CN115184234A - 一种超高压气藏钻井液污染评价实验***及方法 - Google Patents

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CN115184234A CN202210774770.6A CN202210774770A CN115184234A CN 115184234 A CN115184234 A CN 115184234A CN 202210774770 A CN202210774770 A CN 202210774770A CN 115184234 A CN115184234 A CN 115184234A
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胡元伟
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Abstract

本发明公开了一种超高压气藏钻井液污染评价实验***及方法，包括：超高压夹持器、岩心、第一超高压容器、第二超高压容器、第三超高压容器、第一驱替泵、第二驱替泵、第三驱替泵、回压阀、压力表、气压计、高低温实验箱；通过高低温实验箱获取恒温的实验环境；通过第一超高压容器、第二超高压容器、第三超高压容器、第二驱替泵、第三驱替泵、回压阀，获取恒压环境；通过压力表和气压计对岩心进行测量，获取第一渗透率K0；根据钻井液侵入岩心的体积变化与时间，获取钻井液侵入岩心速度；在次测量岩心的第二渗透率K1，获取钻井液对岩心污染的程度(K0‑K1)/K0。本发明提供高温超高压实验环境，克服了现有评价***中钻井液循环***操作压力不高的缺陷。

Description

一种超高压气藏钻井液污染评价实验***及方法
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，特别是涉及一种超高压气藏钻井液污染评价实验***及方法。
背景技术
钻井过程中，钻井液滤失和细粒侵入会对地层造成不可避免的伤害，这一现象在整个地下油气储层开采过程(包括采油、钻井、水力压裂裂缝、修井操作等)各个阶段都有发生。因此，动态监测钻井液在地层中的漏失情况，评价钻井液对储层的伤害程度，对于油气储层的合理开发具有重要的意义。
目前国内外对超高压气藏钻井液污染评价研究仍然很少，主要缺乏相应耐高温超高压的实验***，且评价结果基本都从渗透率变化来考虑，因素单一。此专利提供了一种超高压气藏钻井液污染评价实验***及方法，与传统实验设备及方法相比，本专利能准确反映钻井液对井筒附近储层的污染特征。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高压气藏钻井液污染评价实验***及方法，提供高温超高压实验环境，克服了现有评价***中钻井液循环***操作压力不高的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种超高压气藏钻井液污染评价实验***，包括：超高压夹持器、岩心、第一超高压容器、第二超高压容器、第三超高压容器、第一驱替泵、第二驱替泵、第三驱替泵、回压阀、压力表、气压计、高低温实验箱；
所述超高压夹持器包括：第一探头和第二探头，所述岩心设置在所述超高压夹持器的内部，所述第一探头与第二探头在所述超高压夹持器的内部通过螺纹通道开孔连通；所述第一探头分别与所述第一超高压容器和所述第二超高压容器上端连接，所述第一探头用于将所述第一超高压容器和所述第二超高压容器中的液体输送到所述岩心；所述第一超高压容器底部与所述第一驱替泵连接，所述第二超高压容器底部与所述第二驱替泵连接，所述第一驱替泵和所述第二驱替泵用于为传输容器内液体时提供动力；所述第二探头与所述第三超高压容器上端连接，所述第二探头用于将所述第三超高压容器内气体传输到所述岩心；所述第三超高压容器底部与所述第二驱替泵连接，所述第二驱替泵用于为传输容器内气体时提供动力；所述第三驱替泵与所述超高压夹持器连接，所述第三驱替泵用于控制所述超高压夹持器围压；所述第一探头与所述第二超高压容器的连接点与所述压力表连接，所述压力表用于测量所述岩心的压力；所述压力表分别与所述回压阀和所述气量计连接，所述回压阀用于控制增压过程所述岩心的内压力，所述气量计用于测量岩心的渗透率；所述超高压夹持器、第一超高压容器、第二超高压容器、第三超高压容器全部置于所述高低温实验箱内部，所述高低温实验箱用于提供恒定温度。
