CN113624675A - 一种油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，涉及油气田开发技术领域，包括以下步骤：步骤一、在标准圆柱形岩心的一侧加工出凹槽得到所需的岩心，通过锁紧件将岩心固定于岩心夹持块中，向密封釜内加入待检测钻井液体系；步骤二、通过控制器开启加热部件对密封釜进行加热，接通高压气源使密封釜内部压力达到压力设计值，使得下联动杆旋转；步骤三、控制外置加压杆的压力达到加压设计值，转数与扭力传感器将得到的数据传输至控制器；步骤四：关闭加热部件，开启加压阀门和钻井液排出阀门。该方法能够综合评估高温、高压及密封环境下在泥饼形成过程中钻井液对钻杆‑井壁摩擦副的动态润滑性能，操作简单，适于现场使用。

Description

一种油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，特别是涉及一种油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法。

背景技术

在油气井建井过程中，井眼内钻柱与井壁摩擦及钻具磨损不可避免，由此可能导致包括钻柱磨损开裂、应力腐蚀、起下钻困难、钻井周期延长等一系列复杂井下事故，已严重制约了优快钻井作业，因此降低钻进过程的摩阻与扭矩是石油工业重要研究领域之一。现场主要综合应用工程与化学方法来降低摩阻，主要包括：①改善钻井液润滑性；②优化井眼轨迹；③提高洗井效率，加强固相控制；④提高井壁稳定性；⑤优化钻具组合。上述方法可大大减小钻柱与井壁间摩擦阻力，减少钻杆与套管间磨损，降低粘附卡钻风险，有效提高钻井效率。目前，尽管石油工业在钻井减阻技术上取得了进步，但在减阻效果的评价设备上仍存在一些问题，尤其是对在钻进过程中井筒流体循环漏失情况下的钻柱与井壁摩擦的评价，即对在泥饼形成过程中钻柱与井壁间的摩擦模拟不够精确。常规EP润滑仪、Falex润滑仪、Westport润滑仪等设计基于金属加工行业，主要用于面接触条件下液体介质的润滑成膜性评价；另一类是LEM润滑仪与HLT润滑仪，二者虽然能有效模拟钻井液动态滤失过程，然而LEM润滑仪仅限于常温常压下的钻井液润滑性检测，且其砂芯易受污染；HLT润滑仪虽然可以模拟井下高温高压状态，但其结构复杂，操作难度大，造成现场应用限制较大。

在大量室内试验以及对近年新型减阻及摩阻评价技术调研后发现，目前的井下润滑模拟方法在应用过程中存在两方面不足：

1、现有模拟方法多针对金属副间流体润滑膜作用，缺乏井下钻井液滤失模拟组件，多无法模拟泥饼形成过程中钻柱与井壁的摩阻变化过程，不适于钻井过程中井下动态摩阻描述与分析；部分方法虽克服此不足，但操作复杂需要采用多次补浆完成封堵，而在此操作中封堵条件不可避免发生变化，因此不能准确对漏失层及封堵机理进行描述和分析。

2、现有模拟方法对井下润滑环境模拟不充分，无法模拟井下高温高压条件，尤其存在操作复杂、自动化程度低、模式单一等问题，不利于在钻进过程中钻井液摩阻的现场检测及润滑机理分析。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，能够综合评估高温、高压及密封环境下在泥饼形成过程中钻井液对钻杆-井壁摩擦副的动态润滑性能，操作简单，适于现场使用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，采用油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置进行检测，所述油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置包括密封釜、磁密封联动旋转机构、侧向载荷压持机构、加热部件、高压气源和控制器，所述密封釜一侧设置有加压阀门，所述密封釜底部设置有钻井液排出阀门和温压传感器，所述磁密封联动旋转机构包括下联动杆和转数与扭力传感器，所述密封釜的另一侧设置有安装口，所述安装口的内壁上设置有密封件，所述侧向载荷压持机构包括夹持组件、外置加压杆和压力传感器，所述夹持组件包括岩心夹持块、滤液排出阀门和两个锁紧件，所述岩心夹持块的一侧设置有积液腔，所述积液腔的内侧底部设置有出液孔，所述岩心夹持块远离所述积液腔一侧的底部设置有滤液出口，所述滤液出口上设置有所述滤液排出阀门，所述出液孔和所述滤液出口通过设置于所述岩心夹持块中的滤液通道连接；

