斜井固井过程中套管屈曲评价系统技术方案

本发明专利技术涉及一种斜井固井过程中套管屈曲评价系统，包括：井壁模拟单元和倾斜控制单元，井壁模拟单元限定出空腔以模拟井壁，倾斜控制单元控制井壁模拟单元处于倾斜状态；空心套管，其伸入空腔内；套管固定装置，用于固定空心套管的顶部；套管鞋，设置在空腔的底部，且与空心套管的底部相连接，以密封空心套管；水泥浆储集装置，其上设有水泥浆控制阀，以控制水泥浆储集装置内的水泥浆流入空腔；井底套筒，与井壁模拟单元相连接；环空压力传感器；检测装置，用于检测空心套管的垂向拉力、扭矩和位移，以便根据环空压力传感器检测的压力值以及空心套管的垂向拉力、扭矩和位移对空心套管进行屈曲评价，结构简单，操作简便，可行性好。

Evaluation system of casing buckling in deviated well cementing

【技术实现步骤摘要】
斜井固井过程中套管屈曲评价系统
本专利技术涉及钻井过程
，尤其涉及一种斜井固井过程中套管屈曲评价系统。
技术介绍
固井是钻井工程中的后期流程，目的是在套管外壁和井眼之间形成水泥环，为后期油井开发提供基础。在固井过程中，需要向空心套管内注入前置液、水泥浆、后置液等，使水泥浆等液体从套管底部返出，最终充入环空。但是，在水泥浆注入过程中，套管内部液柱高度在逐渐减小，而环空中的液柱高度在不断上升，由于套管内外液面差产生的浮力会对套管产生影响。在未安装套管扶正器或者套管扶正器安装不当时，浮力对套管产生的屈曲会导致套管发生位移，降低固井质量。特别是在斜井或水平井中，浮力对套管产生的影响较直井而言更大。目前，浮力对套管作用的影响在现场通常采用经验公式进行计算，但是由于实际井场中套管应力复杂，井路径千姿百态，单一变量对套管的影响效果并不明确，因此无法对浮力对套管产生的影响进行有效评价。
技术实现思路
为了至少从一定程度上解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种斜井固井过程中套管屈曲评价系统，通过模拟斜井固井过程中浮力对空心套管的作用，从而实现对空心套管屈曲的评价，结构简单，操作简便，可行性好。为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术实施例提供的一种斜井固井过程中套管屈曲评价系统，包括：斜井模拟装置，所述斜井模拟装置包括井壁模拟单元和倾斜控制单元，所述井壁模拟单元限定出空腔以模拟井壁，所述倾斜控制单元控制所述井壁模拟单元处于倾斜状态，并对所述井壁模拟单元的倾斜角度进行调节；空心套管，所述空心套管伸入所述空腔内；套管固定装置，所述套管固定装置位于所述井壁模拟单元的上方，用于固定所述空心套管的顶部；套管鞋，所述套管鞋设置在所述空腔的底部，且与所述空心套管的底部相连接，以密封所述空心套管；水泥浆储集装置，所述水泥浆储集装置位于所述井壁模拟单元的上方，所述水泥浆储集装置上设有水泥浆控制阀，所述水泥浆控制阀用于控制所述水泥浆储集装置内的水泥浆流入所述空腔；井底套筒，所述井底套筒位于所述井壁模拟单元的下方，且与所述井壁模拟单元相连接；环空压力传感器，所述环空压力传感器设置在所述井底套筒内，且所述环空压力传感器的上部与所述井壁底面相接触，所述环空压力传感器的下部与所述井底套筒的底部相接触；检测装置，所述检测装置用于检测所述空心套管的垂向拉力、扭矩和位移，以便根据所述环空压力传感器检测的压力值以及所述空心套管的垂向拉力、扭矩和位移对所述空心套管进行屈曲评价。本专利技术实施例提出的斜井固井过程中套管屈曲评价系统，通过井壁模拟单元限定出空腔以模拟井壁，并通过倾斜控制单元控制井壁模拟单元处于倾斜状态，实现斜井模拟，以及控制水泥浆流入空腔，这样空腔内的空心套管出现内外液柱高度差，使得空心套管处处受到浮力作用影响，并且通过检测空心套管的垂向拉力、扭矩和位移、以及环空压力传感器检测的压力值分析空心套管的应力变化过程，从而实现对空心套管屈曲的监测与评价，不仅结构简单，操作方便，而且可行性好，能够简便、快速、定量地评价斜井固井过程中水泥浆浮力对空心套管应力变化的影响，达到套管屈曲评价的目的。可选地，所述倾斜控制单元包括底座及机架部、支撑臂和井斜角控制部，所述底座及机架部的机架上部与所述井壁模拟单元的上部相连，所述井斜角控制部设置在所述底座及机架部的机架下部，且通过所述支撑臂与所述井壁模拟单元的下部相连，所述井斜角控制部通过控制所述支撑臂进行旋转以对所述井壁模拟单元的倾斜角度进行调节。