油气井水泥环密封完整性测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种油气井水泥环密封完整性测试装置，包括压力釜和位于压力釜内部的模拟井筒，测试装置还包括压力控制系统、温度控制系统、窜流检测系统、应变测量系统和泥饼模拟系统；模拟井筒包括套管和位于套管外围的岩心，套管和岩心之间形成环形间隙，环形间隙内形成水泥环；套管和岩心的上下两端分别设有上端盖和下端盖。本实用新型专利技术可实现对井下不同工况条件下水泥环所承受温度以及来自套管、地层复杂载荷的真实模拟，工艺范围涵盖油气井钻完井阶段注水泥固井，生产过程中的试压、试采、循环注采以及压裂等改造工况。本实用新型专利技术可通过改变水泥环厚度、泥饼性质、养护温度等因素，以评价其对水泥环密封完整性的影响规律。

【技术实现步骤摘要】
油气井水泥环密封完整性测试装置
本技术属于油气资源开发领域，具体涉及到一种可以模拟井下工况条件下水泥环所承受的套管、地层复杂载荷，并对水泥环进行密封完整性测试的装置。
技术介绍
在油气井生命周期中的各个阶段，对井筒和地层内流体的控制都是首要任务。如果流体发生不受控制的流动，油气井在物理和功能上就不具备完整性，就有可能导致严重的、甚至灾难性的后果。水泥环作为油气井井筒的重要组成部分，其主要功能就是为了防止钻井、生产和改造过程中的地层流体窜流，并有效地固定和支撑套管。近年来，随着勘探开发进程的深入开展，多数油田开发进入中后期，流体注入、酸化、压裂等增产改造措施得到广泛应用，越来越多的井却出现了环空带压、层间窜流等水泥环密封完整性失效的问题，特别是对于高压气井，生产过程中的环空压力异常现象非常普遍，而密封性能作为水泥环完整性的直接度量指标，如何实现对其准确定量评价至关重要。因此，开展水泥环密封完整性评价研究，对油气井生产措施的确定和生命周期的延长具有重要意义。目前，对于水泥环密封完整性的测试方法，在油田现场主要利用测井仪器，如声波测井(CBL)、变密度(VDL)等对固井界面进行评判，也有直接利用射孔孔眼对层间进行窜通能力测试的，但这种测试可能会压裂或堵塞地层，甚至对固井界面造成破坏。而实验室内的测试仪器与方法主要有：剪切胶结强度评价装置、水力胶结和渗透性评价装置、水泥石抗压强度测定法、固井二界面封隔能力仿真评价装置以及固井水泥环力学完整性测试装置等，以上测试仪器多数是以界面剪切强度和水泥石抗压强度为评价指标，极少数仪器是以水泥环实际的封固和密封性作为评价指标。即使是这样，由于实验条件的限制，以上方法对实际井下工况进行了大量的简化，或者直接简化为等效的物理实验，导致无法模拟水泥环在井下的实际受力状态。因此，当前无论是室内实验测试，还是现场工程应用均难实现对井下工况条件下水泥环密封完整性进行准确评价。中国专利CN104153760A油气井水泥环密封特性模拟测试装置与实验方法，公开了一种油气井水泥环密封特性模拟测试装置，包括釜体、上釜盖、下釜盖、加热套、增压泵、泄压泵和液量与气量记录仪以及连接了用于控制和测试围压、泄压和套管压力等多条管路，但是从本课题组实际操作情况来看，本装置的密封性能不够好，主要因为配合不同尺寸套管使用的压板与上釜盖之间连接结构不能承受太大压差，因此只能在一定程度上实现预定目标。再者，此装置仅能实现水泥环加载及水泥环密封特性影响的测定，而实际井下的水泥环需要承受多方压力，仅通过对水泥环加载测定水泥环密封的特性，不能满足全面测定的需要。
技术实现思路
根据上述不足之处，本技术的目的是提供一种可以模拟井下工况条件下水泥环所承受的套管、地层复杂载荷，并对水泥环进行密封完整性测试的装置。为实现上述目的，本技术的技术方案在于：一种油气井水泥环密封完整性测试装置，包括压力釜和位于压力釜内部的模拟井筒，测试装置还包括压力控制系统、温度控制系统、窜流检测系统、应变测量系统和泥饼模拟系统；模拟井筒包括套管和位于套管外围的岩心，所述的套管和岩心之间形成环形间隙，环形间隙内形成水泥环；套管和岩心的上下两端分别设有上端盖和下端盖；压力釜包括釜体和与釜体相配合的釜盖；釜体设有与水泥环顶端连同的水泥环压力口和与水泥环底部连通的验窜口；釜体设有与岩心外围上端连通的围压口和与岩心外围下端连通的泄压口；釜体设有用于安装加热电偶的热电偶口；釜体设有与套管内部连通的设置在釜体下端的套管压力口；釜盖设有用于连接位移测量装置或钻进液储存桶的连通口；压力控制系统包括与围压口相连的管路一、与水泥环压力口相连的管路二、与套管压力口相连的管路四和与泄压口相连的管路五；管路