水平井流体置换模拟装置论文和设计-贾红军

全文摘要

本实用新型提供一种水平井流体置换模拟装置，涉及油气开采技术领域，用于解决现有模拟装置不能准确模拟井漏时钻井液与地层流体置换的技术问题，该水平井流体置换模拟装置包括钻杆、沿水平方向设置的水平井筒、钻井液储存罐、裂缝模拟组件、地层模拟组件、干扰流体储存罐、回收流体储存罐以及第一监测组件、第二监测组件、第三监测组件，本实用新型提供的水平井流体置换模拟装置能模拟井漏时井筒内钻井液与地层流体之间的流体置换现象，提高模拟装置模拟结论的准确性。

主设计要求

1.一种水平井流体置换模拟装置，其特征在于，包括：钻杆，其轴向设有贯穿所述钻杆的两端的钻井液流通孔；沿水平方向设置的水平井筒，所述水平井筒的一端封闭，所述钻杆的输出端自所述水平井筒的开口端插设于所述水平井筒内，所述钻杆的输入端位于所述水平井筒外，所述水平井筒的开口端设有封盖，所述封盖上设有用于固定所述钻杆的第一固定孔；钻井液储存罐，其通过钻井液输入管路与所述钻杆的输入端连通，并通过钻井液回收管路与所述水平井筒连通，且所述钻井液回收管路与所述钻井液储存罐的连通处位于所述水平井筒的开口端；裂缝模拟组件，与所述水平井筒固定相连，其设有与所述水平井筒连通的流体置换腔；地层模拟组件，与所述裂缝模拟组件固定相连，其设有与所述流体置换腔连通的干扰流体流通腔；干扰流体储存罐，其通过干扰流体输出管路与所述干扰流体流通腔连通；回收流体储存罐，其通过流体回收管路所述干扰流体流通腔连通；设置于所述钻井液输入管路和所述钻井液回收管路上用于监测钻井液流速与压力的第一监测组件；设置于所述干扰流体输出管路上用于监测干扰流体流速与压力的第二监测组件；以及设置于所述流体回收管路上用于监测回收流体流速与压力的第三监测组件。

设计方案

1.一种水平井流体置换模拟装置，其特征在于，包括：

钻杆，其轴向设有贯穿所述钻杆的两端的钻井液流通孔；

沿水平方向设置的水平井筒，所述水平井筒的一端封闭，所述钻杆的输出端自所述水平井筒的开口端插设于所述水平井筒内，所述钻杆的输入端位于所述水平井筒外，所述水平井筒的开口端设有封盖，所述封盖上设有用于固定所述钻杆的第一固定孔；

钻井液储存罐，其通过钻井液输入管路与所述钻杆的输入端连通，并通过钻井液回收管路与所述水平井筒连通，且所述钻井液回收管路与所述钻井液储存罐的连通处位于所述水平井筒的开口端；

裂缝模拟组件，与所述水平井筒固定相连，其设有与所述水平井筒连通的流体置换腔；

地层模拟组件，与所述裂缝模拟组件固定相连，其设有与所述流体置换腔连通的干扰流体流通腔；

干扰流体储存罐，其通过干扰流体输出管路与所述干扰流体流通腔连通；

回收流体储存罐，其通过流体回收管路所述干扰流体流通腔连通；

设置于所述钻井液输入管路和所述钻井液回收管路上用于监测钻井液流速与压力的第一监测组件；

设置于所述干扰流体输出管路上用于监测干扰流体流速与压力的第二监测组件；以及

设置于所述流体回收管路上用于监测回收流体流速与压力的第三监测组件。

2.根据权利要求1所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述钻杆的轴线与所述水平井筒的轴线平行。

3.根据权利要求1所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述裂缝模拟组件包括：第一板件、第一板条、第二板件以及第二板条，其中，

