【技术实现步骤摘要】
本技术涉及石油与天然气钻井工程，具体涉及一种适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置。
技术介绍
1、定向钻井过程中，如何实现井周地层微裂缝有效封堵是制约油气田安全高效钻井的核心技术难题。若钻井液无法有效封堵井周地层微裂缝，井壁失稳后贸然提高钻井液密度易造成“短暂稳定→滤液侵入加剧→垮塌掉块恶化”的恶性循环，采用稠浆段塞式携岩又易造成“短暂畅通→井径扩大加剧→卡钻遇阻频繁”的钻井复杂，严重者甚至可能导致回填侧钻，造成重大的钻井周期和经济损失。为实现井周地层微裂缝有效封堵，在明确目标地层微裂缝发育特征的基础上，需优选粒度分布适宜的封堵材料，并构建综合性能优异的钻井液体系，而适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置则是优选实验开展的基础。
2、目前，国内外微裂缝模拟模块主要分为3类：天然岩心裂缝类、金属楔形缝板类和人造基质裂缝类。整体而言，天然岩心裂缝类微裂缝模拟模块具有“岩心取样困难、造缝流程复杂、实验成本高昂、裂缝参数易变和难以重复利用”的不足，金属楔形缝板类微裂缝模拟模块具有“造缝缝宽受限、裂缝参数易变和无法表征黏土水化膨胀”的不足，人造基质裂缝类微裂缝模拟模块具有“造缝流程复杂、制作成本高昂和基质材料受限”的不足。
3、以技术cn215108884u为例，所述裂缝模块由宽度均分的三部分铁块组成圆柱状，两两接触面上均开设有凹槽，所述裂缝模块主要有4点不足：（1）裂缝为平直缝且壁面光滑，无法表征井周地层裂缝壁面的迂曲度和粗糙度；（2）裂缝缝宽为毫米级（实施例裂缝缝宽介于2-4mm），属于钻井过程中的堵
4、总之，以现有常规微裂缝模拟模块为基础构建的适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，普遍具有“裂缝模拟模块制作成本高昂、难以表征裂缝迂曲度和粗糙度、难以模拟真实裂缝的楔形扩展特征、封堵评价实验流程复杂、未考虑瞬时滤失量评价指标、裂缝参数难以准确表征、难以按照实际需要实时调节裂缝参数、难以批量生产和规模化推广应用和难以模拟斜井状态下井周微裂缝封堵过程”的不足。
技术实现思路
1、本技术旨在针对上述问题，提出一种“微裂缝模拟模块可重复使用、微裂缝封堵架桥结果可视化、微裂缝长度和倾角可根据地层裂缝发育特征定制、微裂缝宽度可根据实验评价需要实时手动调节、微裂缝参数可准确表征、实验操作流程简便”的适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置。
2、本技术的技术方案在于：
3、一种适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，包括外壳及底座，外壳及底座之间通过立柱连接；所述外壳内设有钻井液杯，钻井液杯的四周及底部环设有加热模块，根据目标地层温度进行恒温加热；所述钻井液杯包括一釜体，釜体的顶端设有进气端，底端设有排液端，所述排液端一端伸出外壳位于立柱之间，釜体内置微裂缝模拟模块；所述微裂缝模拟模块为左模块、中间模块和右模块组成的圆柱体，左模块、右模块与中间模块的连接处挖设形成y=sign（sinx）函数图像形状的微裂缝，根据不同地层裂缝特征调节y=sign（sinx）函数图像形状的凹凸槽的深度和密度，模拟地层真实裂缝表面的迂曲度；左模块、右模块与中间模块的上下两端分别固定。实际应用中，左模块、中间模块和右模块可以根据需求进行不同参数的单缝和双缝的模拟测试。
4、其中，所述左模块与中间模块的中段连接处形成y=sign（sinx）函数图像形状的左模拟微裂缝，右模块与中间模块的中段连接处形成y=sign（sinx）函数图像形状的右模拟微裂缝，左模拟微裂缝与右模拟微裂缝分别呈夹角，夹角范围均为145°-180°；微裂缝的长度为10-50mm，宽度为20-2000μm。根据不同地层裂缝特征调节夹角大小，用以模拟地层真实裂缝的扩展现象。
5、其中，所述左模块、中间模块与右模块的宽度比为10:7:10。
6、其中，所述左模块、右模块与中间模块的连接处分别设有垫片，分别通过内六角圆柱头螺栓和弹簧垫圈进行固定。通过调节垫片的厚度和内六角圆柱头螺栓的松紧程度，实现根据不同地层裂缝特征调节模拟微裂缝的宽度。
7、其中，所述进气端包括进气杯盖及进气阀杆，进气阀杆一端内旋固定于进气杯盖中，另一端位于进气杯盖外侧，进气阀杆上设有进气开关，用于加压模拟钻井液液柱压力与目标地层压力的压差；所述排液端包括排液杯盖及排液阀杆，排液阀杆一端内旋固定于排液杯盖中，另一端依次穿过加热模块及外壳，排液阀杆上设有排液开关，用于排出封堵作用后通过微裂缝模拟模块的实验浆滤液。
8、其中，所述外壳包括一底边及与底边分别垂直的左侧壁及右侧壁，所述右侧壁的壁面为u型结构；所述外壳内还设有一固定兼角度调节模块，所述固定兼角度调节模块为倾斜设置的f型结构，包括一长底边及与长底边垂直的两个短边，分别为第一短边及第二短边，加热模块卡设于第一短边及第二短边之间，第一短边与长底边的夹角与外壳内底面通过转轴连接，长底边的另一端插入u型结构内，并通过螺杆进行固定；所述加热模块及固定兼角度调节模块上设有供排液阀杆通过的通道；外壳的底边设有供排液阀杆滑动的矩形孔。
9、其中，所述u型结构的壁面等间距设有2个及以上的圆形孔；还包括一上螺杆及一下螺杆，所述下螺杆插入至长底边与u型结构接触处的下方圆形孔内实现固定，上螺杆插入至长底边与u型结构接触处的上方圆形孔内实现固定。
10、其中，所述进气杯盖、釜体与排液杯盖之间通过波珠螺丝进行固定，且其连接处通过密封圈进行固定。防止实验浆通过三者连接处泄漏，用于模拟密闭的环形井筒空间。
