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专利名称：一种欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀性能测试仪及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀性能测试仪及其应用，应用于石 油勘探开发的油气田钻井领域。
背景技术：
欠平衡钻井是20世纪90年代发展起来的新型钻井技术，适应了当前石油工业的 勘探开发形势，具有很多的技术优势，因此，发展十分迅速，并具有广阔的应用前景。但是， 常规欠平衡钻井主要针对钻进过程而言，而在换钻头、取心、中途测试以及处理事故过程中 仍然采用压井的方法。实践证明，这种做法对产层仍具有很强的污染作用。随着欠平衡钻井技术的深入研究和推广应用，国内外油公司对欠平衡技术的要求 越来越高，如何实现全过程欠平衡钻井作业，逐渐成为热点问题。冻胶阀作为一种新型的 控压手段，可在欠平衡钻井及完井过程中，通过在井口注入井下一定长度的冻胶液，使其在 井下温度、压力下形成冻胶，利用自身的强度以及与井壁的粘结力来封隔井下压力，避免打 入压井液引起的过平衡作业对储层保护的影响。但是在欠平衡钻井作业过程中，冻胶阀的 某些性能参数还未能进行准确的评价1)在井下状态下，冻胶的实际存在状态；2)在井下 温度、压力下，冻胶的形成时间及强度；3)不同时间、不同温度下冻胶的成胶强度准确描述 (冻胶整体气密性及耐压强度)；4)在井下温度、压力下破胶剂破胶效果评价。

发明内容
本发明解决了全过程欠平衡钻井及完井施工中所用冻胶阀的性能准确评价问题 1)在井下状态下，冻胶的实际存在状态；2)在井下温度、压力下，冻胶的形成时间及强度； 3)不同时间、不同温度下冻胶的成胶强度准确描述(冻胶整体气密性及耐压强度)；4)在 井下温度、压力下，破胶剂随时间的破胶效果评价。通过仪器测量数据可确定封堵一定压差 井下流体所需要注入的冻胶的体积，井下冻胶随时间的强度变化，以及冻胶阀所能封隔井 下压力的时间。(冻胶长时间的稳定性的问题)。本发明提供了一种欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀性能测试仪，特征在于由以下 组件构成氮气瓶1的减压阀2连接流量计3，通过三通10与控温成胶管体8下方的下端压 力阀6连接，通过底盖15输入气体压力到控温成胶管体8，氮气瓶17的减压阀14与控温成 胶管体8上方的上端压力阀16连接，通过顶盖13向控温成胶管体8内提供压力，三通10 上连接精密压力表4，控温仪5通过温控探头12与控温成胶管体8连接，控温成胶管体8外 部设有加热电阻丝9。本发明还提供了一种测试欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀的冻胶强度的方法，包 括如下步骤(1)关闭减压阀2，流量计3，下端压力阀6，装上底盖15，将温控探头12放入控温 成胶管体8中，预热仪器至测试温度；
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(2)将垫片放入控温成胶管体8中，使其平铺于下端压力孔，然后倒入配置好的待 成胶溶液，装上顶盖13，加热所需时间，待测；(3)测试前，关闭控温仪5，拔出温控探头12，卸去顶盖13 ；(4)打开下端压力阀6(注意这时流量计关闭，因大管压力较大，液体很容易倒流， 所以下端压力阀不可开的过大)，之后打开减压阀2，当控温成胶管体(8)尺寸为外径2in、 高30cm时，压力不超过0. 02Mpa,当控温成胶管体(8)尺寸为外径7in、高IOOcm时压力不 超过 0. IMPa ；(5)缓慢开启流量计3，并注意精密压力表4的读数，读取冻胶在控温成胶管体8 中开始移动时的最大读数；(6)获得读数后，直接关闭氮气瓶1，待气体排空后，关闭下端压力阀6，然后关闭 减压阀2和流量计3，测得冻胶阀的冻胶强度。本发明还提供了一种测试欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀的冻胶气密性强度的 方法，包括如下步骤(1)关闭减压阀2，流量计3，下端压力阀6，装上底盖15，将温控探头12放入控温 成胶管体8中，预热仪器至测试温度；(2)将配置好的待成胶溶液倒入控温成胶管体8中，装上顶盖13，加热所需时间， 待测；(3)测试前，关闭控温仪5，拔出温控探头12 ；卸去顶盖13 ；(4)打开下端压力阀6(注意这时流量计关闭，因大管压力较大，液体很容易倒流， 所以下端压力阀不可开的过大)，之后打开减压阀2，当控温成胶管体(8)尺寸为外径2in、 高30cm时，压力不超过0. 02Mpa,当控温成胶管体(8)尺寸为外径7in、高IOOcm时压力不 超过 0. IMPa ；(5)缓慢开启流量计3，利用底盖上的小孔产生的高压强，让气在冻胶中发生气 穿，造成鼓泡现象，并注意精密压力表4的读数，读取冻胶阀形成鼓泡最大压力，待示数稳 定后，确定气密性强度；(6)获得读数后，直接关闭氮气瓶1，待气体排空后，关闭下端压力阀6，然后关闭 减压阀2和流量计3，测得冻胶阀的冻胶气密性强度。本发明进一步包括当冻胶形成后，可在外径7in、高IOOcm的控温成胶管体中插入 现场所用的油管，观察油管是否可以插入和拔出。以评价现场冻胶形成后，能否进行后续钻 井作业。本发明进一步包括利用控温成胶管体中形成的冻胶，倒入一定浓度的破胶剂，在 一定温度、压力条件下，看成胶管中冻胶随时间的变化情况，为现场制定破胶措施提供依 据。