所述第一板件、所述第一板条、所述第二板件和所述第二板条围设成筒状容纳腔，所述流体置换腔位于所述筒状容纳腔内；

所述第一板件和所述第二板件上均设有用于供所述水平井筒穿过的第二固定孔；

所述水平井筒位于所述第一板件与所述第二板件之间的筒壁上开设有用于与所述流体置换腔连通的第一连通口。

4.根据权利要求3所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述裂缝模拟组件还包括至少一个连接块，所述连接块设置于所述筒状容纳腔内用于连接固定所述第一板件和第二板件。

5.根据权利要求3所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述第一板件和所述第二板件平行设置。

6.根据权利要求5所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述第一板件和所述第二板件均垂直于所述水平井筒的长度延伸方向。

7.根据权利要求3所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述地层模拟组件包括地层模拟块，所述地层模拟块分别与所述第一板件、所述第一板条、所述第二板件以及所述第二板条固定相连；

所述干扰流体流通腔设置于所述地层模拟块内部，所述地层模拟块上开设有与所述干扰流体输出管路连通的第二连通口以及与所述流体置换腔连通的第三连通口。

8.根据权利要求7所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述地层模拟块为两个，所述干扰流体流通腔为两个，两个所述地层模拟块分别设置在所述筒状容纳腔的两端。

9.根据权利要求1所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述第一监测组件包括设置于所述钻井液输入管路上的第一输送泵、第一流量计、第一单向阀和第一压力表，以及设置于所述钻井液回收管路上的回液阀。

10.根据权利要求1所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述第二监测组件包括设置于所述干扰流体输出管路的第二输送泵、第二流量计、第二单向阀和第二压力表。

11.根据权利要求1所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述水平井流体置换模拟装置还包括设置于干扰流体输出管路上的第一流量调节阀。

12.根据权利要求1所述的水平井流体置换模拟装置，其特征在于，所述第三监测组件包括设置于所述流体回收管路上的第三流量计、第三单向阀和第三压力表。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种水平井流体置换模拟装置。

背景技术

井眼轨迹井特别是水平井具有良好的地层接触能力，以及良好的地层与井眼之间的沟通能力，其在深海油气开发领域，逐渐成为需要掌握的关键技术之一。深层海相油气储存地层常出现裂缝、溶洞或裂缝与溶洞伴生的生长现象，钻采过程中井钻遇裂缝性地层是常见的工程现象，由于地层内的流体与水平井筒内的钻井液之间存在密度差，如果在钻采过程中水平井筒出现井漏问题，钻井液与地层内流体发生置换，就会引起井筒压力控制困难的工程问题。

现有的井筒裂缝模拟装置包括井筒、插装在井筒内的钻杆以及与井筒连通的裂缝管。采用井筒裂缝模拟装置可以模拟水平井筒出现井漏问题时的现象，通过向钻杆中注入的钻井液来模拟钻井液流通过程，同时通过裂缝管来模拟钻井液流失泄漏现象。

然而现有的井筒裂缝模拟装置只能模拟井筒发生泄漏的状态，而实际井漏时井筒与地层之间的流体流动很复杂，导致从井筒裂缝模拟装置中获得的模拟结论准确性低。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供一种水平井流体置换模拟装置，能模拟井漏时井筒内钻井液与地层流体之间的流体置换现象，提高模拟装置模拟结论的准确性。

根据本实用新型的一些实施例，提供一种水平井流体置换模拟装置，包括：

钻杆，其轴向设有贯穿所述钻杆的两端的钻井液流通孔；

裂缝模拟组件，与所述水平井筒固定相连，其设有与所述水平井筒连通的流体置换腔；

地层模拟组件，与所述裂缝模拟组件固定相连，其设有与所述流体置换腔连通的干扰流体流通腔；

干扰流体储存罐，其通过干扰流体输出管路与所述干扰流体流通腔连通；

回收流体储存罐，其通过流体回收管路所述干扰流体流通腔连通；

设置于所述钻井液输入管路和所述钻井液回收管路上用于监测钻井液流速与压力的第一监测组件；

设置于所述干扰流体输出管路上用于监测干扰流体流速与压力的第二监测组件；以及

设置于所述流体回收管路上用于监测回收流体流速与压力的第三监测组件。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述钻杆的轴线与所述水平井筒的轴线平行。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述裂缝模拟组件包括：第一板件、第一板条、第二板件以及第二板条，其中，