11、本技术的技术效果在于：
12、1、本技术微裂缝模拟模块根据目标地层裂缝发育特征，定制微裂缝长度和倾角、实时手动调节微裂缝宽度，清洗干净、更换密封圈后可重复使用，可大幅节约封堵评价实验成本；
13、2、本技术微裂缝模拟模块的实验参数调节范围宽，夹角范围为145°-180°；微裂缝的长度为10-50mm，宽度为20-2000μm，可适应不同地层微裂缝的封堵评价需要；根据不同地层裂缝特征调节夹角大小，用以模拟地层真实裂缝的扩展现象。通过转动调节固定兼角度调节模块使得钻井液杯倾斜，用于模拟斜井井筒；
14、3、本技术可模拟不同条件下的高温高压环境，压力最高可设置为3.5mpa，温度最高可设置为200℃，适用于评价不同钻井液封堵材料对井周地层微裂缝的封堵性能，实验操作流程简便。
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1.一种适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，包括外壳(1)及底座(11)，外壳(1)及底座(11)之间通过立柱(12)连接；其特征在于：
2.根据权利要求1所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述左模块(13)与中间模块(19)的中段连接处形成y=sign（sinx）函数图像形状的左模拟微裂缝(16)，右模块(18)与中间模块(19)的中段连接处形成y=sign（sinx）函数图像形状的右模拟微裂缝(17)，左模拟微裂缝(16)与右模拟微裂缝(17)分别呈夹角，夹角范围均为145°-180°；微裂缝的长度为10-50mm，宽度为20-2000μm。
3.根据权利要求2所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述左模块(13)、中间模块(19)与右模块(18)的宽度比为10:7:10。
4.根据权利要求3所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述左模块(13)、右模块(18)与中间模块(19)的连接处分别设有垫片(15)，分别通过内六角圆柱头螺栓(14)和弹簧垫圈进行固定。
5.根据权利要求4所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述进气端包括进气杯盖(6.1)及进气阀杆(7.1)，进气阀杆(7.1)一端内旋固定于进气杯盖(6.1)中，另一端位于进气杯盖(6.1)外侧，进气阀杆(7.1)上设有进气开关(8.1)；所述排液端包括排液杯盖(6.2)及排液阀杆(7.2)，排液阀杆(7.2)一端内旋固定于排液杯盖(6.2)中，另一端依次穿过加热模块(4)及外壳(1)，排液阀杆(7.2)上设有排液开关(8.2)。
6.根据权利要求5所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述外壳(1)包括一底边及与底边分别垂直的左侧壁及右侧壁，所述右侧壁的壁面为U型结构；
7.根据权利要求6所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述U型结构的壁面等间距设有2个及以上的圆形孔；还包括一上螺杆及一下螺杆，所述下螺杆插入至长底边与U型结构接触处的下方圆形孔内实现固定，上螺杆插入至长底边与U型结构接触处的上方圆形孔内实现固定。
8.根据权利要求7所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述进气杯盖(6.1)、釜体(5)与排液杯盖(6.2)之间通过波珠螺丝进行固定，且其连接处通过密封圈进行固定。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，包括外壳(1)及底座(11)，外壳(1)及底座(11)之间通过立柱(12)连接；其特征在于：
2.根据权利要求1所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述左模块(13)与中间模块(19)的中段连接处形成y=sign（sinx）函数图像形状的左模拟微裂缝(16)，右模块(18)与中间模块(19)的中段连接处形成y=sign（sinx）函数图像形状的右模拟微裂缝(17)，左模拟微裂缝(16)与右模拟微裂缝(17)分别呈夹角，夹角范围均为145°-180°；微裂缝的长度为10-50mm，宽度为20-2000μm。
3.根据权利要求2所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述左模块(13)、中间模块(19)与右模块(18)的宽度比为10:7:10。
4.根据权利要求3所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评价装置，其特征在于：所述左模块(13)、右模块(18)与中间模块(19)的连接处分别设有垫片(15)，分别通过内六角圆柱头螺栓(14)和弹簧垫圈进行固定。
5.根据权利要求4所述适用于封堵井周地层微裂缝的材料性能评...
【专利技术属性】
技术研发人员：李成，吴金桥，魏虎，王军，常世豪，李伟，王波，高泽，
申请(专利权)人：陕西延长石油集团有限责任公司，
类型：新型
国别省市：
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