钻井液封堵性能评价仪

井塌、井漏、油气层保护是制约钻井工程顺利进行的3大技术难题。对于层理、裂隙发育的地层,为防止地层井塌、漏失,减少对油气层的损害,要求钻井液具有强的封堵性,有效封堵地层层理、裂隙,阻止钻井液及其滤液进入地层,达到提高地层承压能力、稳定井壁、防止井漏、保护油气层的目的。钻井液封堵技术是钻井液性能评价的重要指标，关系到井眼稳定和储层保护，通过对封堵机理的分析和封堵评价方法的对比，认识到PPT封堵评价方法更加科学合理。

钻井液封堵性能的实质是指：在一定温度和压力条件下，通过钻井液与井壁的动态接触提高近井壁环带的致密程度（降低渗透率），以减少滤液侵入深度和压力传递速度。其作用主要包括稳定井壁和减少储层损害。封堵从机理上分主要包括物理封堵和化学封堵，其中物理封堵是普遍研究的内容，即利用合理的固相颗粒分布附着在井壁形成相对致密内滤饼和外滤饼来实现；化学封堵与“逆渗透”（Reverseosmosis）相关，“逆渗透”即当利用半透膜把两种不同浓度的溶液隔开时，浓度较低的溶液中的溶剂（如水）自动地透过半透膜流向浓度较高的溶液，直到化学位平衡为止的现象，钻井液利用该原理可实现延缓孔隙压力传递速度、延长泥页岩坍塌周期的目的。

钻井液物理封堵作用：在一定压力条件下，钻井液渗透进入井壁的同时，一部分固相物质进入井壁的孔隙或裂缝中沉积并形成内滤饼，降低了近井壁的渗透率；另外一部分固相物质被阻挡在井壁之外形成外滤饼。钻井液物理封堵技术本质就是通过内滤饼和外滤饼的共同作用来实现降低滤液侵入深度的，与降滤失目的相同。钻井液的组成通常比较复杂，通常包括水、胶体物质（土）、盐类物质、降滤失剂、高分子聚合物、加重材料及其他化学添加剂，他们之间相互作用，其颗粒分布复杂。颗粒达到相当数量、呈现较稳定的颗粒分布且与地层孔隙或缝隙匹配，在一定温度和压力环境下以物理方式作用在井壁内外并压实才能达到理想的封堵效果。钻井液封堵性能测试仪是青岛恒泰达机电设备有限公司生产的一种测试钻井液渗透封堵性能的专用仪器。

渗透封堵仪（PPT）是一种改进的高温高压失水仪，通过使用不同规格孔渗滤芯介质进行封堵评价，所用滤芯通过严格生产工艺控制，性能稳定。同标准的高温高压失水仪一样，是国际钻井液行业通用的封堵评价方法。封堵仪是对毫升高温高压失水仪标准的改进。它可以用于室外或实验室环境。在加热的过程中，不受过滤介质上沉淀粒子的干扰下，该仪器可以执行过滤测试。封堵仪在压力间隔下能够演示钻井液是怎么形成封锁耗损的低渗滤饼，并能防止产生压差卡钻。通常压差要远高于高温高压测试下的压差。

杯体配有一个实验用的杯盖，一个浮动的活塞和一个的刻线底盖。这杯体有一个比标准杯体要深的1/4(6.35mm)凹槽，用来放置滤芯。

二、技术参数

三、仪器结构

仪器主体设计具有以下两个优点：

①其滤失介质和滤液收集器位于仪器上端，下端加压，这与常规封堵滤失测定不同，目的是避免了加温过程中加重剂沉降在滤失介质上对滤失量可能产生的影响；

②采用液压，保证了高压安全性。

四、仪器操作

PPT实验方法。PPT实验方法与HTHP滤失量滤失评价实验操作步骤类似，即在一定压差，温度条件下搜集滤液，由于篇幅所限不详细说明。标准压差7MPa（psi），也可以根据实际压力情况调整。

警告：设置键“PF”“”“”非本厂技术人员严禁触碰。

1.将加热套和相应电压电源接通，将温度计插入温度计孔。将加温套加热至比选定的测量温度高10F（6℃），在整个测试过程中用温控器保持温度恒定。

2.将样品搅拌10min。

3.检查阀杆、浮动活塞、钻井液罐和端盖上的O型圈，更换损坏或变脆的O型圈。全部O型圈涂抹上高温油脂。在℃（℉）以上的温度下实验后，应例行更换全部O型圈。

4.钻井液罐螺纹、端盖螺纹涂抹防磨润滑油。应配戴防护手套。钻井液罐有应力断裂或严重点蚀迹象的钻井液罐体不应使用。

5.砂盘处理

PPT封堵实验通常采用圆形陶瓷砂盘作为滤失介质，过滤面积22.6cm2（3.5in2），有多种孔渗规格。另外，也可使用金属封板、研磨砂盘作为过滤介质，砂盘不能重复使用。陶瓷砂盘规格见滤芯渗透率规格表1所示。