所述第一板件、所述第一板条、所述第二板件和所述第二板条围设成筒状容纳腔，所述流体置换腔位于所述筒状容纳腔内；

所述第一板件和所述第二板件上均设有用于供所述水平井筒穿过的第二固定孔，

所述水平井筒位于所述第一板件与所述第二板件之间的筒壁上开设有用于与所述流体置换腔连通的第一连通口。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述裂缝模拟组件还包括至少一个连接块，所述连接块设置于所述筒状容纳腔内用于连接固定所述第一板件和第二板件。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述第一板件和所述第二板件平行设置。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述第一板件和所述第二板件均垂直于所述水平井筒的长度延伸方向。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述地层模拟组件包括地层模拟块，所述地层模拟块分别与所述第一板件、所述第一板条、所述第二板件以及所述第二板条固定相连；

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述地层模拟块为两个，所述干扰流体流通腔为两个，两个所述地层模拟块分别设置在所述筒状容纳腔的两端。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述第一监测组件包括设置于所述钻井液输入管路上的第一输送泵、第一流量计、第一单向阀和第一压力表，以及设置于所述钻井液回收管路上的回液阀。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述第二监测组件包括设置于所述干扰流体输出管路的第二输送泵、第二流量计、第二单向阀和第二压力表。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述水平井流体置换模拟装置还包括设置于干扰流体输出管路上的第一流量调节阀。

如上所述的水平井流体置换模拟装置，其中，所述第三监测组件包括设置于所述流体回收管路上的第三流量计、第三单向阀和第三压力表。

根据本实用新型实施例的技术方案，钻杆一端插接进入水平井筒内并与水平井筒连通，钻杆位于水平井筒外侧的输入端通过钻井液输入管路与钻井液储存罐连通，水平井筒的开口端设有与钻井液储存罐连通的钻井液回收管路，实现一部分钻井液由钻杆注入，并绕水平井筒的封闭端返回通过钻井液回收管路；

另外，水平井筒上还设有裂缝模拟组件，裂缝模拟组件上设有与水平井筒连通的流体置换腔，钻井液的另一部分经由与流体置换腔的连通口泄漏流入流体置换腔内，实现了井筒发生井漏的模拟状态；

地层模拟组件与裂缝模拟组件固定相连，地层模拟组件内设有干扰流体流通腔，模拟钻采时遇到的裂缝性地层以及在裂缝内流动的气、液或气液混合的工况条件，干扰流体流通腔与干扰流体储存罐连通，通过干扰流体储存罐向干扰流体流通腔内注入干扰流体，干扰流体进入流体置换腔内与钻井液置换混合，模拟了钻井液与地层流体置换现象；

地层模拟组件上还设有回收流体储存罐，钻井液与干扰流体混合后经回收管路进入回收流体储存罐；

钻井液输入管路、钻井液回收管路上均设有第一监测组件，用于根据实际钻采作业时钻井液的工作参数设定模拟工况；

第二监测组件用于调节干扰流体的流速与压力，模拟实际地层条件，

第三监测组件配合第一监测组件与第二监测组件，保障本装置能精确模拟井漏时井筒内钻井液与地层流体之间的流体置换现象，模拟结果准确性高。

除了上面所描述的本实用新型实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本实用新型实施例提供的水平井流体置换模拟装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意二；

