本发明专利技术涉及一种固井界面流体密封能力测试装置及其使用方法，所述装置包括界面模拟装置、釜体密封装置、界面限位装置以及流体加压装置，所述釜体密封装置内部与所述界面模拟装置端面相连接，所述界面模拟装置两侧与所述流体加压装置相连接；所述界面限位装置顶部与所述釜体密封装置相连接，所述界面限位装置底部与所述界面模拟装置接触。该固井界面流体密封能力测试装置可以直观地观察判断流体是否沿界面突破；克服了流体压力作用在岩心水泥环组合体端面上导致界面横向变形受压，导致界面压力增大，测量结果偏大问题；该装置功能界面加压和流体加压单独进行，解决了现有模拟装置测试时流体压力始终小于界面压力的矛盾。
1、在油气井工程固井过程中，固井是指把套管下到设计井深，并在套管与井眼环空注入水泥浆，水泥浆凝固之后与地层粘结在一起形成的界面被称为固井第二界面；水泥浆凝固之后与套管粘结在一起形成的界面被称为固井第一界面，简称固一二界面。固一二界面及凝固后的水泥环是封隔井下流体、阻断层间窜流的主体。在保证水泥环不会发生塑性屈服的条件下，具有很低的渗透率，井下流体不会通过水泥环进行窜流。因此，固一二界面是井下流体发生窜流的主要通道。井下数千米深度处的流体具有很高的压力，当固一二界面的流体密封能力小于所要封隔的流体的压力时，井下高压流体会沿着固一二界面发生窜流，导致固井封隔失效，严重会导致整个井眼报废。
2、因此，准确测试固一二界面的流体密封能力对于固井工程而言至关重要。cn104406910b中公开了一种高温高压固井一、二界面封固能力测试装置及方法；cn108487880a中公开了一种油气井固井二界面窜流实验装置；顾军等人提出了一种固井二界面封固能力仿真评价装置。上述的固井一二界面封固能力测试装置及方法都存在着共同的缺点：
>6、(4)流体初始压力作用方向是垂直于岩心水泥环组合体端面的，流体压力作用在模拟地层-水泥环-套管组合体的初始位置处会导致组合体发生横向变形，进而导致流体撑开界面初始位置时的压力随流体压力的增大而增大，最终导致测量结果偏大；7、(5)测试时岩心-水泥石组合体外侧需要施加围压，一端施加流体的压力必须要小于围压，围压传递到界面的压力是大于围压本身的，这就导致界面的压力大于一端的流体压力，理论上流体是无法沿着界面突破的，会沿着岩石或水泥环内部通过。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术将提出一种固井界面流体密封能力测试装置及其使用方法，该装置及其使用方法能够模拟井下固井第一二界面，克服了目前所存在的测试装置及方法所存在的缺陷，并且能够更加准确的衡量固井第一二界面流体的封隔能力。
2、本专利技术采用的技术方案如下：一种固井界面流体密封能力测试装置，所述装置包括界面模拟装置、釜体密封装置、界面限位装置以及流体加压装置，所述釜体密封装置内部与所述界面模拟装置端面相连接，所述界面模拟装置两侧与所述流体加压装置相连接；所述界面限位装置顶部与所述釜体密封装置相连接，所述界面限位装置底部与所述界面模拟装置接触。
3、进一步地，所述界面模拟装置包括界面模拟装置釜体、岩心和水泥环，所述水泥环外壁与所述界面模拟装置釜体内侧环形柱状体内壁粘结，所述水泥环内壁与所述岩心侧面粘结；所述水泥环端面与界面限位装置底部接触。
4、进一步地，界面模拟装置釜体为内外径不同的双环形柱状体，双环形柱状体结构上连接为一体；双环形柱状体之间有上下两个釜体空腔，所述两个釜体空腔通过一贯穿的圆形孔i联通；所述界面模拟装置釜体两端设有对称的密封外螺纹i和密封内螺纹i。
5、进一步地，所述流体加压装置包括第一液体加压设备、第二液体加压设备、高压管线i和高压管线ii，所述第一液体加压设备通过高压管线i与密封螺纹孔ii连接，所述密封螺纹孔ii贯通到所述内侧环形柱状体内壁；所述第二液体加压设备通过高压管线ii与密封螺纹孔i连接，所述密封螺纹孔i贯通到所述圆形孔i。
6、进一步地，所述釜体密封装置包括中间贯通的双环形密封端盖和密封圈，所述密封圈镶嵌在双环形密封端盖一侧，所述双环形密封端盖为中间贯通、一侧有两个环形柱状体凸起的环形柱状体。
7、进一步地，所述环形密封端盖内侧凸起的环形柱状体外壁开有密封外螺纹ii，所述密封外螺纹ii与所述封内螺纹i相连接；所述环形密封端盖外侧凸起的环形柱状体内壁开有密封内螺纹ii，所述密封内螺纹ii与密封外螺纹i相连接；所述双环形密封端盖中间贯通的圆形空间内壁上部开有内螺纹iii；所述双环形密封端盖外侧还开有圆形孔ii。
8、进一步地，所述界面限位装置包括限位块，所述限位块由四段内径相同的环形柱状体组合而成，所述限位块中间部位环形柱状体侧面开有四个窗口；所述限位块顶部外壁开有外螺纹iii，所述外螺纹iii与所述内螺纹iii相连接。
9、进一步地，所述装置还包括配件，所述配件包括插销和t型堵头，所述插销与贯通到所述内侧环形柱状体内壁的密封螺纹孔ii配合；所述t型堵头为双圆柱体结构，上部圆柱体直径小于下部的圆柱体直径，下部圆柱体侧面开有圆柱形孔；所述t型堵头上部圆柱体与所述界面模拟装置釜体内环形柱状体内壁配合；所述t型堵头上还开有圆形孔iii。
10、进一步地，所述装置还包括用于取出t型堵头的撬棒，所述撬棒一端为圆台形，另一端为圆柱形。