图1 欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀性能测试仪装置示意图，其中1.氮气瓶；2.减压阀；3.流量计；4.精密压力表；5.控温仪；6.下端压力阀；7.上 端压力表；8.控温成胶管体；9.加热电阻丝；10.三通；11.密封圈；12.温控探头；13.顶 盖；14.减压阀；15.底盖；16.上端压力阀；17.氮气瓶。
图2 冻胶强度测试图3 冻胶气密性强度测试图4 插管实验
具体实施例方式实施例1 此实例评价了 90°C下的冻胶阀的冻胶强度。(1)关闭减压阀2，流量计3，下端压力阀6，装上底盖15，将温控探头12放入控温 成胶管体8中，预热仪器至90°C ；(2)将垫片放入控温成胶管体8中，使其平铺于下端压力孔，然后倒入配置好的待 成胶溶液，装上顶盖13，加热5h ；(3)测试前，关闭控温仪5，拔出温控探头12，卸去顶盖13 ；(4)打开下端压力阀6 (注意这时流量计关闭，因大管压力较大，液体很容易倒流， 所以下端压力阀不可开的过大)，之后打开减压阀2，当控温成胶管体(8)尺寸为外径2in、 高30cm时，压力不超过0. 02Mpa,当控温成胶管体(8)尺寸为外径7in、高IOOcm时压力不 超过 0. IMPa ；(5)缓慢开启流量计3，并注意精密压力表4的读数，读取冻胶在控温成胶管体8 中开始移动时的最大读数0. 04Mpa，见图2 ；(6)关闭氮气瓶1，待气体排空后，关闭下端压力阀6，然后关闭减压阀2和流量计 3，测试结束。实施例2 此实例评价了在120°C下冻胶阀的冻胶强度。(1)关闭减压阀2，流量计3，下端压力阀6，装上底盖15，将温控探头12放入控温 成胶管体8中，预热仪器至120°C ；(2)将垫片放入控温成胶管体8中，使其平铺于下端压力孔，将配置好的待成胶溶 液倒入控温成胶管体8中，装上顶盖13，在120°C下加热5h ；(3)测试前，关闭控温仪5，拔出温控探头12 ；卸去顶盖13 ；(4)打开下端压力阀6(注意这时流量计关闭，因大管压力较大，液体很容易倒流， 所以下端压力阀不可开的过大)，之后打开减压阀2，当控温成胶管体(8)尺寸为外径2in、 高30cm时，压力不超过0. 02Mpa,当控温成胶管体(8)尺寸为外径7in、高IOOcm时压力不 超过 0. IMPa ；(5)缓慢开启流量计3，并注意精密压力表4的读数，读取冻胶在控温成胶管体8 中开始移动时的最大读数0. 05Mpa，见图2 ；(6)关闭氮气瓶1，待气体排空后，关闭下端压力阀6，然后关闭减压阀2和流量计 3，测试结束。实施例3 此实例分析了冻胶阀的冻胶气密性强度。(1)关闭减压阀2，流量计3，下端压力阀6，装上底盖15，将温控探头12放入控温 成胶管体8中，预热仪器至80°C ；
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(2)倒入配置好的待成胶溶液，装上顶盖13，加热5h ；(3)测试前，关闭控温仪5，拔出温控探头12 ；卸去顶盖13 ；(4)打开下端压力阀6 (注意这时流量计关闭，因大管压力较大，液体很容易倒流， 所以下端压力阀不可开的过大)，之后打开减压阀2，当控温成胶管体(8)尺寸为外径2in、 高30cm时，压力不超过0. 02Mpa,当控温成胶管体(8)尺寸为外径7in、高IOOcm时压力不 超过 0. IMPa ；(5)缓慢开启流量计3，利用底盖15上的小孔产生的高压强，让气在冻胶中发生气 穿，造成鼓泡现象，见图3，并注意精密压力表4的读数，读取冻胶在控温成胶管体8中所形 成气泡所能承受的最大压力0. 02Mpa ；(6)关闭氮气瓶1，待气体排空后，关闭下端压力阀6，然后关闭减压阀2和流量计 3，测试结束。实施例4 此实例分析了冻胶阀的冻胶插管实验，见图4。(1)使用尺寸为外径7in、高IOOcm的控温成胶管体8，关闭减压阀2，流量计3，下 端压力阀6，装上底盖15，将温控探头12放入控温成胶管体8中，预热仪器至80°C ；(2)倒入配置好的待成胶溶液，装上顶盖13，加热5h ；测试前，关闭控温仪5，拔出 温控探头12 ；卸去顶盖13 ；(3)在控温成胶管体8中插入现场所用的油管，油管能够插入和拔出，能够进行后 续钻井作业。