图3为图1中A部分的局部示意图；

图4为图2中B部分的局部示意图；

图5为图2的C部分的局部示意图。

附图标记说明：

11、钻杆； 12、水平井筒；

121、封盖； 21、钻井液储存罐；

22、钻井液输入管路； 23、钻井液回收管路；

24、第一输送泵； 25、第一流量计；

26、第一单向阀； 27、第一压力表；

28、回液阀； 3、裂缝模拟组件；

31、流体置换腔； 32、第一板件；

33、第一板条； 34、第二板件；

35、第二板条； 321、第二固定孔；

36、连接块； 4、地层模拟组件；

41、干扰流体流通腔； 42、地层模拟块；

51、干扰流体储存罐； 52、干扰流体输出管路；

53、第二输送泵； 54、第二流量计；

55、第二单向阀； 56、第二压力表；

61、回收流体储存罐； 62、流体回收管路；

63、第三流量计； 64、第三单向阀；

65、第三压力表； 71、第一流量调节阀。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

图1和图2为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，请参阅图1和图2，本实施例提供的水平井流体置换模拟装置，包括：钻杆11，水平井筒12、钻井液储存罐21、裂缝模拟组件3、地层模拟组件4、干扰流体储存罐51、回收流体储存罐61、第一监测组件、第二监测组件、第三监测组件、钻井液输入管路22、钻井液回收管路23、干扰流体输出管路52和流体回收管路62。其中：

水平井筒12沿水平方向设置，水平井筒12的一端封闭、另一端开口(此端也称为开口端)，钻杆11的轴向设有贯穿钻杆11的两端的钻井液流通孔，钻杆11的输出端自水平井筒12的开口端插设于水平井筒12内，钻杆11的输入端位于水平井筒12外；水平井筒12的开口端设有封盖121，封盖121上设有用于固定钻杆11的第一固定孔。

钻井液储存罐21通过钻井液输入管路22与钻杆11的输入端连通，钻井液储存罐21通过钻井液回收管路23与水平井筒12连通，钻井液回收管路23与钻井液储存罐21的连通处位于水平井筒12的开口端。

裂缝模拟组件3与水平井筒12固定相连，裂缝模拟组件3设有与水平井筒12连通的流体置换腔31；地层模拟组件4与裂缝模拟组件3固定相连，地层模拟组件4设有与流体置换腔31连通的干扰流体流通腔41。

干扰流体储存罐51通过干扰流体输出管路52与干扰流体流通腔41连通；回收流体储存罐61通过流体回收管路62与干扰流体流通腔41连通。

第一监测组件设置于钻井液输入管路22与钻井液回收管路23上，用于监测钻井液的流速与压力，第二监测组件设置于干扰流体输出管路52上，用于监测干扰流体的流速与压力；第三监测组件设置于流体回收管路62上，用于监测回收流体流速与压力。

在具体实施时，钻杆11为两端开口的管状件，可选的，钻杆11可为圆筒状PVC管，钻杆11的输入端通过钻井液输入管路22与钻井液储存罐21连通，将钻井液输入钻杆11内部，钻杆11的输出端插设于水平井筒12内。

工作时，钻井液从钻井液储存罐21流出，并经钻井液输入管路22、钻杆11的钻井液流通孔流图水平井筒12内部，流入水平井筒12内部的一部分钻井液返回至水平井筒12的开口端并由钻井液回收管路23返回钻井液储存罐21，另一部分钻井液进入裂缝模拟组件3内的流体置换腔31。

为了便于观察钻井液在水平井筒12内的流动情况，水平井筒12采用透明材质制件，可选地，本实施例中，水平井筒12为有机玻璃管或者PC管。

裂缝模拟组件3与地层模拟组件4固定相连，模拟了钻采过程中遇到的裂缝性地层，干扰流体从干扰流体储存罐51内流出，经干扰流体输出管路52进入干扰流体流通腔41内，模拟了地层内的干扰流体流动，干扰流体从干扰流体流通腔41进入流体置换腔31内，模拟地层裂缝内的流体流动；如上所述，一部分钻井液进入裂缝模拟组件3内的流体置换腔31内，在流体置换腔31内，这一部分钻井液与干扰流体发生流体置换，模拟钻采过程中，遇到井筒泄漏时，钻井液从井筒内流失，并与地层流体发生置换的情况。

