本发明公开了适用于深井高温流体段塞完井井筒模拟实验装置及方法，该装置主要由高压气瓶、压力控制系统、注入系统、实验管段、模拟钻柱、加热及温控系统、流量计、废液罐组成，高压气瓶连接压力控制系统，压力控制系统连接注入系统和实验管段两端，实验管段垂直安放，其下端与注入系统连接，其上端与流量计、废液罐通过管道连接，实验管段内部有模拟钻柱，外部有加热及温控系统，两端均连接压力计。深井高温流体段塞完井井筒模拟实验的方法包括：观察成胶效果、力学稳定性实验、气侵稳定性实验、破胶情况实验、从模拟钻柱注入冻胶原液对成胶效果的影响。本发明原理可靠，操作简便，可为冻胶阀的筛选及现场使用提供可靠的分析数据。
1.利用装置进行深井高温流体段塞完井井筒模拟实验的方法，该装置主要由高压气瓶(1)、压力控制系统(2)、注入系统、实验管段(9)、模拟钻柱(7)、加热及温控系统(8)、流量计(11)、废液罐(12)组成，所述高压气瓶(1)连接压力控制系统(2)，所述压力控制系统(2)连接注入系统和实验管段(9)两端，所述注入系统包括泥浆透明罐(3)、破胶剂透明罐(4)、冻胶透明罐(5)，分别配置与盛放泥浆、破胶剂、冻胶原液，所述实验管段(9)垂直安放，其下端与注入系统连接，其上端与流量计(11)、废液罐(12)通过管道连接，实验管段内部有模拟钻柱(7)，外部有加热及温控系统(8)，实验管段两端均连接压力计(6)、(10)，所述压力控制系统(2)、加热及温控系统(8)、流量计(11)、压力计(6)、(10)均连接计算机，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)观察成胶效果：通过注入系统向实验管段注入冻胶及泥浆，再通过加热及温控系统加温130℃持续0.5h，观察冻胶的成胶过程和混浆段长短，对冻胶在高温井筒中的成胶效果进行观察，冻胶出现明显透明果冻状段塞即冻胶阀，若段塞完整且与上下部液体界面清晰则说明成胶效果好；
(2)力学稳定性实验：成胶后，通过压力控制系统逐步增大压力，直到胶体破碎，胶体破碎时的压力值即为冻胶阀最高耐压值，降低压力，冻胶阀稳定耐压5h的最大压力值为冻胶阀最大稳定耐压值，如果注入压力到0.5MPa胶体依然未破碎，稳压5h，如果出现胶体未破碎就已滑动的情况，通过实验管段流出的液体流量除以实验管段流道面积得出滑动速度；
(3)气侵稳定性实验：成胶后，通过压力控制系统和高压气瓶向实验管段底部充入气体，观察胶体在有气侵的情况下的气侵密封性，逐步增大压力，观察气体的存在是否影响胶体的稳定，得出冻胶阀的气侵稳定性；
(4)破胶情况实验：成胶后，向实验管段注入破胶剂，测得冻胶阀自然破胶时间或承压—时间曲线，进行破胶剂破胶效果评价；
(5)从模拟钻柱注入冻胶原液对成胶效果的影响：观察冻胶原液从模拟钻柱注入后的成胶效果，测量混浆段的长短，如果混浆段长则说明通过模拟钻柱下部孔眼进入实验管段的冻胶重聚效果差。
2.如权利要求1所述的利用装置进行深井高温流体段塞完井井筒模拟实验的方法，其特征在于，所述实验管段为耐温耐压玻璃管，能承受0.6MPa高压同时耐受150°高温。
3.如权利要求1所述的利用装置进行深井高温流体段塞完井井筒模拟实验的方法，其特征在于，所述加热及温控系统包括电热丝和保温层，电热丝缠绕于实验管段外壁，保温层包裹于实验管段外壁。
适用于深井高温流体段塞完井井筒模拟实验装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及石油与天然气实验装备领域，尤其涉及适用于深井高温流体段塞完井井筒模拟实验装置及方法。
背景技术