该方法包括以下步骤：

步骤一、在标准圆柱形岩心的一侧加工出凹槽得到所需的岩心，关闭所述加压阀门、所述钻井液排出阀门和所述滤液排出阀门，在所述岩心夹持块的所述积液腔的中嵌入所述岩心，将两个所述锁紧件分别安装于所述岩心夹持块的前侧和后侧，通过所述锁紧件将所述岩心固定于所述岩心夹持块中，通过所述安装口将所述岩心夹持块安装于所述密封釜中，使得所述岩心的所述凹槽与下联动杆相贴合，向所述密封釜内加入待检测钻井液体系；

步骤二、通过所述控制器开启所述加热部件对所述密封釜进行加热，通过所述温压传感器、所述加热部件和所述控制器配合工作使得所述密封釜中的待检测钻井液体系温度达到温度设计值；接通所述高压气源，开启所述加压阀门，使密封釜内部压力达到压力设计值，当所述温压传感器测得的压力值达到压力设计值时所述控制器控制所述加压阀门关闭；通过所述控制器开启所述磁密封联动旋转机构使得所述下联动杆旋转；

步骤三、将所述外置加压杆设置于所述岩心夹持块远离所述积液腔的一侧，将所述压力传感器设置于所述外置加压杆和所述岩心夹持块之间，控制所述外置加压杆的压力达到加压设计值，开启所述滤液排出阀门，使得检测过程中渗透所述岩心的滤液通过所述积液腔沿所述出液孔、所述滤液通道由所述滤液出口排出；所述转数与扭力传感器将得到的数据传输至所述控制器，通过所述控制器中的旋转数据采集与分析***和摩阻数据采集与分析***记录在旋转及泥饼形成过程中转数数据和摩阻数据随时间的变化趋势；

步骤四：关闭所述加热部件，待所述密封釜的温度降至室温，开启所述密封釜上部的所述加压阀门泄压至环境压力，开启所述密封釜下部的所述钻井液排出阀门放空剩余的钻井液。

优选地，在步骤二中，所述温度设计值为90℃，所述压力设计值为3.5MPa，所述下联动杆的转速为60rpm；在步骤三中，所述加压设计值为10kgf，测试时间设置为10min，数据记录频率为2秒/次。

优选地，在步骤四中，拆卸所述磁密封联动旋转机构，撤去所述外置加压杆施加的侧向载荷，取出所述岩心以备后续泥饼形貌检测，向所述密封釜内注入清洗液，清洗所述密封釜及所述岩心夹持块内部。

优选地，所述磁密封联动旋转机构还包括动力驱动组件、密封柱、上磁环、下磁环、上垫片、下垫片、上联动杆、上轴承和下轴承，所述密封柱设置于所述密封釜中的上部，所述加压阀门位于所述密封柱的下方，所述密封柱的上表面和下表面分别设置有上凹槽和下凹槽，所述上轴承的外圈固定于所述上凹槽的中部，所述上联动杆由外至内穿过所述密封釜的顶面并固定套设于所述上轴承的内圈中，所述上垫片固定套设于所述上联动杆上且位于所述上凹槽中，所述上磁环间隙套设于所述上轴承的外圈上，且所述上磁环吸附于所述上垫片的下表面，所述下轴承的外圈固定于所述下凹槽的中部，所述下联动杆设置于所述密封柱下方并固定套设于所述下轴承的内圈中，所述下垫片固定套设于所述下联动杆上且位于所述下凹槽中，所述下磁环间隙套设于所述下轴承的外圈上，且所述下磁环吸附于所述下垫片的上表面，所述转数与扭力传感器设置于所述上联动杆的顶端；在步骤二中，所述控制器通过控制所述动力驱动组件驱动所述上联动杆旋转，所述上联动杆会带动所述上垫片和所述上磁环旋转，通过所述上磁环与所述下磁环间的磁力作用能够使得所述下磁环旋转，进而带动所述下垫片和所述下联动杆旋转。