一上连接有截止阀一、压力传感器一、调压阀一、气体增压泵、压力控制仪表和氮气源，气体增压泵与压缩空气源相连；管路二上连接有截止阀二、截止阀四、压力传感器二、调压阀二和截止阀七；管路四上连接有压力传感器四、液体增压泵和水源，液体增压泵与压缩空气源相连；管路五上连接有截止阀八和排水管；温度控制系统包括与热电偶口相连的设置在釜体内部的热电偶，热电偶还与温度控制仪表相连，釜体外侧缠绕有冷却管，冷却管与水源相连；窜流检测系统包括与验窜口相连的管路三，管路三上连接有截止阀六、压力传感器三、截止阀十和窜流监测装置；应变测量系统通过釜盖上的连通口深入套管内部用于测量套管内壁径向位移的位移测量装置；泥饼模拟系统包括钻井液储存桶和岩心滤网，钻井液储存桶的上下两端分别设有截止阀十二和截止阀十三，钻井液储存桶的上端通过导气管与氮气瓶相连，钻井液储存桶与釜盖相连；岩心滤网嵌套于岩心的外壁。优选的是：管路一和管路二上连接有分支管路六，分支管路六上连接有截止阀五，分支管路六与管路二的连接点位于水泥环压力口和截止阀二之间，分支管路六与管路一的连接点位于围压口和截止阀一之间。优选的是：管路二和分支管路六上连接有分支管路七，分支管路七上设置有截止阀三和失水桶，分支管路七与管路二的连接点位于截止阀二和调压阀二之间，分支管路七和分支管路六的连接点位于水泥环压力口和截止阀二之间。优选的是：管路三上连接有分支管路八，分支管路八上设置有背压阀一和截止阀十一，分支管路八的端部与排水管相连。优选的是：管路五上连接有分支管路九，分支管路九上设置有背压阀二，分支管路九和管路五的连接点位于液体增压泵和压力传感器四之间，分支管路九的端部与排水管相连。优选的是：管路五上连接有分支管路十，分支管路十上设置有截止阀九，分支管路十和管路五的连接点位于压力传感器四和套管压力口之间，分支管路十的端部与排水管相连。优选的是：釜体的内底面设有定位凸台。优选的是：水泥环的下端设有滤网。优选的是：釜体与釜盖之间，釜盖的连通口与位移测量装置之间和釜盖的连通口与钻进液储存桶之间设有连接构件。本技术还提供一种利用油气井水泥环密封完整性测试装置进行评价的方法，包括如下过程：(1)水泥环密封完整性测试a岩心内壁泥饼的形成将岩心滤网套在制作好的环形柱状岩心外围，放入釜体底面的定位凸台上，用釜盖压紧密封，按照实验要求配置钻井液，关闭钻井液储存桶下端截止阀十三，打开上端截止阀十二，将钻井液灌入钻井液存储桶中，钻井液的体积可依实验需要而定，关闭截止阀十二，将钻井液储存桶旋入釜盖的连通口，将从氮气瓶引出的导气管连接到钻井液储存桶的顶端，关闭截止阀一、截止阀五、截止阀六和截止阀九，打开截止阀八、截止阀十二和截止阀十三，调节氮气瓶输出压力为0.5-1.0MPa，打开氮气瓶调压阀开关输出氮气，记录时间15-30分钟，在达到实验所需时间后，在岩心内外压差作用下形成泥饼，关闭氮气瓶开关，关闭截止阀十二和截止阀十三，拆卸钻井液储存桶和釜盖，取出岩心，用缓缓流动的清水冲洗掉泥饼上的虚泥饼，并通过专用卡尺测量实际泥饼厚度；b模拟井下水泥浆养护过程b1模拟井筒内等压条件下的水泥浆养护泥饼形成后，将岩心和套管嵌于下端盖上，并根据实验要求配置不同性质的水泥浆，将水泥浆缓缓注入套管和岩心之间的环形空间，注满后用上端盖压紧密封，将组装好的模拟井筒置入釜体中，确保下端盖与釜体之间密封良好，然后旋紧釜盖，将位移测量装置旋入釜盖顶部的连通口，连接系统数据采集软件，打开截止阀三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其特征在于：包括压力釜和位于压力釜内部的模拟井筒，所述的测试装置还包括压力控制系统、温度控制系统、窜流检测系统、应变测量系统和泥饼模拟系统；所述的模拟井筒包括套管(6)和位于套管(6)外围的岩心(7)，所述的套管(6)和岩心(7)之间形成环形间隙，所述的环形间隙内形成水泥环(8)；所述套管(6)和岩心(7)的上下两端分别设有上端盖(4)和下端盖(11)；所述的压力釜包括釜体(9)和与釜体(9)相配合的釜盖(3)；所述的釜体(9)设有与水泥环(8)顶端连同的水泥环压力口(17)和与水泥环(8)底部连通的验窜口(10)；所述的釜体(9)设有与岩心(7)外围上端连通的围压口(5)和与岩心(7)外围下端连通的泄压口(14)；所述的釜体(9)设有用于安装加热电偶的热电偶口(15)；所述的釜体(9)设有与套管(6)内部连通的设置在釜体(9)下端的套管压力口(12)；所述的釜盖(3)设有用于连接位移测量装置(1)或钻进液储