具体地，所述底座及机架部的机架上部与所述井壁模拟单元的上部铰接，所述支撑臂包括第一旋转部和第二旋转部，所述第一旋转部的一端与所述井斜角控制部铰接，所述第一旋转部的另一端与所述第二旋转部的一端铰接，所述第二旋转部的另一端与所述井壁模拟单元的下部铰接，所述井斜角控制部通过控制所述第一旋转部进行旋转，以带动所述第二旋转部进行旋转，且通过所述第二旋转部的旋转带动所述井壁模拟单元进行摆动。可选地，所述检测装置包括设置在所述套管固定装置中的第一传感器单元和设置在所述空心套管上的多个第二传感器单元，所述第一传感器单元用于检测所述空心套管的垂向拉力与扭矩，多个所述第二传感器单元用于检测所述空心套管的扭矩与位移。可选地，所述套管固定装置与所述水泥浆储集装置可设置成一体。可选地，所述的斜井固井过程中套管屈曲评价系统，还包括井斜角测量仪，所述井斜角测量仪设置在所述井壁模拟单元的外壁以检测所述井壁模拟单元的倾斜角度，以便在不同井斜角的条件下根据所述环空压力传感器检测的压力值以及所述空心套管的垂向拉力、扭矩和位移对所述空心套管进行屈曲评价。可选地，所述环空压力传感器检测的压力值随着所述空腔内水泥浆的逐渐凝固而减小。可选地，所述井壁模拟单元与所述井底套筒之间通过螺纹连接。可选地，所述套管鞋采用实心结构。可选地，所述水泥浆控制阀位于所述水泥浆储集装置的下侧，且与所述空腔的入口相对应。附图说明图1为根据本专利技术一个实施例的斜井固井过程中套管屈曲评价系统的结构示意图。【附图标记说明】1：水泥浆储集与套管固定装置；2：水泥浆控制阀；3：空心套管；4：井壁模拟单元；5：位移与扭矩传感器单元；6：套管鞋；7：环空压力传感器；8：井底套筒；9：底座及机架部；10：井斜角控制部；11：支撑臂；111：第一旋转部；112：第二旋转部；12：井斜角测量仪；100：斜井模拟装置；101：倾斜控制单元。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。本专利技术实施例提出的斜井固井过程中套管屈曲评价系统，通过井壁模拟单元限定出空腔以模拟井壁，并通过倾斜控制单元控制井壁模拟单元处于倾斜状态，实现斜井模拟，这样在控制水泥浆流入空腔的过程中，空心套管受到水泥浆浮力的作用，并且通过检测空心套管的垂向拉力、扭矩和位移、以及环空压力传感器检测的压力值分析空心套管的应力变化过程，从而实现对空心套管屈曲的监测与评价，不仅结构简单，操作方便，而且可行性好。为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。下面就参照附图来描述本专利技术实施例提出的斜井固井过程中套管屈曲评价系统。如图1所示，本专利技术实施例提出的斜井固井过程中套管屈曲评价系统包括斜井模拟装置100、空心套管3、套管固定装置、套管鞋6、水泥浆储集装置、井底套筒8、环空压力传感器7和检测装置。其中，斜井模拟装置100包括井壁模拟单元4和倾斜控制单元101，井壁模拟单元4限定出空腔以模拟井壁，倾斜控制单元1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种斜井固井过程中套管屈曲评价系统，其特征在于，包括：/n斜井模拟装置，所述斜井模拟装置包括井壁模拟单元和倾斜控制单元，所述井壁模拟单元限定出空腔以模拟井壁，所述倾斜控制单元控制所述井壁模拟单元处于倾斜状态，并对所述井壁模拟单元的倾斜角度进行调节；/n空心套管，所述空心套管伸入所述空腔内；/n套管固定装置，所述套管固定装置位于所述井壁模拟单元的上方，用于固定所述空心套管的顶部；/n套管鞋，所述套管鞋设置在所述空腔的底部，且与所述空心套管的底部相连接，以密封所述空心套管；/n水泥浆储集装置，所述水泥浆储集装置位于所述井壁模拟单元的上方，所述水泥浆储集装置上设有水泥浆控制阀，所述水泥浆控制阀用于控制所述水泥浆储集装置内的水泥浆流入所述空腔；/n井底套筒，所述井底套筒位于所述井壁模拟单元的下方，且与所述井壁模拟单元相连接；/n环空压力传感器，所述环空压力传感器设置在所述井底套筒内，且所述环空压力传感器的上部与所述井壁底面相接触，所述环空压力传感器的下部与所述井底套筒的底部相接触；/n检测装置，所述检测装置用于检测所述空心套管的垂向拉力、扭矩和位移，以便根据所述环空压力传感器检测的压力值以及所述空心套管的垂向拉力、扭矩和位移对所述空心套管进行屈曲评价。/n...