优选地，所述油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置还包括稳定环，所述稳定环固定于所述密封釜中，所述稳定环位于所述密封柱与所述加压阀门之间，所述下联动杆间隙套设于所述稳定环中。

优选地，所述密封釜包括釜体和釜盖，所述釜体的上部设置有开口，所述釜盖螺纹连接于所述釜体上部，所述密封柱螺纹连接于所述釜体中，所述稳定环固定于所述釜体中，所述釜体一侧的上部设置有加压口，所述加压口上设置有所述加压阀门，所述釜体的另一侧设置有所述安装口，所述釜体的底部设置有出液口和所述温压传感器，所述出液口上设置有所述钻井液排出阀门；在步骤四中，先拆卸所述釜盖再拆卸所述磁密封联动旋转机构。

优选地，所述动力驱动组件包括电机、皮带和两个皮带轮，两个所述皮带轮分别安装于所述电机的输出轴和所述上联动杆的上部，所述皮带绕设于两个所述皮带轮上，所述电机与所述控制器连接，在步骤二中，所述控制器控制所述电机开启并通过所述皮带和所述皮带轮驱动所述上联动杆转动。

优选地，所述上垫片的下表面中部设置有第一凸起，所述上磁环的上表面中部设置有与所述第一凸起结构相匹配的第一凹槽；所述下垫片的上表面中部设置有第二凸起，所述下磁环的下表面中部设置有与所述第二凸起结构相匹配的第二凹槽。

优选地，在步骤一中，所述锁紧件为紧固螺栓，两个所述紧固螺栓分别螺纹安装于所述岩心夹持块的前侧和后侧，拧动所述紧固螺栓顶紧于所述岩心上，所述积液腔内壁的两侧均形成与所述岩心结构相匹配的弧形槽。

优选地，在步骤二中，所述高压气源上设置有高压阀门，通过手动控制所述高压阀门对所述高压气源的输出压力进行调节。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，采用油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置进行检测，该装置包括密封釜、磁密封联动旋转机构、侧向载荷压持机构、加热部件、高压气源和控制器，采用磁密封联动旋转机构，使得下联动杆旋转，并结合温度和压力控制组件实施温压调节，不仅能够满足密封釜的密封要求，实现高温高压环境控制，还能有效模拟钻杆的井下旋转运动。通过采用侧向载荷压持机构能够有效模拟钻杆对井壁挤压，其中岩心可以根据岩性参数制备，扩大了设备使用范围。通过转数与扭力传感器采集数据能够建立钻井液的摩阻-时间关系，综合评估在泥饼形成过程中钻井液对钻杆-井壁摩擦副的动态润滑性能，为高性能钻井液筛选提供科学依据。同时，本发明中的模拟检测方法操作简单，适于现场使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法所采用的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置的结构示意图；

图2为本发明提供的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置中密封釜和磁密封联动旋转机构的结构示意图；

图3为本发明提供的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置中夹持组件的主视图；

图4为本发明提供的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置中夹持组件的俯视图；

图5为采用本发明提供的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置弱凝胶钻开液在90℃/3.5MPa下无侧向载荷时的动态摩阻变化曲线图；

图6为采用本发明提供的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置弱凝胶钻开液在90℃/3.5MPa下有侧向载荷时的动态摩阻变化曲线图；

图7为采用本发明提供的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置弱凝胶钻开液在室温室压下无侧向载荷时的动态摩阻变化曲线图；

图8为采用本发明提供的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置弱凝胶钻开液在室温室压下有侧向载荷时的动态摩阻变化曲线图。

附图标记说明：100、油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置；1、高压气源；2、控制器；3、密封釜；301、釜体；302、釜盖；4、加压口；5、加压阀门；6、出液口；7、钻井液排出阀门；8、温压传感器；9、上联动杆；10、密封柱；11、下联动杆；12、转数与扭力传感器；13、电机；14、皮带；15、安装口；16、岩心；17、岩心夹持块；18、外置加压杆；19、压力传感器；20、加热部件；21、上轴承；22、上垫片；23、上磁环；24、下轴承；25、下垫片；26、下磁环；27、稳定环；28、密封件；29、积液腔；30、出液孔；31、滤液通道；32、滤液出口；33、滤液排出阀门；34、锁紧件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