优选地，所述超高压气藏钻井液污染评价实验***还包括：三通阀门A、三通阀门B、三通阀门C；
所述三通阀门A安装在所述第三驱替泵与所述超高压夹持器的连接处，用于控制所述岩心内压与围压的差值以及所述超高压夹持器泄压；所述第三超高压容器、所述第二超高压容器和所述第二驱替泵连接处安装所述三通阀门 B，所述三通阀门B用于控制气体的输送；所述第二超高压容器与所述第二探头、所述压力表的连接处安装三通阀门C，所述三通阀门C用于控制所述第二超高压容器液体的输送；所述三通阀门C分别连接所述压力表与所述气压计，所述三通阀门C用于控制所述压力表和所述气量计测量岩心渗透率。
优选地，所述第一超高压容器和所述第二超高压容器中接入的液体为钻井液，用于将钻井液注入所述岩心，观察污染情况；所述第三超高压容器中存有氮气，利用氮气注入所述岩心，为所述岩心加压。
优选地，在压力稳定后，井筒内储层中部钻井液压力与所述第一超高压容器和所述第二超高压容器的压力相等。
优选地，所述第一超高压容器包括：第一活塞；所述第二超高压容器包括：第二活塞；
利用所述第一驱替泵提供动力，控制所述第一活塞向上或者向下运动，使得所述第一超高压容器中钻井液侵入所述岩心；
利用所述第二驱替泵提供动力，控制所述第二活塞与所述第一活塞反向运动，使得所述第二超高压容器中钻井液侵入所述岩心。
一种超高压气藏钻井液污染评价实验方法，包括：获取恒温的实验环境；对所述岩心注入氮气，控制所述岩心内压达到储层压力、所述岩心围压达到气藏上覆岩层压力，获取恒压环境；对所述岩心进行第一次测量，获取第一渗透率K0；记录钻井液初始体积，控制钻井液侵入岩心直至体积不变，侵入结束同时记录下所需要的时间，通过钻井液的初始体积与侵入所述岩心钻井液结束后的钻井液体积以及所需要时间，获取钻井液侵入所述岩心的速度；再次测量所述岩心的第二渗透率K1，获取钻井液对岩心污染的程度(K0-K1)/K0。
优选地，所述岩心需要经过清洗烘干处理，获得整洁的岩心；对所述整洁的岩心需要进行长度测量处理，获得所述岩心的长度L；对所述岩心进行CT 扫描处理，获得所述岩心的基质和孔隙基础灰度值。
本发明提供的超高压气藏钻井液污染评价实验***及方法，通过设置超高压夹持器、岩心、第一超高压容器、第二超高压容器、第三超高压容器、第一驱替泵、第二驱替泵、第三驱替泵、回压阀、压力表、气压计、高低温实验箱，提供了高温和超高压环境，克服了现有评价***中钻井液循环***操作压力不高的缺陷，同时确定出了钻井液在岩心中侵入速度和距离，为定量评价钻井液对储层的伤害程度提供了重要的基础数据，对油气储层的合理开发有重要的意义。
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的介绍，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为本发明实施例提供的一种超高压气藏钻井液污染评价实验***结构图；
图2为本发明实施例提供的第一探头侧面图；
图3为本发明实施例提供的实验前后岩心灰度值的差值。
附图标记说明：1、三通阀门A；2、第二探头；3、第一探头；4、超高压夹持器；5、岩心；6、第一超高压容器；7、第二超高压容器；8、第三超高压容器； 9、第一驱替泵；10、第二驱替泵；11、第三驱替泵；12、三通阀门B；13、三通阀门C；14、压力表；15、气量计；16、高低温实验箱；17、回压阀。
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超高压气藏钻井液污染评价实验***及方法，提供高温超高压实验环境，克服了现有评价***中钻井液循环***操作压力不高的缺陷。
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3所示，一种超高压气藏钻井液污染评价实验***，包括：超高压夹持器4、岩心5、第一超高压容器6、第二超高压容器7、第三超高压容器8、第一驱替泵9、第二驱替泵10、第三驱替泵11、回压阀17、压力表14、气压计15、高低温实验箱16；
