高温高压动静态堵漏仪技术方案.doc

CDL-III多功能高温高压动静态堵漏试验仪%1. 仪器简介CDL—III高温高压动静态堵漏试验仪是在CDL— II高温高压动静 态堵漏试验仪的基础上通过创新设计的新型动静态堵漏试验仪，通过 模拟漏失地层的温度和堵漏时的压差、并建立模拟不同漏失地层的物 理模块，通过多测点，可判断堵漏桨侵入深度，最大程度的模拟钻井 工程中漏失状况为钻井工作中的预防漏失以及正确处理钻井工程中 的漏失事故，提供完整地，有效地科学依据为钻井工程中的堵漏提 供了一套有效的试验手段1. 仪器功能%1 能够模拟真实地层温度、压力等条件，评价堵漏浆正向承压与 防返吐能力；%1 分析堵漏浆侵入岩心随深度变化的压力变化情况，研究堵漏浆 的封堵机理1 可以完成对堵漏材料的结构、配比、耐温性，耐压性等性能的 评价，研究不同堵漏剂对各种漏失地层堵漏效果1. 仪器设计标准本产品依据并满足SY/T 5840-2007《钻井用桥接堵漏材料室内 试验方法》制造1. 系统技术方案设计4.1系统技术方案概述高温高压动静态堵漏试验仪依据测试需求设计，整个设备由恒温 控制系统、压力控制系统、测试釜体、物理模型、机械执行机构、测 量模块、数据采集与分析软件等七个主要子系统组成。

现对各子系统 功能及方案概述如下：恒温控制系统：利用电加热器提供恒温实验环境，以模拟与储层 相同温度环境下，流体在井筒中的流动过程（主要是模拟液体流动过 程中的剪切速梯）恒温控制部分使用进口智能温控仪，智能PID控 制方式控制系统加热，以充分保证系统控温精度，提高恒温储层模拟 系统的稳定性实验温度在室温〜160C可调整控温精度：1C压力控制系统：采用气驱液泵提供压力实验环境，以模拟入井流 体的静液柱压力和地层的上覆压力采用机械助力泵加压模拟地层上 覆压力模拟静液柱压力范围为0〜40Mpa.模拟的地层上覆压力范围 为 0〜45Mpa物理模型：参照行业标准进行制造，提供的缝块可以模拟裂缝性 漏失地层、渗透性漏失地层、破碎性漏失地层提供的缝块可以采用 金属和水泥两种材质制作其中模拟裂缝性漏失地层的缝块带有多测 点，可以用于测试堵漏浆的封堵深度测试釜体：提供流体高温高压的工作环境，采用316L不锈钢材 料制作，可耐盐水的腐蚀机械执行机构：通过电机、皮带轮转动带动外转子转动，通过外 转子和内转子中的磁铁，以磁力传动的方式，外转子带动内转子以相 同转速旋转，以便于用户完成液体剪切速梯的模拟过程，保证实验过 程中泥浆中含有的固相物质不会因为实验时间长而发生沉降。

测量模块：仪器主要用于测量堵漏过程中的封堵压力和依据不同 测点压力来判断封堵深度，同时测量泥浆的漏失量仪器配备压力传 感器来测量压力的变化，采用电子天平来记录泥浆的漏失量数据采集与分析软件模块：通过计算机人机界而实时采集压力、 重量数据并显示，实现整个实验过程的监控和数据采集、显示、存储 整个实验过程数据显示并最终保存为指定数据格式，并通过专用数据 分析软件，进行实验数据处理、曲线分析及报表生成、打印操作4.2技术参数1、 驱替压力：W25MPa；2、 驱替流量：^200ml/min3、 温度范围：室温〜200C4、 剪切速度：0~600r/min5、 测压精度：0. 15%F. S6、 模拟漏失地层类型：(1) 裂缝型(金属缝板，出口为0.3, 0.5, 1, 3, 5mm共5 套)；(2) 渗透性(填砂)；(3) 破碎型(多孔)；7、 多测点夹持器规格：5测点，C38x300mm；4. 3系统结构设计特点本设备使用国内目前先进的加工设备加工成型，容器采用HC 合金材料制作，采用先进的工艺生产制造，各项技术指标均达到国 家标准它具有控温精度高，抗腐蚀性强，产品热平衡时间短，温 度波动性小，均匀性好，结构紧凑，造型美观，节省能源，使用寿 命长等优点。