本发明的目的是提供一种油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，能够综合评估高温、高压及密封环境下在泥饼形成过程中钻井液对钻杆-井壁摩擦副的动态润滑性能，操作简单，适于现场使用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本实施例提供一种油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，采用油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置100进行检测，油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置100包括密封釜3、磁密封联动旋转机构、侧向载荷压持机构、加热部件20、高压气源1和控制器2，密封釜3一侧设置有加压阀门5，密封釜3底部设置有钻井液排出阀门7和温压传感器8，磁密封联动旋转机构包括下联动杆11和转数与扭力传感器12，密封釜3的另一侧设置有安装口15，安装口15的内壁上设置有密封件28，本实施例中的密封件28为O型密封圈，侧向载荷压持机构包括夹持组件、外置加压杆18和压力传感器19，夹持组件包括岩心夹持块17、滤液排出阀门33和两个锁紧件34，岩心夹持块17的一侧设置有积液腔29，积液腔29的内侧底部设置有出液孔30，岩心夹持块17远离积液腔29一侧的底部设置有滤液出口32，滤液出口32上设置有滤液排出阀门33，出液孔30和滤液出口32通过设置于岩心夹持块17中的滤液通道31连接；加热部件20、磁密封联动旋转机构、加压阀门5、钻井液排出阀门7、滤液排出阀门33、温压传感器8和压力传感器19均与控制器2连接，密封釜3内的温度、压力变化被温压传感器8采集并传输到控制器2。

该方法包括以下步骤：

步骤一、在标准圆柱形岩心的一侧加工出凹槽得到所需的岩心16，关闭加压阀门5、钻井液排出阀门7和滤液排出阀门33，在岩心夹持块17的积液腔29的中嵌入岩心16，将两个锁紧件34分别安装于岩心夹持块17的前侧和后侧，通过锁紧件34将岩心16固定于岩心夹持块17中，通过安装口15将岩心夹持块17安装于密封釜3中，使得岩心16的凹槽与下联动杆11相贴合，向密封釜3内加入待检测钻井液体系；具体地，岩心夹持块17以动态密封方式与密封釜3连接，安装口15是载荷及内壁模拟装置滑移通道，通过密封件28进行密封，侧向加压使被夹持的岩心16紧靠在下联动杆11上，模拟井下钻杆与井壁的旋转摩擦过程。

步骤二、通过控制器2开启加热部件20对密封釜3进行加热，通过温压传感器8、加热部件20和控制器2配合工作使得密封釜3中的待检测钻井液体系温度达到温度设计值；接通高压气源1，开启加压阀门5，使密封釜3内部压力达到压力设计值，当温压传感器8测得的压力值达到压力设计值时控制器2控制加压阀门5关闭；通过控制器2开启磁密封联动旋转机构使得下联动杆11旋转。

步骤三、将外置加压杆18设置于岩心夹持块17远离积液腔29的一侧，将压力传感器19设置于外置加压杆18和岩心夹持块17之间，具体地，外置加压杆18与压力传感器19连接，可垂直向岩心夹持块17施加压力以满足负载要求，控制外置加压杆18的压力达到加压设计值，载荷传递使岩心16压持在旋转的下联动杆11上，逐渐在岩心16表面形成泥饼，开启滤液排出阀门33，使得检测过程中渗透岩心16的滤液通过积液腔29沿出液孔30、滤液通道31由滤液出口32排出；转数与扭力传感器12将得到的数据传输至控制器2，通过控制器2中的旋转数据采集与分析***和摩阻数据采集与分析***记录在旋转及泥饼形成过程中转数数据和摩阻数据随时间的变化趋势，得到钻杆在模拟井下高温高压条件下的与井壁的动态摩擦力变化。

步骤四、关闭加热部件20，待密封釜3的温度降至室温，开启密封釜3上部的加压阀门5泄压至环境压力，开启密封釜3下部的钻井液排出阀门7放空剩余的钻井液。

具体地，在步骤二中，温度设计值为90℃，压力设计值为3.5MPa，下联动杆11的转速为60rpm；在步骤三中，加压设计值为10kgf，测试时间设置为10min，数据记录频率为2秒/次。