钻井液输入管路22、钻井液回收管路23上设有第一监测组件，用于根据实际钻采作业时钻井液的工作参数设定模拟工况。

第二监测组件用于调节干扰流体的流速与压力，模拟实际地层内流体的流速与压力，第三监测组件配合第一监测组件与第二监测组件，保障本装置能精确模拟井漏时井筒内钻井液与地层流体之间的流体置换现象，结构简单，模拟结果准确性高。

可选地，本实施例还包括与第一监测组件，第二监测组件和第三监测组件连接的计算机，用于记录储存各个监测组件检测到的数据，便于进行多组实验的对比模拟分析。

本实施例中钻井液从钻井液储存罐21流经钻杆11、水平井筒12返回至钻井液储存罐21，模拟了钻井液的流通过程；干扰流体从干扰流体储存罐51内流动至干扰流体流通腔41内，模拟了底层内的流体流动情况；裂缝模拟组件3内的流体置换腔31与水平井筒12连通，模拟了钻采过程中出现的井漏现象；同时通过第一监测组件、第二监测组件和第三监测组件模拟了在一定压力与流速下，钻井液与干扰流体进入流体置换腔31的置换现象；本实施例准确模拟了钻采过程中井筒泄漏时，钻井液与地层内的流体发生置换的情况，为实际钻采工作时如何控制井筒压力提供了参考。

请参阅图1，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，钻杆11的轴线与水平井筒12的轴线平行。可选地，钻杆11与水平井筒12的轴线可重合设置也可不重合设置，如此设计，使得本实施例中的钻杆11与水平井筒12的相对位置和实际钻采时钻杆11与水平井筒12的实际相对位置相同，使得钻井液在水平井筒12内的流动情况趋近于实际钻采过程中钻井液的流动情况，优化本实施例的模拟结果。

请参阅图1和图2，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，裂缝模拟组件包括：第一板件32、第一板条33、第二板件34以及第二板条35，其中，第一板件32、第一板条33、第二板件34和第二板条35围设成筒状容纳腔，流体置换腔31位于筒状容纳腔内。

第一板件32和第二板件34上均设有用于供水平井筒12穿过的第二固定孔。

水平井筒12位于第一板件32与第二板件34之间的筒壁上开设有用于与流体置换腔31连通的第一连通口。

第一板条33和第二板条35的宽度小于第一板件32和第二板件34的宽度，来模拟地层中的小间隙裂缝，且第一板件32、第二板件34的形状可为平板状，或者，第一板件32、第二板件34的形状可为具有一定弧度的板状，来精确模拟地层的实际条件，可选地，该凸起可呈柱状或锥状，本实施例不进行限制。

为了便于观察钻井液与地层流体之间的置换融合过程，第一板件32、第一板条33、第二板件34以及第二板条35为透明材质制件，可选地，本实施例中第一板件32、第一板条33、第二板件34以及第二板条35为有机玻璃板或者PC板。

可选地，在裂缝模拟组件3和水平井筒12处设置摄像装置，该摄像装置与计算机连接，可以将摄像装置拍摄的画面实时传递到计算机中进行记录储存，也便于工作人员及时观察处理实验进程。

本实施例设置的流体置换腔31的间隙小，模拟了地层内出现的裂缝或溶洞等的地层现象，使得实验人员能够准确在流体置换腔31内模拟钻井液与干扰流体的置换过程。

请参阅图2，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，裂缝模拟组件3还包括至少一个连接块36，连接块36设置于筒状容纳腔内用于连接固定第一板件32和第二板件34。