仪器的框架及其它附件配件均为不锈钢板和优质型材 制作，经久耐用各方面性能都稳定的基础上更具备实用性和便于 控制该设备具有容易安装、操作简单等特点如下图1所示：图中红色粗线表示用内径20m管线连接，黑色细线表示用3mm管线连接 图1.高温高压动静态堵漏试验仪流程图4.4系统配置及功能系统设备主要构成：■恒温控制系统■压力控制系统■物理模型■测试釜体■机械控制系统■测量模块■数据采集与分析软件模块下面章节中将分别对各子系统功能及配置做相应说明: 4. 4.1恒温控制系统 1）功能介绍为控制样品实验温度，系统采用电机热器加热，实验时测试釜体 被电加热器包裹，以保持实验测试所需的恒定温度温度控制采用进 门智能温控仪，高精度PID控制，配合大功率加热，控温速度快、控 温精度高，支持室温至120C的恒温实验测试并配备RS232数字串 行口，支持由计算机远程设置和控制恒温温度温度传感器采用保护 套的形式直接插入到泥浆中，测试泥浆温度恒温系统的技术指标如下：• 电 源：220V10V 50IIz；•控温范围：室温温〜160C；•控温精度：W1C；•加热功率：2800W；2）系统配置•铸铝加热器•进口智能温控仪• PT100温度传感器4. 4. 2压力控制系统用于模拟地层的压力环境（静液柱压力和地层上覆压力），通过 机械助力泵加压来模拟地层上覆压力，该泵为螺杆式柱塞泵，通过压 缩液体来提供压力。

该泵设计有齿轮助力系统，使用方便省力，泵的 泵腔采用316L不锈钢材料制作，可直接使用水作为介质，避免油污, 更加洁净，维护方便其技术参数最高工作压力:30Mpa泵腔容积：210ml材质：316L不锈钢采用气驱液泵来加压模拟静液柱压力采用气体作为动力源，其工作液体介质为水，气驱液泵的压力控制采用气体控制电磁阀和液体控 制电磁阀，两路电磁阀共同工作来保证压力的精确控制其技术参数：最大工作压力为40MPa,最大输出流量为：200ml/min气相电磁阀最高工作压力：2MPa液相电磁阀最高工作压力：40MPa4.4. 3物理模型物理模型可以模拟裂缝性漏失地层、渗透性漏失地层、破碎性漏 失地层提供的缝块可以采用金属和水泥两种材质制作其中模拟裂 缝性漏失地层的缝块带有多测点，可以用于测试堵漏浆的封堵深度其技术参数：模拟裂缝型地层；梯形缝缝宽分别为：0. 3 mm, 0.5mm, 1mm、3mm> 5 mm；模拟破碎型地层；多孔模型孔径：2mm、3mm、4mm模拟渗透型地层；填砂管的规格为：C38xl50mm；模拟裂缝型地层；水泥模型模具：梯形缝缝宽分别为：0.3 mm,0. 5 mm, lmm> 3mm> 5mm；多测点夹持器：5测点，测点分别距进口端50、110、260,规格为：C38x300mm；4. 4. 4测试釜体和活塞容器测试釜体用来装入实验液体和样品及模拟储层环境，活塞容器则 是用来传递压力和补充测试釜体中的液体。