11、此外，本专利技术还涉及一种固井界面流体密封能力测试装置的使用方法，所述方法利用上述的固井界面流体密封能力测试装置完成，所述方法包括以下步骤：
12、1、装置组装：将t型堵头放入界面模拟装置釜体的一端；将密封圈嵌入双环形釜体密封端盖中，将双环形釜体密封端盖拧入界面模拟装置釜体另一端；将限位块拧入已连接好的双环性密封端盖中；
13、2、界面模拟：将岩心放入步骤1组装好的装置中，将插销表面通过密封螺纹孔ii抵达岩心侧面，在岩心侧面做上标记，退出插销；
14、取出岩心，在做好的标记位置处将岩心放入，插销插入并抵达岩心已标记好的侧面位置；通过已连接的限位块中间孔向界面模拟装置釜体与岩心之间的环形空间注入水泥，水泥液面与限位块底面接触；
15、3、界面密封性能测试：待步骤2中的水泥凝固后，拔出插销，使用撬棒取出t型堵头，连接双环形釜体密封端盖和限位块；然后第二液体加压设备通过高压管线ii连接密封螺纹孔i，并持续向釜体空腔内注入液体，直至达到所需压力；第一液体加压设备通过高压管线i连接密封螺纹孔ii，持续向界面初始缺陷位置处注入液体，记录液体压力最高时的压力值，所述液体压力最高时的压力值为固井第二界面的液体界面突破压力。
16、进一步地，若不考虑地层压力对界面的影响，第二液体加压设备可以不向釜体空腔内注入液体，直接通过第一液体加压设备向界面初始缺陷位置处注入液体。
17、进一步地，当测量气体突破界面时的压力时，将步骤3中的与贯通到内环形柱状体内壁的密封螺纹孔ii连接的第一液体加压设备替换成气体加压设备，然后按照步骤3中的操作进行，将向界面初始缺陷位置处注入的液体替换成气体，观察现象时在岩心和水泥环组合体两端加入清水，透过限位块观察气泡逸出的位置。
18、进一步地，当测量固井第一界面的流体或气体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固井界面流体密封能力测试装置，所述装置包括界面模拟装置、釜体密封装置、界面限位装置以及流体加压装置，所述釜体密封装置内部与所述界面模拟装置端面相连接，所述界面模拟装置两侧与所述流体加压装置相连接；所述界面限位装置顶部与所述釜体密封装置相连接，所述界面限位装置底部与所述界面模拟装置接触。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述界面模拟装置包括界面模拟装置釜体(1)、岩心(8)和水泥环(9)，所述水泥环(9)外壁与所述界面模拟装置釜体(1)内侧环形柱状体内壁粘结，所述水泥环(9)内壁与所述岩心(8)侧面粘结；所述水泥环(9)端面与界面限位装置底部接触。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，界面模拟装置釜体(1)为内外径不同的双环形柱状体，双环形柱状体结构上连接为一体；双环形柱状体之间有上下两个釜体空腔(2)，所述两个釜体空腔(2)通过一贯穿的圆形孔I(3)联通；所述界面模拟装置釜体(1)两端设有对称的密封外螺纹I(6)和密封内螺纹I(7)。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述流体加压装置包括第一液体加压设备(20)、第二液体加压设备(21)、高压管线I(22)和高压管线II(23)，所述第一液体加压设备(20)通过高压管线I(22)与密封螺纹孔II(5)连接，所述密封螺纹孔II(5)贯通到所述内侧环形柱状体内壁；所述第二液体加压设备(21)通过高压管线II(23)与密封螺纹孔I(4)连接，所述密封螺纹孔I(4)贯通到所述圆形孔I(3)。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述釜体密封装置包括中间贯通的双环形密封端盖(13)和密封圈(17)，所述密封圈(17)镶嵌在双环形密封端盖(13)一侧，所述双环形密封端盖(13)为中间贯通、一侧有两个环形柱状体凸起的环形柱状体。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述双环形密封端盖(13)内侧凸起的环形柱状体外壁开有密封外螺纹II(15)，所述密封外螺纹II(15)与所述封内螺纹I(7)相连接；所述环形密封端盖(13)外侧凸起的环形柱状体内壁开有密封内螺纹II(14)，所述密封内螺纹II(14)与密封外螺纹I(6)相连接；所述双环形密封端盖(13)中间贯通的圆形空间内壁上部开有内螺纹III(16)；所述双环形密封端盖(13)外侧还开有圆形孔II(24)。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述界面限位装置包括限位块(18)，所述限位块(18)由四段内径相同的环形柱状体组合而成，所述限位块(18)中间部位环形柱状体侧面开有四个窗口；所述限位块(18)顶部外壁开有外螺纹III(19)，所述外螺纹III(19)与所述内螺纹III(16)相连接。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，所述装置还包括配件，所述配件包括插销(10)和T型堵头(12)，所述插销(10)与贯通到所述内侧环形柱状体内壁的密封螺纹孔II(5)配合；所述T型堵头(12)为双圆柱体结构，上部圆柱体直径小于下部圆柱体直径，下部圆柱体侧面开有圆柱形孔；所述T型堵头(12)上部圆柱体与所述界面模拟装置釜体(1)内环形柱状体内壁配合；所述T型堵头(12)上还开有圆形孔III(25)。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置还包括用于取出T型堵头(12)的撬棒(26)，所述撬棒(26)一端为圆台形，另一端为圆柱形。