存桶(54)的连通口(18)；所述的压力控制系统包括与围压口(5)相连的管路一、与水泥环压力口(17)相连的管路二、与套管压力口(12)相连的管路四和与泄压口(14)相连的管路五；所述的管路一上连接有截止阀一(27)、压力传感器一(28)、调压阀一(29)、气体增压泵(30)、压力控制仪表(32)和氮气源(34)，所述的气体增压泵(30)与压缩空气源(33)相连；所述的管路二上连接有截止阀二(21)、截止阀四(22)、压力传感器二(24)、调压阀二(25)和截止阀七(31)；所述的管路四上连接有压力传感器四(43)、液体增压泵(46)和水源(47)，所述的液体增压泵(46)与压缩空气源(33)相连；所述的管路五上连接有截止阀八(48)和排水管(42)；所述的温度控制系统包括与热电偶口(15)相连的设置在釜体(9)内部的热电偶，所述的热电偶还与温度控制仪表(49)相连，所述的釜体(9)外侧缠绕有冷却管(16)，所述的冷却管(16)与水源(47)相连；所述的窜流检测系统包括与验窜口(10)相连的管路三，所述的管路三上连接有截止阀六(35)、压力传感器三(36)、截止阀十(37)和窜流监测装置；所述的应变测量系统通过釜盖(3)上的连通口(18)深入套管(6)内部用于测量套管(6)内壁径向位移的位移测量装置(1)；所述的泥饼模拟系统包括钻井液储存桶(54)和岩心滤网(20)，所述钻井液储存桶(54)的上下两端分别设有截止阀十二(55)和截止阀十三(53)，所述钻井液储存桶(54)的上端通过导气管与氮气瓶(56)相连，所述钻井液储存桶(54)与釜盖(3)相连；所述的岩心滤网(20)嵌套于岩心(7)的外壁。...

【技术特征摘要】
1.一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其特征在于：包括压力釜和位于压力釜内部的模拟井筒，所述的测试装置还包括压力控制系统、温度控制系统、窜流检测系统、应变测量系统和泥饼模拟系统；所述的模拟井筒包括套管(6)和位于套管(6)外围的岩心(7)，所述的套管(6)和岩心(7)之间形成环形间隙，所述的环形间隙内形成水泥环(8)；所述套管(6)和岩心(7)的上下两端分别设有上端盖(4)和下端盖(11)；所述的压力釜包括釜体(9)和与釜体(9)相配合的釜盖(3)；所述的釜体(9)设有与水泥环(8)顶端连同的水泥环压力口(17)和与水泥环(8)底部连通的验窜口(10)；所述的釜体(9)设有与岩心(7)外围上端连通的围压口(5)和与岩心(7)外围下端连通的泄压口(14)；所述的釜体(9)设有用于安装加热电偶的热电偶口(15)；所述的釜体(9)设有与套管(6)内部连通的设置在釜体(9)下端的套管压力口(12)；所述的釜盖(3)设有用于连接位移测量装置(1)或钻进液储存桶(54)的连通口(18)；所述的压力控制系统包括与围压口(5)相连的管路一、与水泥环压力口(17)相连的管路二、与套管压力口(12)相连的管路四和与泄压口(14)相连的管路五；所述的管路一上连接有截止阀一(27)、压力传感器一(28)、调压阀一(29)、气体增压泵(30)、压力控制仪表(32)和氮气源(34)，所述的气体增压泵(30)与压缩空气源(33)相连；所述的管路二上连接有截止阀二(21)、截止阀四(22)、压力传感器二(24)、调压阀二(25)和截止阀七(31)；所述的管路四上连接有压力传感器四(43)、液体增压泵(46)和水源(47)，所述的液体增压泵(46)与压缩空气源(33)相连；所述的管路五上连接有截止阀八(48)和排水管(42)；所述的温度控制系统包括与热电偶口(15)相连的设置在釜体(9)内部的热电偶，所述的热电偶还与温度控制仪表(49)相连，所述的釜体(9)外侧缠绕有冷却管(16)，所述的冷却管(16)与水源(47)相连；所述的窜流检测系统包括与验窜口(10)相连的管路三，所述的管路三上连接有截止阀六(35)、压力传感器三(36)、截止阀十(37)和窜流监测装置；所述的应变测量系统通过釜盖(3)上的连通口(18)深入套管(6)内部用于测量套管(6)内壁径向位移的位移测量装置(1)；所述的泥饼模拟系统包括钻井液储存桶(54)和岩心滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵效锋，管志川，廖华林，史玉才，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：新型
国别省市：山东,37