(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210899275.8 (22)申请日 2022.07.28 (71)申请人 西南石油大 学 地址 610500 四川省成 都市新都区新都大 道8号 (72)发明人 张杰　李鑫　李枝林　魏强　 何弦桀　叶文清　李润泽　谢娇豪　 (74)专利代理 机构 成都其知创新专利代理事务 所(普通合伙) 51326 专利代理师 房立普 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/12(2006.01) G01M 3/28(2006.01) (54)发明名称 一种用于喷漏同存工况下井筒压力测试的 实验装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于喷漏 同存工况下井 筒压力测试的实验装置及方法， 包括从上到下依 次连通设置的钻柱模拟装置、 井筒模拟装置和复 杂地层结构 模拟装置； 还包括用于提供实验装置 所用液体的液相输送模块和用于提供实验装置 所用气相的气相输送模块； 还包括用于收集测试 液体返出的介质返出管道和用于收集测试液体 漏失的介质漏失模块； 还包括数据采集系统， 用 于采集测试过程中的数据。 本发 明实验装置结构 简单， 实验 方法能够全面的覆盖喷漏同存复杂工 况发生时的循环、 关井与压井三个阶段， 且在同 一阶段能够通过更换单一变量进行多组实验， 使 实验测试的结果能够适用于钻井作业井筒压力 控制的全部阶段。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 115219321 A 2022.10.21 CN 115219321 A 1.一种用于喷漏同存工况下井筒压力测试的实验装置， 其特征在于， 包括钻柱模拟装 置(32)、 透明的井筒模拟装置(33)和透明的复杂地层结构模拟装置(34)； 复杂地层结构模 拟装置(34)连接于井筒模拟装置(33)下方； 钻柱模拟装置(32)套设于井筒模拟装置(33)和 复杂地层结构模拟装置(34)内， 上端伸出井筒模拟装置(3 3)； 还包括用于提供实验装置所用液体的液相输送模块(1)和用于提供实验装置所用气体 的气相输送模块(2)； 液相输送模块(1)包括一端连接蓄液池(5)， 另一端连接钻柱模拟装置(32)上端的正循 环液相输送管路(3)， 和一端 连接蓄液池(5)另一端 连接井筒模拟装置(33)上端的反循环液 相输送管路(4)； 气相输送模块(2)包括两条结构相同的气相输送管路(12)； 两条气相输送 管路(12)一端均连接到氮气瓶(13)， 其中一条气相输送管路(12)另一端 连接复杂地层模拟 装置(34)上部位置， 另一条气相输送管路(12)另一端 连接复杂地层结构模拟装置(34)下部 位置； 还包括用于收集测试液体返出的介质返出管道(18)和用于收集测试液体漏失的介质 漏失模块(19)； 介质返出管道(18)一端连接井筒模拟装置(33)上端， 另一端通过气液分离 器(22)连接蓄液池(5)； 介质漏失模块(19)包括两条结构相同的介质漏失管路(23)， 其中一 条介质漏失管路(23)一端 连接复杂地层模拟装置(34)上端， 另一条介质漏失管路(23)一端 连接复杂地层结构模拟装置(34)的下端， 两条介质漏失管路(23)另一端均连接到回收池 (28)； 还包括数据采集系统， 数据采集系统包括用于采集液相输送模块(1)液相输送过程流 量和气相 输送模块(2)输送气相过程中流量的流量计及液体压力的压力传感器； 还包括用 于采集介质返出管道(18)内流量和介质漏 失管路(23)中流量的流量计及气体压力的压力 传感器； 还包括用于采集钻柱模拟装置(32)压力的立管压力传感器(29)， 用于采集井筒模 拟装置(33)测试过程中压力的套 管压力传感器(30)； 还包括用于采集井筒模拟装置(33)和 钻柱模拟装置(32)之间液体环空流动图像信息的高速摄像机(40)； 流量计、 压力传感器和 高速摄像机(40)通过 无纸记录 仪(41)连接 到处理装置(42)。 2.根据权利要求1所述的一种用于喷漏同存工况下井筒压力测试的实验装置， 其特征 在于， 所述液相输送模块(1)还包括液相输送管路， 液相输送管路一端通过自吸式变频螺杆 泵(6)连接蓄液池(5)， 另一端通过三通阀分别 连接正循环液相输送管路(3)和反循环液相 输送管路(4)； 液相输送管路上还设置有电动式注液量调节阀(7)和注入液体涡轮流量计 (8)； 正循环液相输送管路(3)上靠近三通阀一端设置有正循环注液控制阀(9)； 反循环液相 输送管路(4)上靠近三通阀一端设置有反循环注液控制阀(10)， 靠近井筒模拟装置(33)一 端设置有反循环终了控制阀(1 1)。 