10.一种固井界面流体密封能力测试装置的使用方法，所述方法利用权利要求1-9任一项所述的固井界面流体密封能力测试装置完成，所述方法包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的方法，其中，若不考虑地层压力对界面的影响，第二液体加压设备(21)可以不向釜体空腔(2)内注入液体，直接通过第一液体加压设备(20)向界面初始缺陷(11)位置处注入液体。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，当测量气体突破界面时的压力时，将步骤3中的与贯通到内环形柱状体内壁的密封螺纹孔II(5)连接的第一液体加压设备(20)替换成气体加压设备，然后按照步骤3中的操作进行，将向界面初始缺陷(11)位置处注入的液体替换成气体，观察现象时在岩心(8)和水泥环(9)组合体两端加入清水，透过限位块(18)观察气泡逸出的位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，当测量固井第一界面的流体或气体界面突破压力，在步骤2中，不放置岩心(8)，将插销(10)插入到界面模拟装置内环形柱状体内壁，同时在贯通到界面模拟装置内环形柱状体内壁的密封螺纹孔II(5)附近涂抹一层黄油。
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【技术特征摘要】
1.一种固井界面流体密封能力测试装置，所述装置包括界面模拟装置、釜体密封装置、界面限位装置以及流体加压装置，所述釜体密封装置内部与所述界面模拟装置端面相连接，所述界面模拟装置两侧与所述流体加压装置相连接；所述界面限位装置顶部与所述釜体密封装置相连接，所述界面限位装置底部与所述界面模拟装置接触。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述界面模拟装置包括界面模拟装置釜体(1)、岩心(8)和水泥环(9)，所述水泥环(9)外壁与所述界面模拟装置釜体(1)内侧环形柱状体内壁粘结，所述水泥环(9)内壁与所述岩心(8)侧面粘结；所述水泥环(9)端面与界面限位装置底部接触。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，界面模拟装置釜体(1)为内外径不同的双环形柱状体，双环形柱状体结构上连接为一体；双环形柱状体之间有上下两个釜体空腔(2)，所述两个釜体空腔(2)通过一贯穿的圆形孔i(3)联通；所述界面模拟装置釜体(1)两端设有对称的密封外螺纹i(6)和密封内螺纹i(7)。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述流体加压装置包括第一液体加压设备(20)、第二液体加压设备(21)、高压管线i(22)和高压管线ii(23)，所述第一液体加压设备(20)通过高压管线i(22)与密封螺纹孔ii(5)连接，所述密封螺纹孔ii(5)贯通到所述内侧环形柱状体内壁；所述第二液体加压设备(21)通过高压管线ii(23)与密封螺纹孔i(4)连接，所述密封螺纹孔i(4)贯通到所述圆形孔i(3)。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述釜体密封装置包括中间贯通的双环形密封端盖(13)和密封圈(17)，所述密封圈(17)镶嵌在双环形密封端盖(13)一侧，所述双环形密封端盖(13)为中间贯通、一侧有两个环形柱状体凸起的环形柱状体。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述双环形密封端盖(13)内侧凸起的环形柱状体外壁开有密封外螺纹ii(15)，所述密封外螺纹ii(15)与所述封内螺纹i(7)相连接；所述环形密封端盖(13)外侧凸起的环形柱状体内壁开有密封内螺纹ii(14)，所述密封内螺纹ii(14)与密封外螺纹i(6)相连接；所述双环形密封端盖(13)中间贯通的圆形空间内壁上部开有内螺纹ii...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑若臣，陆红军，欧阳勇，刘汉斌，陈海涌，高云文，解永刚，唐向阳，段志锋，吴学升，黄占盈，谢江锋，白明娜，张燕娜，思代春，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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