五，气体溢流模拟过程中，在保持气体管路压力表15大于井底压力表23的情况下，调大第五压力控制阀29，就可以模拟不同进气量情况下的气体溢流、井涌、井喷；

地层液相流体溢流模拟过程中，在保持地层流体管路压力表19大于井底压力表23的情况下，调大第六压力控制阀30，就可以模拟不同液相流量侵入情况下的液相溢流、井涌、井喷。

优选的，本发明的实验设备可以实现气液两相流体溢流实验，其方法是保持钻井液正常循环，同时打开第五压力控制阀29、第六压力控制阀30并调整大小，观察气相流量计16、气体管路压力表15，液相流量计20、地层流体管路压力表19，当气体管路压力表15、地层流体管路压力计19之和大于井底压力表23时，打开阀门24，气液混合器18混合后，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气液两相流体溢流，然后气液混合流体经套压表31、第四压力控制阀13、管路进入气液分离器25，经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐。

进一步优选的，在气液两相流体溢流模拟过程中，在保持气体管路压力表15、地层流体管路压力表19之和大于井底压力表23的情况下，保持第五压力控制阀29不变，调大第六压力控制阀30；或者在保持气体管路压力表15、地层流体管路压力表19之和大于井底压力表23的情况下，保持第六压力控制阀30不变，调大第五压力控制阀29，两种情况下都可以模拟地层流体中不同气液混合比例情况下的溢流、井涌、井喷。

更进一步优选的，实验设备可以实现井漏模拟实验，在井漏模拟过程中，保持钻井液正循环，打开地层流体储存罐21、地层流体计量泵28，调整压力大小，观察地层流体管路压力表19，等于井底压力表36时，打开阀门35，并把钻井液循环管路压力控制阀23、第五压力控制阀29调大，这时钻井液就会进入地层液相流体流动管路，形成井漏。

Claims

1.一种模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法，其特征是，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法，其特征是：所述的实验设备可以实现气液两相流体溢流实验，其方法是保持钻井液正常循环，同时打开第五压力控制阀（29）、第六压力控制阀（30）并调整大小，观察气相流量计（16）、气体管路压力表（15），液相流量计（20）、地层流体管路压力表（19），当气体管路压力表（15）、地层流体管路压力计（19）之和大于井底压力表（23）时，打开阀门（24），气液混合器（18）混合后，由管道进入有机玻璃内外管环空，形成气液两相流体溢流，然后气液混合流体经套压表（31）、第四压力控制阀（13）、管路进入气液分离器（25），经分离后，气体直接排放到大气中，液相经回流管路流到钻井液储存罐。

3.根据权利要求2所述的模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法，其特征是：在气液两相流体溢流模拟过程中，在保持气体管路压力表（15）、地层流体管路压力表（19）之和大于井底压力表（23）的情况下，保持第五压力控制阀（29）不变，调大第六压力控制阀（30）；或者在保持气体管路压力表（15）、地层流体管路压力表（19）之和大于井底压力表（23）的情况下，保持第六压力控制阀（30）不变，调大第五压力控制阀（29），两种情况下都可以模拟地层流体中不同气液混合比例情况下的溢流、井涌、井喷。

4.根据权利要求2所述的模拟钻井过程中地层流体溢流及井漏的实验方法，其特征是：所述的实验设备可以实现井漏模拟实验，在井漏模拟过程中，保持钻井液正循环，打开地层流体储存罐（21）、地层流体计量泵（28），调整压力大小，观察地层流体管路压力表（19），等于井底压力表（36）时，打开阀门（35），并把钻井液循环管路压力控制阀（23）、第五压力控制阀（29）调大，这时钻井液就会进入地层液相流体流动管路，形成井漏。