[0002] 高温流体段塞是一种用于欠平衡完井的智能化学胶体，在套管中形成一种具有一定抗压性能的高粘性半固体状胶体段塞，具有“隔离、密封、承压”的作用。但是由于高温流体段塞的性能取决于所筛选的凝胶体系，对于高温流体段塞的井内复杂环境下力学性能缺乏认识，有必要展开细致的研究工作。但目前尚无一套能完成在高温高压条件下的流体段塞冻胶阀的实际使用情况模拟设备，因此本发明提出高温流体段塞井筒模拟实验装置，利用该装置可模拟钻井液循环、高温流体段塞注入、成胶过程检测、承压测试、破胶等，对冻胶阀在现场的实际使用情况进行分析，为冻胶阀的现场使用工艺提供参考。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供适用于深井高温流体段塞完井井筒模拟实验装置，该装置原理可靠，操作简便，具有广阔的市场前景。
[0004] 本发明的另一目的还在于提供利用上述装置进行深井高温流体段塞完井井筒模拟实验的方法，可模拟钻井液循环、高温流体段塞注入、成胶过程检测、承压测试、破胶等，为冻胶阀的筛选及现场使用提供可靠的分析数据。
[0005] 为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
[0006] 适用于深井高温流体段塞完井井筒模拟实验装置，主要由高压气瓶、压力控制系统、注入系统、实验管段、模拟钻柱、加热及温控系统、流量计、废液罐组成，所述高压气瓶连接压力控制系统，所述压力控制系统连接注入系统和实验管段两端，所述注入系统包括泥浆透明罐、破胶剂透明罐、冻胶透明罐，分别配置与盛放泥浆、破胶剂、冻胶原液，并通过压力控制系统将三种溶液注入实验管段，所述实验管段垂直安放，其下端与注入系统连接，其上端与流量计、废液罐通过管道连接，实验管段内部有模拟钻柱，外部有加热及温控系统，实验管段两端均连接压力计。
[0007] 所述压力控制系统、加热及温控系统、流量计、压力计均与计算机相连。
[0008] 所述压力控制系统将高压气瓶提供的高压气源分接到注入系统和实验管段的两端并对各个接入点的压力进行控制，即压力控制系统可通过内部芯片对注入系统的3个主体透明罐、实验管段、模拟钻柱等处的压力进行反馈和调节。
[0009] 所述实验管段为耐温耐压玻璃管，能承受0.6MPa高压同时耐受150°高温，其透明的特性便于观察实验现象，能更为直观地掌握在高温段塞的成胶、破胶等一系列过程。
[0010] 所述加热及温控系统包括电热丝和保温层，电热丝缠绕于实验管段外壁，保温层包裹于实验管段外壁，该保温层为透明保温材料，不影响可视性，加温通过温度控制回路自动控制。
[0011] 所述模拟钻柱与注入系统连接，模拟钻柱为下端封闭并钻有三个直径为10毫米孔的管道，可模拟钻柱在井内情况下进行注入冻胶的效果，分析从钻头水眼处流出的冻胶在环空中的重聚情况。
[0012] 流量计用于计量从实验管段排出的液体。
[0013] 废液罐用于收集实验管段排出的废液。
[0014] 利用上述装置进行深井高温流体段塞完井井筒模拟实验的方法，包括以下步骤：
[0015] (1)观察成胶效果
[0016] 通过注入系统向实验管段注入冻胶及泥浆，再通过加热及温控系统加温130℃持续0.5h，观察冻胶的成胶过程和混浆段长短，对冻胶在高温井筒中的成胶效果进行观察，冻胶出现明显透明果冻状段塞即冻胶阀，若段塞完整且与上下部液体界面清晰则说明成胶效果好。
[0017] (2)力学稳定性实验
[0018] 成胶后，通过压力控制系统逐步增大压力，直到胶体破碎，胶体破碎时的压力值即为冻胶阀最高耐压值；进一步降低压力，冻胶阀稳定耐压5h的最大压力值为冻胶阀最大稳定耐压值；如果注入压力到0.5MPa胶体依然未破碎，稳压5h，如果出现胶体未破碎就已滑动的情况，通过实验管段流出的液体流量除以实验管段流道面积得出滑动速度。
[0019] (3)气侵稳定性实验
[0020] 成胶后，通过压力控制系统和高压气瓶向实验管段底部充入气体，观察胶体在有气侵的情况下的气侵密封性，逐步增大压力，观察气体的存在是否影响胶体的稳定，得出冻胶阀的气侵稳定性，如果气泡的注入会破坏胶体则说明冻胶阀的气侵稳定性差。
[0021] (4)破胶情况实验
[0022] 成胶后，向实验管段注入破胶剂，测得冻胶阀自然破胶时间或承压—时间曲线，进行破胶剂破胶效果评价。
[0023] (5)从模拟钻柱注入冻胶原液对成胶效果的影响