所述超高压夹持器4包括：第一探头3和第二探头2，所述第一探头3与第二探头2在所述超高压夹持器4的内部通过螺纹通道开孔连通；所述第一探头3与所述第二探头2用于为放置在所述螺纹通道的所述岩心5传输液体及气体；所述第一探头3分别与所述第一超高压容器6和所述第二超高压容器7 上端连接，所述第一探头3用于将所述第一超高压容器6和所述第二超高压容器7中的液体输送到所述岩心5；所述第一超高压容器6底部与所述第一驱替泵9连接，所述第二超高压容器7底部与所述第二驱替泵10连接，所述第一驱替泵9和所述第二驱替泵10用于为传输容器内液体时提供动力；所述第二探头2与所述第三超高压容器8上端连接，所述第二探头2用于将所述第三超高压容器8内气体传输到所述岩心5；所述第三超高压容器8底部与所述第二驱替泵10连接，所述第二驱替泵10用于为传输容器内气体时提供动力；所述第三驱替泵11与所述超高压夹持器4连接，所述第三驱替泵11用于控制所述超高压夹持器4围压；所述第一探头3与所述第二超高压容器7的连接点与所述压力表14连接，所述压力表14用于测量所述岩心5的压力；所述压力表 14分别与所述回压阀17和所述气量计15连接，所述回压阀17用于控制增压过程所述岩心5的内压力，所述气量计15用于测量岩心5的渗透率；所述超高压夹持器4、第一超高压容器6、第二超高压容器7、第三超高压容器8全部置于所述高低温实验箱16内部，所述高低温实验箱16用于提供恒定温度。
进一步的，所述超高压气藏钻井液污染评价实验***还包括：三通阀门 A1、三通阀门B12、三通阀门C13；
所述三通阀门A1安装在所述第三驱替泵11与所述超高压夹持器4的连接处，用于控制所述岩心5内压与围压的差值已经所述超高压夹持器4泄压；所述第三超高压容器8、所述第二超高压容器7和所述第二驱替泵10连接处安装所述三通阀门B12，所述三通阀门B12用于控制气体的输送；所述第二超高压容器7与所述第二探头2的连接处安装三通阀门C13，所述三通阀门C13 用于控制所述第二超高压容器7液体的输送；所述三通阀门C13分别连接所述压力表14与所述气压计15，所述三通阀门C13用于控制所述压力表14和所述气量计15测量岩心5渗透率。
进一步的，实际气藏储层段取得的岩心5进行清洗烘干，测量岩心的长度 L；对岩心5进行CT扫描，获得基质和孔隙基础灰度值。
进一步的，所述第一超高压容器6和所述第二超高压容器7中接入的液体为钻井液，用于将钻井液注入所述岩心5，观察污染情况；所述第三超高压容器8中存有氮气，利用氮气注入所述岩心5，为所述岩心5加压，往所述岩心 5内慢慢注氮气同时确保围压比内压高3-4MPa，直至岩心5内压力达到储层压力，然后将岩心5围压进一步增加到气藏上覆岩层压力，增压过程所述岩心 5内压力通过所述回压阀17控制；同时将一定体积钻井液分别加入一部分到与夹持器右端相连的两个耐超高压中间容器中，设定高低温试验箱16温度为气藏储层温度，恒温过程通过所连所述第二驱替泵10和所述第三驱替泵11控制岩心5内压力和夹持器围压恒定不变。
进一步的，所述第一超高压容器6包括：第一活塞；所述第二超高压容器7包括：第二活塞；利用所述第一驱替泵提供动力，控制所述第一活塞向上或者向下运动，使得所述第一超高压容器6中钻井液侵入所述岩心5；利用所述第二驱替泵10提供动力，控制所述第二活塞与所述第一活塞反向运动，使得所述第二超高压容器7中钻井液侵入所述岩心5，根据钻井过程井筒内储层中部钻井液压力P1(高于储层压力)，设定装有钻井液中间容器的压力P2＝P1。
一种超高压气藏钻井液污染评价实验方法，包括：获取恒温的实验环境；对所述岩心5注入氮气，控制所述岩心5内压达到储层压力、所述岩心5围压达到气藏上覆岩层压力，获取恒压环境，设定高低温试验箱16温度为气藏储层温度；待温度压力稳定后，对所述岩心5进行第一次测量，获取第一渗透率K0；记录两个中间容器中钻井液的初始体积V1和V2，然后连通第一超高压容器6 和第二超高压容器7和超高压夹持器4，打开所述第一驱替泵9让所述第一超高压容器6活塞向上或者向下运动，第二超高压容器7内的活塞向反方向运动，让钻井液在岩心5端面持续流动，同时确保两个中间容器内压力恒定为P2，此时部分钻井液开始侵入岩心5，同时开始记时，当其中某一个超高压容器内的活塞到达顶部或底端时，通过所述第一驱替泵9和所述第二驱替泵10让所述第一超高压容器6和所述第二超高压容器7内活塞反向运动，以此循环往复，直到两个中间容器内钻井液总体积在5个小时内不再变，说明钻井液停止在所述岩心中侵入，记录下此时容器内钻井液总体积V1，+V2，以及所需时间t，(V1+V2) -(V1，+V2，)为钻井液侵入岩心5内总体积量，
