CN106483045A - 用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置及方法。该装置主要由模拟套管、模拟围岩、釜体、加热套、内压泵、热电偶、流量计和计算机组成。该方法如下：水泥浆在模拟套管和模拟围岩之间的环空内固化后，向套管内通入油、气或水，通过内压泵向套管内施加压力，若水泥环在套管内压作用下受损，则油、气或水将沿着模拟套管与水泥环的界面、水泥环本体、水泥环与模拟围岩的界面上窜至水泥环端面，通过安装在端面的流量计测定流量的大小，判定水泥环射孔后的层间封隔性能。本发明原理可靠，操作简便，可在模拟不同井身结构的情况下测定水泥环射孔后对油、气、水的封隔性能，为油田后期安全生产提供技术支撑。

Description

用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及油气田勘探开发过程中用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置及方法。

背景技术

固井作业后，充填在套管与井壁围岩环空内的水泥浆固化所形成的水泥环，具有支撑、保护套管，封隔油、气、水层，防止层间互窜的作用。油气资源开采过程中，射孔完井作为目前国内外最为广泛的完井方式，为油气井增产起到了至关重要的作用。水泥环属于脆性材料，射孔作业过程中对水泥环必然有一定的损伤，若影响较大，则对水泥环的层间封隔性能带来严峻考验，进而影响整个油气井的安全生产和寿命。

在射孔完井不断推广的同时，射孔后井筒完整性越来越受到重视，而现有研究主要集中于射孔后套管损害及强度影响，对射孔后固井水泥环的破坏研究涉及较少，且现有研究中主要着重理论模型的分析及有限元模拟。国内对水泥环射孔后的层间封隔性能研究起步较晚，现阶段仅意识到了水泥环层间封隔的重要性，尚没有能真实模拟井下情况的具体测试装置及测试方法。

发明内容

本发明的目的在于提供用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置，该装置原理可靠，操作简便，可在模拟不同井身结构的情况下测定水泥环射孔后对油、气、水的封隔性能，通过对比流量变化来判定射孔对水泥环的损伤程度，弥补了无法通过实验手段检测水泥环射孔后层间封隔性能的不足。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置测试水泥环射孔后层间封隔性能的方法，该方法通过向套管内加压，流体沿射孔通道进入水泥环本体并窜至端面，观察与水泥环端面连接的流量计读数，判定水泥环射孔后的层间封隔性能，为油田后期安全生产提供技术支撑。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置，主要由模拟套管、模拟围岩、釜体、加热套、内压泵、热电偶、流量计和计算机组成，所述釜体外部有加热套，内部有模拟围岩和模拟套管，在模拟套管和模拟围岩形成的环空内有水泥浆固化形成的水泥环，模拟套管上有若干个模拟射孔通道，所述釜体有上釜盖和下釜盖，上釜盖和下釜盖与釜体之间均有橡胶垫片和密封圈，并通过螺纹连接，上釜盖有两个孔，一个孔与模拟套管连通并插有热电偶，另一个孔与水泥环端面连通并连接流量计，下釜盖有一个孔连通模拟套管并通过泵压阀门连接内压泵，所述热电偶、流量计、加热套和内压泵均连接计算机。

所述模拟围岩置于釜体内，且紧贴釜体内壁，通过调节模拟围岩内径大小和圆心位置，以模拟不同井眼和水泥环偏心。通过向套管内加压，流体沿模拟射孔通道进入水泥环本体并窜至端面，观察与水泥环端面连接的流量计读数，以判定水泥环射孔后的层间封隔性能。

所述上釜盖、下釜盖和釜体通过螺纹进行组装连接，每个部分均可拆卸。

利用上述装置测试水泥环射孔后层间封隔性能的方法，过程如下：水泥浆在模拟套管和模拟围岩之间的环空内固化后，根据实际地质工况，向套管内通入油、气或水，通过内压泵向套管内施加压力，使里面的油、气或水沿着模拟射孔通道进入到水泥环本体，若水泥环在套管内压作用下受损，则油、气或水将沿着模拟套管与水泥环的界面、水泥环本体、水泥环与模拟围岩的界面上窜至水泥环端面，通过安装在端面的流量计测定流量的大小，判定水泥环射孔后的层间封隔性能。

水泥环射孔后的层间封隔性能测试实验依次包括以下步骤：

(1)根据现场油井的工况，设计实验温度，釜体、模拟围岩预热；

(2)将装有模拟射孔通道的模拟套管安装到釜体下端盖；

(3)按照规范《油井水泥试验方法》(GB/T19139-2003)配制水泥浆，将水泥浆灌至套管与模拟围岩所形成的环空；

(4)待水泥浆凝结呈塑固态时取出模拟射孔通道，安装上釜盖；

(5)根据现场工况养护水泥环至施工龄期；

(6)根据井下地质情况，向套管内通入油(气、水)，利用内压泵调节套管内压，观察流量计是否有读数；

(7)若无读数则证明水泥环射孔后仍保持良好的层间封隔性能，反之则表明水泥环受损。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明原理可靠，操作简单，成本低廉，功能齐全；