具体地，在步骤四中，拆卸磁密封联动旋转机构，撤去外置加压杆18施加的侧向载荷，取出岩心16以备后续泥饼形貌检测，向密封釜3内注入清洗液，清洗密封釜3及岩心夹持块17内部。

如图2所示，磁密封联动旋转机构还包括动力驱动组件、密封柱10、上磁环23、下磁环26、上垫片22、下垫片25、上联动杆9、上轴承21和下轴承24，密封柱10设置于密封釜3中的上部，加压阀门5位于密封柱10的下方，密封柱10的上表面和下表面分别设置有上凹槽和下凹槽，上轴承21的外圈固定于上凹槽的中部，上联动杆9由外至内穿过密封釜3的顶面并固定套设于上轴承21的内圈中，上垫片22固定套设于上联动杆9上且位于上凹槽中，上磁环23间隙套设于上轴承21的外圈上，且上磁环23吸附于上垫片22的下表面，下轴承24的外圈固定于下凹槽的中部，下联动杆11设置于密封柱10下方并固定套设于下轴承24的内圈中，下垫片25固定套设于下联动杆11上且位于下凹槽中，下磁环26间隙套设于下轴承24的外圈上，且下磁环26吸附于下垫片25的上表面，上磁环23和下磁环26通过密封柱10隔离，转数与扭力传感器12设置于上联动杆9的顶端；在步骤二中，控制器2通过控制动力驱动组件驱动上联动杆9旋转，上联动杆9会带动上垫片22和上磁环23旋转，通过上磁环23与下磁环26间的磁力作用能够使得下磁环26旋转，进而带动下垫片25和下联动杆11旋转，下联动杆11能够有效模拟钻杆的井下旋转运动。为减小上联动杆9和下联动杆11的旋转阻力，上垫片22和下垫片25与密封柱10之间留有间隙，既可实现密封釜3腔体密封，又达到腔内流体剪切模拟效果。

具体地，上垫片22的下表面中部设置有第一凸起，上磁环23的上表面中部设置有与第一凸起结构相匹配的第一凹槽，进而使得上磁环23牢固地嵌套吸附于上垫片22上；下垫片25的上表面中部设置有第二凸起，下磁环26的下表面中部设置有与第二凸起结构相匹配的第二凹槽，进而使得下磁环26牢固地嵌套吸附于下垫片25上。

具体地，控制器2中设置有旋转控制***、旋转数据采集与分析***、摩阻数据采集与分析***和温压控制数据采集***，旋转控制***用于对动力驱动组件进行控制，旋转数据采集与分析***用于对转数与扭力传感器12传输的转数数据进行采集及分析，摩阻数据采集与分析***用于对转数与扭力传感器12传输的扭力数据进行采集及分析，温压控制数据采集***用于对温压传感器8传输的温度和压力数据进行采集及分析。控制器2与计算机连接，通过计算机串行口采集数据并实时显示、存储，便于即时分析，数据点采集频率2～10秒/次，也可根据要求调整。

本实施例中的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置100还包括稳定环27，稳定环27固定于密封釜3中，稳定环27位于密封柱10与加压阀门5之间，下联动杆11间隙套设于稳定环27中，进而确保下联动杆11在摩阻检测时居中稳定，同时防止侧向压力导致压持破坏。

密封釜3包括釜体301和釜盖302，釜体301的上部设置有开口，釜盖302螺纹连接于釜体301上部，密封柱10螺纹连接于釜体301中，稳定环27固定于釜体301中，釜体301一侧的上部设置有加压口4，加压口4与高压气源1连接，加压口4上设置有加压阀门5，釜体301的另一侧设置有安装口15，釜体301的底部设置有出液口6和温压传感器8，出液口6上设置有钻井液排出阀门7，钻井液排出阀门7用于排出密封釜3腔体内的检测液体，钻井液排出阀门7为放空阀；在步骤四中，先拆卸釜盖302再拆卸磁密封联动旋转机构。

具体地，加热部件20固定于密封釜3的外部，本实施例中的加热部件20为加热线圈，加热线圈固定于釜体301下端的外部。

具体地，动力驱动组件包括电机13、皮带14和两个皮带轮，两个皮带轮分别安装于电机13的输出轴和上联动杆9的上部，皮带14绕设于两个皮带轮上，电机13与控制器2连接，在步骤二中，控制器2控制电机13开启并通过皮带14和皮带轮驱动上联动杆9转动。本实施例中的电机13为伺服电机。