表1砂盘型号及参数

滤芯制作工艺稳定，质量控制严格，具有良好的实验重复性，如表2实验数据，实验条件：滤芯编号d、7MPa、°C。

表2重复性实验

实验前要用基液对陶瓷砂盘进行充分饱和，基液会根据所用实验溶液有所不同（淡水、盐水、基础油等），饱和方法即将陶瓷砂盘浸泡在基液中直至充分饱和，根据实验验证，浸泡10min可以充分饱和，验证数据如表3所示。

表3陶瓷砂盘饱和后质量数据

6.组装PPT钻井液罐

(1)T型扳手拧入活塞，并安装于钻井液罐中，上下活动活塞确保其移动自如，使T型扳手上的刻线与杯体顶部平齐，然后从活塞上拧下T型扳手。

(2)使活塞至钻井液罐端的螺纹处，充满液压油。

（3）拧入螺纹盖，用二销式螺帽扳手拧紧，不宜过紧。

(4)液压油从端盖螺纹孔中流出，说明活塞与端盖之间没有气体。

(5)拧入带有快速接头的连通阀杆并拧紧。

(6)另一端钻井液罐端朝上放置，加入经搅拌10min的钻井液加到罐体刻线处位置。

(7)放入处理好的滤芯。拧入顶盖，用二销式螺帽扳手拧紧。

(8)拧入回压接收器阀杆。

(9)拉出钻井液罐支架，把标顶盖端的钻井液罐向上移入加热套中，并转动，使加热套底部的定位销座落于钻井液罐底部的孔中。插入温度计。

(10)液压组件的软管连接至刻线端盖处阀杆的快接接头处。

(11)回压接收器连接到顶盖处的阀杆上，并用锁销锁住。

7.加热

(1)当实验温度超过93℃（℉）时，参见表2相应试验温度的回压值，并利用液压泵向钻井液罐施加该压力。

注：要做超℃实验时，需带0.5MPa压力加温。

表2：各种试验温度的起始及钻井液罐加热压力或回压表

(2)当关闭的钻井液罐置于加热套中时，罐中物质和液压油的热膨胀将导致钻井液罐内压力过高。室温下的钻井液罐置于热的加热套中时，必须迅速连接泵，以便排放液压液体。加热期间，应定期排放过剩压力，以控制钻井液罐内的压力。加温时间不宜超过1h。

8.滤失实验

(1)钻液罐内样品的温度达到所需温度时，给钻井液罐内样品施加工作压力和回压（参见表2），压差PSI。

(2)打开氮气瓶总阀，打开连接回压接收器阀杆上的T型阀门。

(3)开始试验前，滤芯与回压收集器出口之间的空间和接收阀门必须填充基液。

(4)拧开刻线端盖处阀杆，开始试验。由泵的压力表读取的钻井液罐内压力。

(5)实验开始后在1min、2.5min、5min、7.5min、15min、25min和30min用量筒收集滤液，并准确记录收集时间和体积，用于绘制滤液总体积与时间平方根的关系图和计算结果。

（5.1）实验期间，应维持钻井液罐压力和收集器回压稳定。

（5.2）30min，关闭过滤阀门，将回压收集器剩余的全部滤液排放至量筒并记录。

9拆卸仪器

（1）断开加热套电源。

（2）关闭总气源。关闭上阀杆。释放回压管线内压力。取下回压接收器上的定位销，取下回压接收器。

（3）给液压泵泄压，直到压力表显示为零。关闭下阀杆。取下液压软管和快速接头。

（4）取出钻井液罐，冷却到室温。

（5）打开上阀杆，释放上端压力。确保钻井液罐内压力全部释放完。

（6）用二销式螺帽扳手拆卸端盖。

（7）拆卸滤芯。用清水轻轻的冲洗滤饼，然后测量并记录其厚度，并描述其状态。

（8）倒出钻井液罐内剩余的钻井液。

（9）用二销式螺帽扳手拆卸刻线端盖。

（10）钻井液罐内的液压油倒入干净的烧杯中。

（11）T型手柄拧入活塞，取出浮动活塞。

（12）清洗并擦干钻井液罐及其零配件。

10、PPT实验数据计算和处理。完成实验和数据记录后要对数据进行处理分析和计算结果。

①曲线绘制，图3举例说明：

图3滤液体积与时间平方根的关系图

该关系曲线可分析记录数据的相关性是否合理，以及滤失过程中封堵效果的变化。

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