连接块36能有效固定第一板件32和第二板件34，防止钻井液与干扰流体置换时，第一板件32和第二板件34受到冲击，导致第一板件32和第二板件34发生振动变形，影响模拟效果的准确性，同时，本实施例通过设置连接块36也能模拟实际地层裂缝中岩石、土壤的凸起与凹陷，优化本实施例的模拟效果。

请参阅图1，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，第一板件32和第二板件34平行设置。

钻采过程中遇到的地层裂缝宽度、裂缝内的连接情况是不定的，可以根据实际遇到的裂缝形状设定第一板件32与第二板件34的形状与间距等，相应的，第一板件32和第二板件34可呈夹角设置或者如本实施例所示平行设置。

可选地，本实施例提供的水平井流体置换模拟装置具有定宽度裂缝，便于组装本实施例提供的水平井流体置换模拟装置；实验人员还可以设置具有宽度不规则裂缝或者形状不规则裂缝的水平井流体置换模拟装置，可以得出具有不同裂缝规格的水平井流体置换模拟装置的模拟结论，通过对比分析，优化本实施例的模拟结论。

请参阅图1，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，第一板件32和第二板件34均垂直于水平井筒12的长度延伸方向。

由于地层中出现的裂缝、溶洞等的延伸方向尺寸都是不确定的，本实施例不限制裂缝模拟组件3所在平面与水平井筒12长度延伸方向的位置关系，可选地，水平井筒12可与筒状容纳腔的两端的任一个开口连通，本实施例中，水平井筒12通过第二固定孔321固定在第一板件32和第二板件34上，水平井筒12的筒壁上相应的设有与筒状容纳腔连通的第一连通口，第一连通口可绕水平井筒12的轴线呈环形设置也可设置多个，只要该第一连通口设置在第一板件32与第二板件34之间即可；可以理解的，第一板件32与第二板件34可以与水平井筒12长度方向呈夹角设置，本实施例中第一板件32与第二板件34与水平井筒12长度方向垂直。

可选地，本实施例模拟了水平井筒垂直穿过地层裂缝的情况，钻井液从水平井筒12泄漏后与周围的地层流体发生置换，可以用于与设置不同角度、不同位置裂缝模拟组件3的水平井流体置换模拟装置，实验人员可以设置具有不同规格参数裂缝模拟组件3的水平井流体置换模拟装置，分析对比各个模拟结论，优化本实施例的模拟结论。

请参阅图2，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，地层模拟组件4包括地层模拟块42，地层模拟块42分别与第一板件32、第一板条33、第二板件34以及第二板条35固定相连。

干扰流体流通腔41设置于地层模拟块42内部，地层模拟块42上开设有与干扰流体输出管路52连通的第二连通口以及与流体置换腔31连通的第三连通口。

地层模拟块42与裂缝模拟组件3固定相连模拟了钻采过程中遇到的裂缝性地层，干扰流体模拟地层流体通过第二连通口流入干扰流体流通腔41，并从第三流通口进入流体置换腔31内，模拟了地层流体在地层裂缝或者溶洞内的流动。

请参阅图2，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，地层模拟块42为两个，干扰流体流通腔41为两个，两个地层模拟块42分别设置在筒状容纳腔的两端。

地层模拟块42可以是一个，固定在第一板件32和第二板件34的一端，使干扰流体流通腔41与筒状容纳腔的一个端口连通，筒状容纳腔的另一端口封闭。

地层模拟块42可以是两个，两个干扰流通腔41分别与筒状容纳腔的两个端口连通；相应地，干扰流体输出管路52呈Y形，该Y形管路的其中一个分支与干扰流体储存罐51连通，该Y形管路的另外两个分支分别与两个地层模拟块42连接。

本实施例模拟了钻采过程中钻井液与多个方向地层流体之间的置换情况，更趋近于实际地层内裂缝无规则的情况，优化本实施例的模拟结果。

请参阅图1和图3，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，第一监测组件包括设置于钻井液输入管路22上的第一输送泵24、第一流量计25、第一单向阀26和第一压力表27，以及设置于钻井液回收管路上的回液阀28。