具体地，在步骤一中，锁紧件34为紧固螺栓，两个紧固螺栓分别螺纹安装于岩心夹持块17的前侧和后侧，拧动紧固螺栓顶紧于岩心16上。本实施例中的岩心16为一侧具有凹槽的弧形块，积液腔29内壁的两侧均形成与弧形块状的岩心16结构相匹配的弧形槽，进而使得岩心16安装牢固。为满足不同井壁模拟要求，可利用人造岩心，标准圆柱形岩心尺寸为直径×长度＝2.5cm×5.0cm，利用直径3.0cm砂轮在标准圆柱形岩心上切削形成凹槽进而得到本实施例中所需的岩心16，该凹槽与下联动杆11完全贴合。

具体地，在步骤二中，高压气源1上设置有高压阀门，通过手动控制高压阀门对高压气源1的输出压力进行调节。本实施例中的高压气源1为高压氮气源。

于本具体实施例中，待检测钻井液体系为海洋油气井钻井施工常用弱凝胶钻开液体系，其基本配方为：海水+0.8wt.％PF-VIS+0.2wt.％NaOH+0.2wt.％Na₂CO₃+15wt.％KCl+3wt.％JLX-C+2wt.％FLOCAT(密度1.15g/cm³)，选取40-60目沙子制备的岩心16，在90℃/3.5MPa下检测体系的动态摩阻变化规律。

本实施例的室内制备步骤包括：

(1)关闭密封釜3上的加压阀门5和钻井液排出阀门7及岩心夹持块17上的滤液排出阀门33，向釜体301中倒入一定量弱凝胶钻开液，安装磁密封联动旋转机构；

(2)打开装置的电源，开启加热部件20，使釜体301内温度达到90℃；

(3)开启高压气源1和加压阀门5，使釜体301内压力达到3.5MPa后控制器2关闭加压阀门5；

(4)不加侧向载荷，开启动力驱动组件，调节机械转数为60rpm，开启数据采集软件，此处的数据采集软件为旋转数据采集与分析***和摩阻数据采集与分析***，连续检测10min无侧向载荷摩阻数据；

(6)关闭电源，打开装置，更换岩心16，重复步骤(1)、(2)和(3)；

(7)侧向施加10kgf，打开装置的电源，开启动力驱动组件，调节机械转数为60rpm，开启数据采集软件，连续检测10min施加侧向载荷时摩阻数据；

(8)关闭电源，打开装置，取出岩心16，清水清洗设备，作图分析数据。

本实施例获得的在高温高压环境下无侧向载荷和有侧向载荷时弱凝胶钻开液摩阻实时变化曲线分别如图5和图6所示。

还可以通过采用本实施例中的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置100进行室温室压下的检测试验以作为高温高压下的检测试验的对比，具体地，待检测钻井液体系为海洋油气井钻井施工常用弱凝胶钻开液体系，其基本配方为：海水+0.8wt.％PF-VIS+0.2wt.％NaOH+0.2wt.％Na₂CO₃+15wt.％KCl+3wt.％JLX-C+2wt.％FLOCAT(密度1.15g/cm³)，选取40-60目沙子制备的岩心16，在室温室压下检测弱凝胶钻开液体系的动态摩阻变化规律。

