(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 202210834858.2 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 闫传梁　陈勇　程远方　韩忠英　 (74)专利代理 机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 专利代理师 张凯 (51)Int.Cl. G01N 3/36(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) (54)发明名称 应力-钻井液流动-水化对地层作用的测试 装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种应力 ‑钻井液流动 ‑水化 对地层作用的测试装置及方法， 包括压力釜和中 央控制伺服器， 以及两端分别与压力釜和中央控 制伺服器相连的钻井液控制系统、 温度控制系 统、 循环控制系统、 液压系统、 变形监测系统。 钻 井液控制系统通过压力传感器和钻井液注入放 空管线与压力釜相连。 温度控制系统通过温度传 感器和电磁加热装置与压力釜相连。 循环控制系 统通过循环扰动器与压力釜相连。 用压力釜内的 压力转换压头对岩样施加不同应力， 与高温高压 循环钻井液作用， 然后取出岩样并测定各项参 数。 实现了地层应力状态、 钻井液的温度、 压力、 流速以及水化作用对地层性质影 响的综合研究， 具有高效率和高精度的优点。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115420633 A 2022.12.02 CN 115420633 A 1.应力‑钻井液流动 ‑水化对地层作用的测试装置， 其特征在于， 所述测试装置包括压 力釜、 中央控制伺服器、 钻井液控制系统、 温度控制系统、 循环控制系统、 液压系统和变形监 测系统， 所述钻井液控制系统、 温度控制系统、 循环控制系统、 液压系统和变形监测系统分别与 中央控制伺服器相连； 所述钻井液控制系统通过压力传感器和钻井液注入放空管线与压力釜相连， 所述压力 传感器设置在压力釜上且深入压力釜内部， 所述钻井液控制系统为所述中央控制伺服器采 集所述压力传感器的压裂液压力数据， 并根据所述中央控制伺服器的指令， 通过所述钻井 液注入放空管线完成所述压力釜内的抽真空以及钻井液的注入、 增压和返排； 所述压力釜釜体外部覆盖有电磁加热装置， 压力釜底部集成有温度传感器， 所述温度 控制系统分别与温度传感器和电磁加热装置相连； 所述压力釜底部设置有循环扰动器且深入压力釜内部， 所述循环控制系统通过循环扰 动器与压力釜相连； 所述液压系统通过 液压管线与压力釜的液压腔相连； 所述压力釜内部充满钻井液， 测试岩样放置在压力釜内， 在每个测试岩样的轴向和径 向分别设置有高精度应变片， 所述变形监测系统通过高精度应变片及数据传输线缆与压力 釜内的测试岩 样相连； 所述压力釜将压力釜顶部液压腔内的液压压力转化为对压力釜中每个测试岩样施加 的不同大小轴压， 与高温高压循环钻井液作用， 测定所需的岩 样参数。 2.根据权利要求1所述的应力 ‑钻井液流动 ‑水化对地层作用的测试装置， 其特征在于： 所述压力釜为耐高温、 耐高压、 耐腐蚀的合金材料制成， 包括可拆卸式密封顶盖、 高导热釜 体、 固定式密封底盖和压力转换压头， 所述可拆卸式密封顶盖设置在高导热釜体顶部且通 过紧固螺栓连接， 所述可拆卸式密封顶盖内部形成有中空的液压腔， 所述液压腔下腔壁上 等距分布有若干个相同的阶梯状压头凹槽， 所述阶梯状压头凹槽将液压腔下腔壁与可拆卸 式密封顶盖下表面连通， 所述压力转换压 头设置在阶梯状压 头凹槽内。 3.根据权利要求2所述的应力 ‑钻井液流动 ‑水化对地层作用的测试装置， 其特征在于： 所述固定式密封底盖上集成安装了温度传感器、 压力传感器、 循环扰动器及钻井液注入与 放空管线、 数据传输线缆； 且固定式密封底盖的内表面分布有相同径向尺寸的用于固定岩 样的若干凹槽； 所述压力转换压头其一端径向尺寸与所述可拆卸式密封顶盖阶梯状压头凹槽内某一 阶梯相同， 另一端径向尺寸与所述固定式密封底盖内表面凹槽相同， 所述压力转换压头侧 面与阶梯状压头凹槽接触处设置有密封圈， 每个所述压力转换压头预先被装配在所述阶梯 状压头凹槽中。 4.根据权利要求3所述的应力 ‑钻井液流动 ‑水化对地层作用的测试装置， 其特征在于： 所述阶梯状压头凹槽、 所述固定式密封底盖内表面凹槽和所述压力转换压头的数量相等； 所述固定式密封底盖内表面凹槽径向尺寸与测试岩 样的尺寸相同。 5.一种采用权利要求1 ‑4任一所述的应力 ‑钻井液流动 ‑水化对地层作用的测试装置的 测试方法， 其特 征在于， 所述测试 方法包括以下步骤： 步骤1、 取下可拆卸式密封顶盖， 向压力釜内放置若干测试岩样， 每个测试岩样底部均权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115420633 A 2放置在固定式密封底盖内表面凹槽内， 在每个测试岩样的轴向和径向分别设置高精度应变 片， 然后将压力转换压头与可拆卸式密封顶盖的装配体准确 放置于测试岩样顶部， 并将可 拆卸式密封顶盖安装紧 固； 步骤2、 开启液压系统， 通过液压管线向液压腔注入液压油， 直至液压腔内达到指定液 压值， 利用钻井液控制系统和钻井液注入放空管线对压力釜内部抽真空， 然后通过钻井液 注入放空管线向压力釜内注入钻井液并加压， 加压过程中钻井液控制系统通过压力传感器 实时监测压力釜内压力， 直至到达指定压力后停止加压， 利用温度控制系统开启电磁加热 装置并获得温度传感器数据， 将钻井液加热到指定温度， 利用循环控制系统开启循环扰动 器使钻井液在压力釜内以指定 速度循环流动； 步骤3、 钻井液与测试岩样作用一定时间后， 记录 中央控制伺服器采集的不同应力条件 下每个测试岩样的轴向和径向应变数据， 然后关闭各系统， 压裂液返排， 打开可拆卸式密封 顶盖取出测试岩 样并测定计算各项所需性质参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115420633 A 3