(2)可以在模拟不同井身结构情况下测定水泥环射孔后对油、气或水的封隔性能；

(3)通过对比流量变化来判定射孔对水泥环的损伤程度；

(4)弥补了无法通过实验手段检测水泥环射孔后层间封隔性能的不足。

附图说明

图1是用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置结构示意图。

图中：1模拟套管，2水泥环，3模拟射孔通道，4模拟围岩，5釜体，6加热套，7下釜盖，8橡胶垫片，9密封圈，10泵压阀门，11内压泵，12上釜盖，13螺纹，14热电偶，15流量计，16计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

参见图1。

用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置，主要由模拟套管1、模拟围岩4、釜体5、加热套6、内压泵11、热电偶14、流量计15和计算机16组成，所述釜体5外部有加热套6，内部有模拟围岩4和模拟套管1，在模拟套管和模拟围岩形成的环空内有水泥浆固化形成的水泥环2，模拟套管上有若干个模拟射孔通道3，所述釜体有上釜盖12和下釜盖7，上釜盖和下釜盖与釜体之间均有橡胶垫片8和密封圈9，并通过螺纹13连接，上釜盖12有两个孔，一个孔与模拟套管1连通并插有热电偶14，另一个孔与水泥环2端面连通并连接流量计15，下釜盖7有一个孔连通模拟套管1并通过泵压阀门10连接内压泵11，所述热电偶14、流量计15、加热套6和内压泵11均连接计算机16。

水泥环射孔后的层间封隔性能测试实验，依次包括以下步骤：

(1)组装试验装置，设置相应实验温度，仪器预热；

(2)将带有模拟射孔通道3的模拟套管1安装在下釜盖7；

(3)将配制好的水泥浆倒入模拟套管1与模拟围岩4形成的环空；

(4)待水泥浆固化后取出模拟射孔通道3，以形成射孔通道，连接上釜盖12，通过丝扣旋紧密封；

(5)养护水泥环至施工要求时间；

(6)根据现场作业工况及地质情况，向套管内通入油、气或水，通过计算机16设置对应的实验压力，打开阀门，观察流量计15读数变化情况；

(7)水泥环射孔后的层间封隔性能判定：观察流量计读数，若无读数则表明水泥环射孔后仍保持良好的层间封隔性能，射孔对水泥环影响不大，若流量计读数明显，则证明水泥环受损，无法有效起到层间封隔的作用，且读数越大表明水泥环受损越严重。

Claims (3)

1.用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置，主要由模拟套管(1)、模拟围岩(4)、釜体(5)、加热套(6)、内压泵(11)、热电偶(14)、流量计(15)和计算机(16)组成，其特征在于，所述釜体(5)外部有加热套(6)，内部有模拟围岩(4)和模拟套管(1)，在模拟套管和模拟围岩形成的环空内有水泥浆固化形成的水泥环(2)，模拟套管上有模拟射孔通道(3)，所述釜体有上釜盖(12)和下釜盖(7)，上釜盖和下釜盖与釜体之间均有橡胶垫片(8)和密封圈(9)，并通过螺纹(13)连接，上釜盖(12)有两个孔，一个孔与模拟套管(1)连通并插有热电偶(14)，另一个孔与水泥环(2)端面连通并连接流量计(15)，下釜盖(7)有一个孔连通模拟套管(1)并连接内压泵(11)，所述热电偶(14)、流量计(15)、加热套(6)和内压泵(11)均连接计算机(16)。

2.如权利要求1所述的用于测试水泥环射孔后层间封隔性能的试验装置，其特征在于，所述模拟围岩置于釜体内，且紧贴釜体内壁，通过调节模拟围岩内径大小和圆心位置，模拟不同井眼和水泥环偏心。

3.利用权利要求1所述的装置测试水泥环射孔后层间封隔性能的方法，过程如下：水泥浆在模拟套管和模拟围岩之间的环空内固化后，向套管内通入油、气或水，通过内压泵向套管内施加压力，使里面的油、气或水沿着模拟射孔通道进入到水泥环本体，若水泥环在套管内压作用下受损，则油、气或水将沿着模拟套管与水泥环的界面、水泥环本体、水泥环与模拟围岩的界面上窜至水泥环端面，通过安装在端面的流量计测定流量的大小，判定水泥环射孔后的层间封隔性能。