3.根据权利要求2所述的一种用于喷漏同存工况下井筒压力测试的实验装置， 其特征 在于， 所述气相输送管路(12)上从氮气瓶(13)一端到另一端， 依次设置有双级式调压阀 (14)、 数字式质量 流量计(15)、 卡套式单向阀(16)和输气点环空压力传感器(17)。 4.根据权利要求3所述的一种用于喷漏同存工况下井筒压力测试的实验装置， 其特征 在于， 所述介质漏失管路(23)上依次设置有漏失点环空压力传感器(24 )、 卡套式溢流阀 (25)、 漏失介质涡轮流 量计(26)和二级保障控制阀(27)。 5.根据权利要求4所述的一种用于喷漏同存工况下井筒压力测试的实验装置， 其特征权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115219321 A 2在于， 所述介质返出管道(18)上设置有返出介质涡轮流量计(20)和电动式返出量调节阀 (21)。 6.根据权利要求5所述的一种用于喷漏同存工况下井筒压力测试的实验装置， 其特征 在于， 所述钻柱模拟装置(32)和井筒模拟装置(33)之间通过返出介质防喷装置(31)连接； 返出介质防喷装置(31)包括上法兰盘(35)、 中心腔体(36)和下法兰盘(37)； 钻柱模拟装置 (32)依次沿上法兰盘(35)和下法兰盘(37)的中心通孔穿过； 中心腔体(36)相对两侧分别设 置有左侧支管和右侧支管， 左侧支管连接反循环终了控制阀(11)， 右侧支管与介质返出管 道(18)连通。 7.根据权利要求6所述的一种用于喷漏同存工况下井筒压力测试的实验装置， 其特征 在于， 所述复杂地层结构模拟装置(34)包括外壳腔体(38)， 和设置在其内部的中心孔缝均 布管(39)； 中心 孔缝均布管(39)竖向上设置有N条开缝， 相 邻开缝之间设置有沿 中心孔缝均 布管(39)轴向均匀分布的开孔； 气相输送管路(12)连通外壳腔体(38)上设置的第一支管； 介质漏失管路(23)连通设置在外壳腔体(38)相对侧的第二支管。 8.采用权利要求7所述一种用于喷漏同存工况下井筒压力测试的实验装置的实验方 法， 其特征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 连接好装置， 在蓄液池(5)中放入配置好的液体； 将电动式注液量调节阀(7)、 正 循环注液控制阀(9)和电动式返出量调节阀(21)调至全开， 其他管路上的控制阀均保持关 闭， 将卡套式溢流阀(25)的安全压力调至最大值； 步骤2： 开启自吸式变频螺杆泵(6)至最大注液排量， 检查实验装置的密封性； 若无漏 液， 调节自 吸式变频螺杆泵(6)的排 量至设定值； 步骤3： 输气点环空压力传感器(17)和漏失点环空压力传感器(24)显示的瞬态压力数 据稳定后， 调节双 级式调节阀(14)的输出压力与卡套式溢流阀(25)的安全压力至实验设定 值； 步骤4： 开启氮气瓶(13)和二级保障控制阀(27)， 氮气瓶(13)输出压力为设定值； 开启 数据采集系统， 处理装置(42)得到的漏失点环空压力传感器(2 4)得到的瞬态压力符合要求 后， 记录各项瞬态实验测试 数据， 完成循环模拟测试； 步骤5： 关闭自吸式变频螺杆泵(6)和电动式返出量调节阀(21)； 处理装置(42)得到的 漏失点环空压力传感器(24)得到的瞬态压力符合要求后， 记录各项瞬态实验测试数据， 完 成关井模拟测试； 步骤6： 获取压井模拟测试过程中液相介质的密度， 按该密度调整蓄液池(5)中的液体； 开启自吸式变频螺杆泵(6)， 调节电动式返出量调节阀(21)的开度， 使套管压力传感器(30) 得到的瞬态压力数据与步骤5中瞬态压力数据相符， 然后继续调整自吸式变频螺杆泵(6)直 至达到设定值； 步骤7： 在液相流体介质由钻柱模拟装置(32)的顶端向底端流动过程中， 保持自吸式变 频螺杆泵(6)的注液排量不变， 调节电动式返出量调节阀(21)使立管压力传感器(29)得到 的瞬态压力数据逐渐下降； 步骤8： 在液相流体介质由底端沿井筒模拟装置(33)和钻柱模拟装置(32)之间的环空 向上流动时， 保持自吸式变频螺杆泵(6)的注液排量不变， 调节电动式返出量调节阀(21)使 立管压力传感器(2 9)与步骤7中最终瞬态数据相等；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115219321 A 3