权利要求
一种欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀性能测试仪，特征在于由以下组件构成氮气瓶(1)的减压阀(2)连接流量计(3)，通过三通(10)与控温成胶管体(8)下方的下端压力阀(6)连接，通过底盖(15)输入气体压力到控温成胶管体(8)，氮气瓶(17)的减压阀(14)与控温成胶管体(8)上方的上端压力阀(16)连接，通过顶盖(13)向控温成胶管体(8)内提供压力，三通(10)上连接精密压力表(4)，控温仪(5)通过温控探头(12)与控温成胶管体(8)连接，控温成胶管体(8)外部设有加热电阻丝(9)。
2.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于控温成胶管体⑶尺寸为外径2in、高 30cmo
3.根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于控温成胶管体(8)尺寸为外径7in、高 100cm。
4.一种使用权利要求2或3所述测试仪测试欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀的冻胶强 度的方法，包括如下步骤(1)关闭减压阀(2)，流量计(3)和下端压力阀(6)，装上底盖(15)，将温控探头(12) 放入控温成胶管体(8)中，预热仪器至测试温度；(2)将垫片放入控温成胶管体(8)中，使其平铺于下端压力孔，然后倒入配置好的待成 胶溶液，装上顶盖(13)，加热所需时间，待测；(3)测试前，关闭控温仪(5)，拔出温控探头(12)，卸去顶盖(13)；(4)打开下端压力阀(6)，之后打开减压阀(2)，当控温成胶管体(8)尺寸为外径2in、 高30cm时，压力不超过0. 02Mpa,当控温成胶管体(8)尺寸为外径7in、高IOOcm时压力不 超过 0. IMPa ；(5)缓慢开启流量计(3)，并注意精密压力表(4)的读数，读取冻胶在控温成胶管体(8) 中开始移动时的最大读数；(6)获得读数后，直接关闭氮气瓶(1)，待气体排空后，关闭下端压力阀(6)，然后关闭 减压阀(2)和流量计(3)，测得冻胶阀的冻胶强度。
5.一种使用权利要求2或3所述测试仪测试欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀的冻胶气 密性强度的方法，包括如下步骤(1)关闭减压阀(2)，流量计(3)和下端压力阀(6)，装上底盖(15)，将温控探头(12) 放入控温成胶管体(8)中，预热仪器至测试温度；(2)将配置好的待成胶溶液倒入控温成胶管体(8)中，装上顶盖(13)，加热所需时间， 待测；(3)测试前，关闭控温仪(5)，拔出温控探头(12)，卸去顶盖(13)；(4)打开下端压力阀(6)，之后打开减压阀(2)，当控温成胶管体(8)尺寸为外径2in、 高30cm时，压力不超过0. 02Mpa,当控温成胶管体(8)尺寸为外径7in、高IOOcm时压力不 超过 0. IMPa ；(5)缓慢开启流量计(3)，利用底盖上的小孔产生的高压强，让气在冻胶中发生气穿， 造成鼓泡现象，并注意精密压力表4的读数，读取冻胶阀形成鼓泡最大压力，待示数稳定 后，确定气密性强度；(6)获得读数后，直接关闭氮气瓶(1)，待气体排空后，关闭下端压力阀(6)，然后关闭 减压阀(2)和流量计(3)，测得冻胶阀的冻胶气密性强度。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括当冻胶形成后，在尺寸为外径7in、高IOOcm 的控温成胶管体(8)中插入现场所用的油管，观察油管是否可以插入和拔出，以评价现场 冻胶形成后，能否进行后续钻井作业。
7.根据权利要求4或5所述的方法，进一步包括利用控温成胶管体(8)中形成的冻胶， 倒入一定浓度的破胶剂，在一定温度、压力条件下，看成胶管中冻胶随时间的变化情况，为 现场制定破胶措施提供依据。
全文摘要
本发明涉及一种欠平衡钻井及完井过程中冻胶阀性能测试仪及其应用，解决了全过程欠平衡钻井及完井施工中所用冻胶阀的性能准确评价问题1)在井下状态下，冻胶的实际存在状态；2)在井下温度、压力下，冻胶的形成时间及强度；3)不同时间、不同温度下冻胶的成胶强度准确描述(冻胶整体气密性及耐压强度)；4)在井下温度、压力下，破胶剂随时间的破胶效果评价。通过该仪器测量数据可确定封堵一定压差井下流体所需要注入的冻胶的体积，井下冻胶随时间的强度变化，以及冻胶阀所能封隔井下压力的时间。
文档编号G01M13/00GK101949771SQ20101026229
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者付英军, 冯文强, 李志勇, 杨虎, 王利国, 蒋官澄, 谢水祥, 陶冶 申请人:中国石油大学(北京)