Figure BDA0003726414540000061
为钻井液侵入岩心5速度；在次测量所述岩心的第二渗透率K1，与岩心初始前相比获取钻井液对岩心污染的程度(K0-K1)/K0。
进一步的，所述岩心5需要经过清洗烘干处理，获得整洁的岩心5；对所述整洁的岩心5需要进行长度测量处理，获得所述岩心的长度L；对所述岩心5进行CT扫描处理，获得所述岩心的基质和孔隙基础灰度值。
进一步的，将超高压夹持器4泄压，取出岩心5观察若发现远离钻井液侵入端岩心端面有污染迹象，说明岩心5太短，实验过程钻井液突破了整块岩心5，此时需要加长岩心5(多块岩心5窜连或选择单块长度更长的岩心5)，再次重复实验步骤；如果发现岩心5远离侵入端端面没有污染迹象，说明在所选侵入压差条件下钻井液侵入距离没有达到岩心的长度，将岩心5再次进行CT扫描，通过实验前后岩心5灰度值的差值，找到灰度值没有发现变化的岩心5内界面，进一步确定出钻井液在岩心5中侵入的距离L1。
本发明还提供了一个具体的实施例1:
(1)选取现场一高温超高压致密气藏储层段柱塞所述岩心5，对所述岩心5 进行清洗烘干测量，所述岩心5长度为5.159cm，直径为2.507cm，孔隙度12.4％，对所述岩心5进行CT扫描，获得基质和孔隙基础灰度值；
(2)将岩心5放入耐所述超高压夹持器4中，打开所述三通阀B12下端阀门，通过第二驱替泵10和储存氮气的所述第三超高压容器8往岩心内慢慢注氮气，并通过第三驱替泵11和阀门A1确保围压比内压高3-4MPa，直至所述岩心5内压力达到储层压力146MPa，然后将所述岩心5围压进一步增加到气藏上覆岩层压力180MPa，增压过程所述岩心5内压力通过所述回压阀17控制；同时将一定体积钻井液分别加入一部分到与夹持器右端相连的所述第一超高压容器6和所述第二超高压容器7。
(3)设定高低温试验箱16的温度为气藏储层温度158.63℃，恒温过程通过所连的所述第二驱替泵10和所述第三驱替泵11控制岩心内压力和超高压夹持器4 围压恒定不变；
(4)待温度压力稳定后测定高温高压下岩心渗透率K0＝0.029mD；
(5)根据钻井过程井筒内储层中部钻井液压力P1＝151MPa(高于储层压力 5MPa)，设定装有钻井液第一超高压容器6和所述第二超高压容器7的压力 P2＝P1；
(6)记录所述第一超高压容器6和所述第二超高压容器7中钻井液的初始体积V1和V2，然后连通所述第一超高压容器6、所述第二超高压容器7和超高压夹持器4，打开所述第一驱替泵9、第二驱替泵10让其中一个装有钻井液的中间容器内活塞向上运动，另一个中间容器内的活塞向下运动，让钻井液在岩心端面持续流动，同时确保所述第一超高压容器6和所述第二超高压容器7内压力恒定为151MPa，此时部分钻井液开始侵入岩心5，同时开始记时；
(7)当第一超高压容器6或者第二超高压容器7的活塞到达顶部或底端时，通过第一驱替泵9、第二驱替泵10让所述第一超高压容器6和所述第二超高压容器7内活塞反向运动，以此循环往复，直到所述第一超高压容器6和所述第二超高压容器7内钻井液总体积在5个小时内不再变，说明钻井液停止在岩心5中侵入，记录下此时容器内钻井液总体积V1，+V2，以及所需时间t(28.46h)， (V1+V2)-(V1，+V2，)＝1.11ml为钻井液侵入岩心5内总体积量，(V1+V2) -(V1，+V2，))/t＝0.039ml/h为钻井液侵入岩心5速度；
(8)通过回压***再次测定岩心渗透率K1＝0.0041mD，与岩心5初始前相比，掌握钻井液对岩心5污染的程度(K0-K1)/K0＝0.8586；
(9)将超高压夹持器4泄压，取出岩心，将岩心5再次进行CT扫描(如图3)，通过实验前后岩心5灰度值的差值，找到灰度值没有发现变化的岩心内界面，进一步确定出钻井液在岩心中侵入的距离为3.86cm；
本发明提供的超高压气藏钻井液污染评价实验***及方法，通过设置振荡波发生电路和信号采集电路，对电缆的局放信号进行采集和处理，得到局放信号幅值，振荡波相位信息，具有作用时间短、操作方便，可发现XLPE电力电缆中的各种缺陷且不会对电缆造成损伤的优点。