【技术特征摘要】
1.一种斜井固井过程中套管屈曲评价系统，其特征在于，包括：
斜井模拟装置，所述斜井模拟装置包括井壁模拟单元和倾斜控制单元，所述井壁模拟单元限定出空腔以模拟井壁，所述倾斜控制单元控制所述井壁模拟单元处于倾斜状态，并对所述井壁模拟单元的倾斜角度进行调节；
空心套管，所述空心套管伸入所述空腔内；
套管固定装置，所述套管固定装置位于所述井壁模拟单元的上方，用于固定所述空心套管的顶部；
套管鞋，所述套管鞋设置在所述空腔的底部，且与所述空心套管的底部相连接，以密封所述空心套管；
水泥浆储集装置，所述水泥浆储集装置位于所述井壁模拟单元的上方，所述水泥浆储集装置上设有水泥浆控制阀，所述水泥浆控制阀用于控制所述水泥浆储集装置内的水泥浆流入所述空腔；
井底套筒，所述井底套筒位于所述井壁模拟单元的下方，且与所述井壁模拟单元相连接；
环空压力传感器，所述环空压力传感器设置在所述井底套筒内，且所述环空压力传感器的上部与所述井壁底面相接触，所述环空压力传感器的下部与所述井底套筒的底部相接触；
检测装置，所述检测装置用于检测所述空心套管的垂向拉力、扭矩和位移，以便根据所述环空压力传感器检测的压力值以及所述空心套管的垂向拉力、扭矩和位移对所述空心套管进行屈曲评价。


2.如权利要求1所述的斜井固井过程中套管屈曲评价系统，其特征在于，所述倾斜控制单元包括底座及机架部、支撑臂和井斜角控制部，所述底座及机架部的机架上部与所述井壁模拟单元的上部相连，所述井斜角控制部设置在所述底座及机架部的机架下部，且通过所述支撑臂与所述井壁模拟单元的下部相连，所述井斜角控制部通过控制所述支撑臂进行旋转以对所述井壁模拟单元的倾斜角度进行调节。


3.如权利要求2所述的斜井固井过程中套管屈曲评价系统，其特征在于，所述底座及机架部的机架上部与所述井壁模拟单元的上部铰接，所述支撑臂包括第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟善波，李靖，王晓宏，李先林，韩秀玲，郑龙，薛志龙，冶霆汉，
申请(专利权)人：新疆正通石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65