室温室压下的检测试验的步骤包括：

(1)关闭密封釜3上的加压阀门5和钻井液排出阀门7及岩心夹持块17上的滤液排出阀门33，向釜体301中倒入一定量弱凝胶钻开液，安装磁密封联动旋转机构；

(2)不加侧向载荷，打开装置的电源，开启动力驱动组件，调节机械转数为60rpm，开启数据采集软件，连续检测10min无侧向载荷摩阻数据；

(3)关闭电源，打开装置，更换岩心16，重复步骤(1)；

(4)侧向施加10kgf，打开装置的电源，开启动力驱动组件，调节机械转数为60rpm，开启数据采集软件，连续检测10min施加侧向载荷时摩阻数据；

(5)关闭电源，打开装置，取出岩心16，清水清洗设备，作图分析数据。

本次试验中获得的室温室压下无侧向载荷和有侧向载荷时弱凝胶钻开液摩阻实时变化曲线分别如图7和图8所示。

本实施例中的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法采用磁密封联动旋转机构，将输出动力驱动组件的旋转行为传动至下联动杆11，并结合温度和压力控制组件实施温压调节，不仅能够满足密封釜3的密封要求，实现高温高压环境控制，可模拟高温(～120℃)、高压(～10MPa)井筒环境，还能有效模拟钻杆的井下旋转运动。通过采用侧向载荷压持机构能够有效模拟钻杆对井壁挤压，其中岩心16可以根据岩性参数制备，扩大了设备使用范围，即固定有岩心16的侧向载荷压持机构能够模拟地层与井壁。通过转数与扭力传感器12采集数据能够建立钻井液的摩阻-时间关系，检测在钻进过程中、在钻井液动态滤失及泥饼形成条件下钻杆与井壁间的摩擦行为，建立钻杆与井壁摩阻参数变化与泥饼形成间的动态关系，综合评估在泥饼形成过程中钻井液对钻杆-井壁摩擦副的动态润滑性能，进而综合评价在钻井作业中钻井液的润滑性能，为高性能钻井液筛选提供科学依据。同时，本实施例中的模拟检测装置体积小便携，操作简单，适于现场使用。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，采用油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置进行检测，所述油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置包括密封釜、磁密封联动旋转机构、侧向载荷压持机构、加热部件、高压气源和控制器，所述密封釜一侧设置有加压阀门，所述密封釜底部设置有钻井液排出阀门和温压传感器，所述磁密封联动旋转机构包括下联动杆和转数与扭力传感器，所述密封釜的另一侧设置有安装口，所述安装口的内壁上设置有密封件，所述侧向载荷压持机构包括夹持组件、外置加压杆和压力传感器，所述夹持组件包括岩心夹持块、滤液排出阀门和两个锁紧件，所述岩心夹持块的一侧设置有积液腔，所述积液腔的内侧底部设置有出液孔，所述岩心夹持块远离所述积液腔一侧的底部设置有滤液出口，所述滤液出口上设置有所述滤液排出阀门，所述出液孔和所述滤液出口通过设置于所述岩心夹持块中的滤液通道连接；

该方法包括以下步骤：

步骤一、在标准圆柱形岩心的一侧加工出凹槽得到所需的岩心，关闭所述加压阀门、所述钻井液排出阀门和所述滤液排出阀门，在所述岩心夹持块的所述积液腔的中嵌入所述岩心，将两个所述锁紧件分别安装于所述岩心夹持块的前侧和后侧，通过所述锁紧件将所述岩心固定于所述岩心夹持块中，通过所述安装口将所述岩心夹持块安装于所述密封釜中，使得所述岩心的所述凹槽与下联动杆相贴合，向所述密封釜内加入待检测钻井液体系；

步骤二、通过所述控制器开启所述加热部件对所述密封釜进行加热，通过所述温压传感器、所述加热部件和所述控制器配合工作使得所述密封釜中的待检测钻井液体系温度达到温度设计值；接通所述高压气源，开启所述加压阀门，使密封釜内部压力达到压力设计值，当所述温压传感器测得的压力值达到压力设计值时所述控制器控制所述加压阀门关闭；通过所述控制器开启所述磁密封联动旋转机构使得所述下联动杆旋转；

步骤三、将所述外置加压杆设置于所述岩心夹持块远离所述积液腔的一侧，将所述压力传感器设置于所述外置加压杆和所述岩心夹持块之间，控制所述外置加压杆的压力达到加压设计值，开启所述滤液排出阀门，使得检测过程中渗透所述岩心的滤液通过所述积液腔沿所述出液孔、所述滤液通道由所述滤液出口排出；所述转数与扭力传感器将得到的数据传输至所述控制器，通过所述控制器中的旋转数据采集与分析***和摩阻数据采集与分析***记录在旋转及泥饼形成过程中转数数据和摩阻数据随时间的变化趋势；