本文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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种超高压气藏钻井液污染评价实验***，其特征在于，包括：超高压夹持器、岩心、第一超高压容器、第二超高压容器、第三超高压容器、第一驱替泵、第二驱替泵、第三驱替泵、回压阀、压力表、气压计、高低温实验箱；
所述超高压夹持器包括：第一探头和第二探头，所述岩心设置在所述超高压夹持器的内部，所述第一探头与第二探头在所述超高压夹持器的内部通过螺纹通道开孔连通；所述第一探头分别与所述第一超高压容器和所述第二超高压容器上端连接，所述第一探头用于将所述第一超高压容器和所述第二超高压容器中的液体输送到所述岩心；所述第一超高压容器底部与所述第一驱替泵连接，所述第二超高压容器底部与所述第二驱替泵连接，所述第一驱替泵和所述第二驱替泵用于为传输容器内液体时提供动力；所述第二探头与所述第三超高压容器上端连接，所述第二探头用于将所述第三超高压容器内气体传输到所述岩心；所述第三超高压容器底部与所述第二驱替泵连接，所述第二驱替泵用于为传输容器内气体时提供动力；所述第三驱替泵与所述超高压夹持器连接，所述第三驱替泵用于控制所述超高压夹持器围压；所述第一探头与所述第二超高压容器的连接点与所述压力表连接，所述压力表用于测量所述岩心的压力；所述压力表分别与所述回压阀和所述气量计连接，所述回压阀用于控制增压过程所述岩心的内压力，所述气量计用于测量岩心的渗透率；所述超高压夹持器、第一超高压容器、第二超高压容器、第三超高压容器全部置于所述高低温实验箱内部，所述高低温实验箱用于提供恒定温度。
2.根据权利要求1所述的超高压气藏钻井液污染评价实验***，其特征在于，所述超高压气藏钻井液污染评价实验***还包括：三通阀门A、三通阀门B、三通阀门C；
所述三通阀门A安装在所述第三驱替泵与所述超高压夹持器的连接处，用于控制所述岩心内压与围压的差值以及所述超高压夹持器泄压；所述第三超高压容器、所述第二超高压容器和所述第二驱替泵连接处安装所述三通阀门B，所述三通阀门B用于控制气体的输送；所述第二超高压容器与所述第二探头、所述压力表的连接处安装三通阀门C，所述三通阀门C用于控制所述第二超高压容器液体的输送；所述三通阀门C分别连接所述压力表与所述气压计，所述三通阀门C用于控制所述压力表和所述气量计测量岩心渗透率。
3.根据权利要求1所述的超高压气藏钻井液污染评价实验***，其特征在于，所述第一超高压容器和所述第二超高压容器中接入的液体为钻井液，用于将钻井液注入所述岩心，观察污染情况；所述第三超高压容器中存有氮气，利用氮气注入所述岩心，为所述岩心加压。
4.根据权利要求3所述的超高压气藏钻井液污染评价实验***，其特征在于，在压力稳定后，井筒内储层中部钻井液压力与所述第一超高压容器和所述第二超高压容器的压力相等。
5.根据权利要求1所述的超高压气藏钻井液污染评价实验***，其特征在于，所述第一超高压容器包括：第一活塞；所述第二超高压容器包括：第二活塞；
利用所述第一驱替泵提供动力，控制所述第一活塞向上或者向下运动，使得所述第一超高压容器中钻井液侵入所述岩心；
利用所述第二驱替泵提供动力，控制所述第二活塞与所述第一活塞反向运动，使得所述第二超高压容器中钻井液侵入所述岩心。
6.一种超高压气藏钻井液污染评价实验方法，其特征在于，包括：获取恒温的实验环境；对所述岩心注入氮气，控制所述岩心内压达到储层压力、所述岩心围压达到气藏上覆岩层压力，获取恒压环境；对所述岩心进行第一次测量，获取第一渗透率K0；记录钻井液初始体积，控制钻井液侵入岩心直至体积不变，侵入结束同时记录下所需要的时间，通过钻井液的初始体积与侵入所述岩心钻井液结束后的钻井液体积以及所需要时间，获取钻井液侵入所述岩心的速度；再次测量所述岩心的第二渗透率K1，获取钻井液对岩心污染的程度(K0-K1)/K0。
7.根据权利要求6所述的超高压气藏钻井液污染评价实验方法，其特征在于，所述岩心需要经过清洗烘干处理，获得整洁的岩心；对所述整洁的岩心需要进行长度测量处理，获得所述岩心的长度L；对所述岩心进行CT扫描处理，获得所述岩心的基质和孔隙基础灰度值。
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