由于实验流体中会含有较 高含量的卤盐，对温度、压力、抗腐蚀性要求均较高，本方案选用耐 腐蚀性能好的316L不锈钢材料制作测试釜体和活塞容器，以保证在 高温、超高压强条件下罐体良好的耐腐蚀性其设计特点如下：■高压罐体是由耐腐蚀性条件好的316L不锈钢材料制成，内表 面光滑，便于密封安装拆卸；■密封圈采用氟橡胶密封圈密封，耐温能力高达180 C；■鼓型垫和压帽采用耐腐蚀性条件的316L不锈钢材料，高压圆锥和螺纹管结构;其技术参数如下：■测试釜有效容积：2000ml■活塞容器容积：1500ml■最大耐压：45MPa■最高工作压力：40Mpa4. 4. 5机械执行机构为模拟样品在地层中受流体旋转剪切的过程，仪器通过使用电机 带动釜体外的外转子旋转，通过安装在内外转子中的强磁性磁铁的磁 力作用，带动釜体中的内转子旋转从而到达控制流体剪切速梯模拟 的目的电机的转速通过转速传感器和直流调速器控制，可无级变速 控制转速范围为：0〜600r/inin其设计特点如下：■采用磁力传动，将传统的动密封改为静密封，提高了设备的安 全性和可操作性，大大降低了设备的维护难度，■采用无级变速，可任意调整剪切速梯■内转子与釜体之间的间隙采用大间距设计，满足泥浆中有大颗 粒固相(8mm)进行实验的要求其技术参数如下：电 源：220V10V 50Hz转速范围：0〜600r/min调速方式：无级变速电机功率：300W2）系统配置•直流电机•皮带轮•内外转子•强磁性磁铁•转速传感器•直流调速器4.4.6测量模块测量模块主要用于测量仪器实验过程中的压力、重量变化。

其配 置和具体参数如下：1 .压力传感器数量：6个量程：0〜40MPa；精度：0. 1%F. S2.电子天平数量：1台；量程:0〜2100g；精度：lOing；4. 4.7数据采集系统数据采集系统设计主要包括模拟量数据采集、模拟量数据输出控 制、压力监测功能模块数据采集控制系统采用计算机、PCI总线隔 离多功能数据采集模板、PCI总线隔离数字量模板采用虚拟仪器技 术，为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂 的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功 能连接起来，十分省时简便采用PCI隔离多功能数据采集及数字量 模板，数字隔离提高系统抗干扰能力，同时最大限度地保护用户计算 机核心软硬件资源1） 控制气驱液泵进行自动加压；2） 采集数据：系统主控软件通过采集控制卡采集压力传感器、 电子天平数据3） 记录和存储数据：记录采集到的压力和电子天平数据，并生 成相应的图表和表格五.设备使用条件安装使用条件：■环境温度：15〜50C■环境湿度：W85%RH■ 大气压力：86~106Kpa■地面要求：平整，无强振动■设备电子部分安全接地■无阳光或热源辐射■空气质量：无高浓度粉尘及腐蚀性气体，无易燃易爆气体■实验室仪器操作间水电气供给方便六、仪器详细配置清单序号模块单元仪器名称性能指标生产厂家数量1压力控制 模块气驱液泵最大工作压力：40Mpa； 最大工作流量：200ml麦克斯韦1电磁阀最大工作压力：40Mpa外购1电磁阀最大工作压力：0.8Mpa外购1机械助力泵工作压力：45MPa外购12测试釜体高压容器最大工作压力：40Mpa； 最大工作容积：1500 ml湖北创联1釜体最大工作压力：40Mpa； 最大工作容积：2L湖北创联13机械执行 结构高强磁铁宁波宁港12外转子316L制作湖北创联1内转子316L材料制作湖北创联1电机型号：130SZ02,1作电 压：220V ；功率：355W上海美事 科1轴承海宁天科2皮带轮湖北创联1皮带湖北创联1转速传感器CSY-1A,上海华西1高强磁铁宁波宁港124测量模块压力传感器测压范围：0〜40Mpa； 测压精度：0.1%F.S广东康宇6压力控制器压力范围:0〜40Mpa外购1压力数显表四位数显外购1电子天平量程：2100g梅特勒15温度控制 模块电加热套加温范围：室温〜180。

湖北创联1温度传感器PT10。