[0024] 观察冻胶原液从模拟钻柱注入后的成胶效果，测量混浆段的长短，如果混浆段长则说明通过模拟钻柱下部孔眼进入实验管段的冻胶重聚效果差。
附图说明
[0025] 图1是适用于深井高温流体段塞完井井筒模拟实验装置的结构示意图。
[0026] 图中：1.高压气瓶，2.压力控制系统，3.泥浆透明罐，4.破胶剂透明罐，5.冻胶透明罐，6、10.压力计，7.模拟钻柱，8.加热及温控系统，9.实验管段，11.流量计，12.废液罐，V1、V2、V3、V4、V5、V6均为阀门。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0028] 参看图1。
[0029] 适用于深井高温流体段塞完井井筒模拟实验装置，主要由高压气瓶1、压力控制系统2、注入系统、实验管段9、模拟钻柱7、加热及温控系统8、流量计11、废液罐12组成，所述高压气瓶1连接压力控制系统2，所述压力控制系统2连接注入系统和实验管段9两端，所述注入系统包括泥浆透明罐3、破胶剂透明罐4、冻胶透明罐5，分别配置与盛放泥浆、破胶剂、冻胶原液，所述实验管段9垂直安放，其下端与注入系统连接，其上端与流量计11、废液罐12通过管道连接，实验管段内部有模拟钻柱7，外部有加热及温控系统8，实验管段两端均连接压力计6、10；所述压力控制系统2、加热及温控系统8、流量计11、压力计6、10均与计算机相连。
[0030] 利用上述装置进行深井高温流体段塞完井井筒模拟实验，步骤如下：
[0031] (1)成胶效果观察：
[0032] 实验准备完成后按照如下步骤实施
[0033] 1、打开泥浆容器通路阀门V3，将泥浆泵入实验管段20cm。然后关闭阀门V3；
[0034] 2、打开冻胶容器通路阀门V5，将冻胶原液泵入实验管段130cm。关闭通路阀门V5；
[0035] 3、打开泥浆容器通路阀门V3，将泥浆泵入实验管段剩下的20cm，保持通路阀门V3开启。
[0036] 4、关闭实验管段9上部阀门V6，并调整加热及温控系统为130℃；
[0037] 5、开始记录时间，观察成胶过程，测量混浆段长短，混浆段长则说明泥浆对成胶不利，混浆段短甚至为0则说明成胶效果好。
[0038] (2)力学稳定性实验
[0039] 1、待冻胶阀形成后，逐步提高高压气瓶1的输出压力值，直到胶体破碎，通过压力测量记录，得出最高耐压值。进一步降低最大压力值，求出能稳定5h的稳定耐压值。
[0040] 2、如果注入压力到0.5MPa冻胶依然未破碎，则稳压5h。
[0041] 3、如果出现胶体未破碎就已滑动的情况，通过压力测量，计算出实验管段9两端压力计V6和V1的差值即压力差，评价其滑动阻力，通过实验管段流出的液体流量除以实验管段流道面积得出滑动速度，滑动速度越大说明冻胶阀的力学稳定行越差；最高耐压值越高、滑动速度越低、最大稳定耐压值越大说明冻胶阀的力学稳定性越好。
[0042] (3)气侵稳定性实验
[0043] 1、冻胶阀形成后，关闭实验管段9上部阀门V6，设置温控系统8温度为130℃，在成胶过程中，打开阀门V1，向实验管段9打入气泡，观察其对冻胶阀强度的影响，打入气泡后成胶效果差，混浆明显则说明气侵稳定性差。
[0044] 2、冻胶阀形成后，打开阀门V1向实验管段9底部充入气体，观察胶体在有气侵的情况下的气侵密封性，逐步增大压力，观察气体对冻胶阀完整性的影响，得出气侵稳定性。
[0045] (4)破胶情况实验
[0046] 1、成胶后，通过压力计10的记录，测得自然破胶时间或者承压-时间曲线，曲线可读取破胶最大压力，得到冻胶阀最大耐压值。
[0047] 2、成胶后，打开实验管段上部阀门V6，下入模拟钻柱7，关闭阀门V1，打开阀门V2，注入破胶剂，观察冻胶塞解体情况，冻胶塞破坏越快说明破胶剂对冻胶阀的破胶效果越好。
[0048] (5)从模拟钻柱注入冻胶原液对成胶效果的影响
[0049] 观察冻胶原液从模拟钻柱注入后的成胶效果，测量混浆段的长短，如果混浆段长则说明通过模拟钻柱下部孔眼进入实验管段的冻胶重聚效果差。