第一输送泵24将钻井液储存罐21内的钻井液加压并泵送至钻杆11内，第一单向阀26能防止钻井液输入管路22内的钻井液回流至钻井液储存罐21内，第一流量计25能实时显示钻井液输入管路22上钻井液的流量，第一压力表27能实时显示钻井液输入管路22上的钻井液压力；回液阀28为单向阀。

可选地，第一输送泵24为自吸式离心泵，第一流量计25位液体蜗轮流量计，回液阀28为回压阀，在引导钻井液回收至钻井液储存罐21的同时，还能根据实验条件调节水平井筒12内的压力。

请参阅图2和图4，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，第二监测组件包括设置于干扰流体输出管路52的第二输送泵53、第二流量计54、第二单向阀55和第二压力表56。

地层流体可以是气体、液体或者气液混合体，为模拟相应地地层流体与钻井液的置换状态，需要设置相应的干扰流体储存罐51与干扰流体输出管路52，本实施例中，以地层流体为气体进行说明。

干扰流体储存罐51为气体储存罐，第二输送泵53为气体输送泵，可选地，第二输送泵53为空气压缩机，第二流量计54位气体流量计，干扰气体进入流体置换腔31与钻井液进行气液置换。

请参阅图2和图4，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，水平井流体置换模拟装置还包括设置于干扰流体输出管路52上的第一流量调节阀71。

第一流量调节阀71设置在干扰流体储存罐51的输出端，用于调节干扰流体进入地层模拟组件4内的流量，配合第二流量计54，能够根据实验设定条件调节进入地层模拟组件4与裂缝模拟组件3内的干扰流体流量，进而对比分析不同流量与压力下的地层流体与钻井液置换时的情况。

请参阅图2和图5，为本实施例提供的水平井流体置换模拟装置的结构示意图，其中，第三监测组件包括设置于流体回收管路62上的第三流量计63、第三单向阀64和第三压力表65。

流体置换后的钻井液通过流体回收管路62回收至回收流体储存罐61内，第三流量计63和第三压力表65能用于指示流体回收管路62上的流量和压力。

可选地，地层模拟块42为两个，流体回收管路62同样为Y形，该Y形的流体回收管路62的一端口与回收流体储存罐61连通，该Y形的流体回收管路62的另外两个端口分别与地层模拟块42连接。

可选地，本实施例提供一种水平井流体置换模拟装置的尺寸结构，水平井筒12的长度为2000mm，外径为160mm，内径为140mm；钻杆11的长度为2500mm，外径为63mm，内径为57mm；可选地，地层模拟块42，为筒状地层模拟块42的长度为550mm，外径为65mm，内径为58mm；流体置换腔31的长度为800mm，高度为600mm，宽度可为0.5mm、1mm、3mm、5mm，可以完成不同宽度裂缝模拟结论的对比分析。

由于本实施例中井筒12、钻杆11、第一板件32和第二板件34等部件均为用有机玻璃制件，具体实验实施过程中钻井液压力和气压压力均不能超过25kPa。

本实用新型实施例提供的水平井筒流体置换模拟装置的有益效果在于：

(1)、实现准确模拟水平井钻遇裂缝性地层时，水平井筒井漏时钻井液与地层流体之间的置换。

(2)、记录收集流体置换时的钻井液与干扰流体的模拟数据，为实际钻采施工提供准确的参考依据。

(3)、通过回液阀28与第一流量调节阀71分别调节钻井液、干扰流体的流量与压力，实现模拟不同工况条件下的钻井液与地层流体之间的置换情况。

(4)、通过更换不同的钻井液与干扰流体，可以模拟不同粘度钻井液与不同干扰流体的流体置换情况。

本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

设计图

水平井流体置换模拟装置论文和设计

水平井流体置换模拟装置论文和设计-贾红军

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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