步骤四：关闭所述加热部件，待所述密封釜的温度降至室温，开启所述密封釜上部的所述加压阀门泄压至环境压力，开启所述密封釜下部的所述钻井液排出阀门放空剩余的钻井液。

2.根据权利要求1所述的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，在步骤二中，所述温度设计值为90℃，所述压力设计值为3.5MPa，所述下联动杆的转速为60rpm；在步骤三中，所述加压设计值为10kgf，测试时间设置为10min，数据记录频率为2秒/次。

3.根据权利要求1所述的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，在步骤四中，拆卸所述磁密封联动旋转机构，撤去所述外置加压杆施加的侧向载荷，取出所述岩心以备后续泥饼形貌检测，向所述密封釜内注入清洗液，清洗所述密封釜及所述岩心夹持块内部。

4.根据权利要求3所述的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，所述磁密封联动旋转机构还包括动力驱动组件、密封柱、上磁环、下磁环、上垫片、下垫片、上联动杆、上轴承和下轴承，所述密封柱设置于所述密封釜中的上部，所述加压阀门位于所述密封柱的下方，所述密封柱的上表面和下表面分别设置有上凹槽和下凹槽，所述上轴承的外圈固定于所述上凹槽的中部，所述上联动杆由外至内穿过所述密封釜的顶面并固定套设于所述上轴承的内圈中，所述上垫片固定套设于所述上联动杆上且位于所述上凹槽中，所述上磁环间隙套设于所述上轴承的外圈上，且所述上磁环吸附于所述上垫片的下表面，所述下轴承的外圈固定于所述下凹槽的中部，所述下联动杆设置于所述密封柱下方并固定套设于所述下轴承的内圈中，所述下垫片固定套设于所述下联动杆上且位于所述下凹槽中，所述下磁环间隙套设于所述下轴承的外圈上，且所述下磁环吸附于所述下垫片的上表面，所述转数与扭力传感器设置于所述上联动杆的顶端；在步骤二中，所述控制器通过控制所述动力驱动组件驱动所述上联动杆旋转，所述上联动杆会带动所述上垫片和所述上磁环旋转，通过所述上磁环与所述下磁环间的磁力作用能够使得所述下磁环旋转，进而带动所述下垫片和所述下联动杆旋转。

5.根据权利要求4所述的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，所述油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测装置还包括稳定环，所述稳定环固定于所述密封釜中，所述稳定环位于所述密封柱与所述加压阀门之间，所述下联动杆间隙套设于所述稳定环中。

6.根据权利要求5所述的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，所述密封釜包括釜体和釜盖，所述釜体的上部设置有开口，所述釜盖螺纹连接于所述釜体上部，所述密封柱螺纹连接于所述釜体中，所述稳定环固定于所述釜体中，所述釜体一侧的上部设置有加压口，所述加压口上设置有所述加压阀门，所述釜体的另一侧设置有所述安装口，所述釜体的底部设置有出液口和所述温压传感器，所述出液口上设置有所述钻井液排出阀门；在步骤四中，先拆卸所述釜盖再拆卸所述磁密封联动旋转机构。

7.根据权利要求4所述的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，所述动力驱动组件包括电机、皮带和两个皮带轮，两个所述皮带轮分别安装于所述电机的输出轴和所述上联动杆的上部，所述皮带绕设于两个所述皮带轮上，所述电机与所述控制器连接，在步骤二中，所述控制器控制所述电机开启并通过所述皮带和所述皮带轮驱动所述上联动杆转动。

8.根据权利要求4所述的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，所述上垫片的下表面中部设置有第一凸起，所述上磁环的上表面中部设置有与所述第一凸起结构相匹配的第一凹槽；所述下垫片的上表面中部设置有第二凸起，所述下磁环的下表面中部设置有与所述第二凸起结构相匹配的第二凹槽。

9.根据权利要求1所述的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，在步骤一中，所述锁紧件为紧固螺栓，两个所述紧固螺栓分别螺纹安装于所述岩心夹持块的前侧和后侧，拧动所述紧固螺栓顶紧于所述岩心上，所述积液腔内壁的两侧均形成与所述岩心结构相匹配的弧形槽。

10.根据权利要求1所述的油气井钻进高温高压动态摩阻模拟检测方法，其特征在于，在步骤二中，所述高压气源上设置有高压阀门，通过手动控制所述高压阀门对所述高压气源的输出压力进行调节。

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