一种用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置，该装置通过利用氮气罐中的氮气对介质填充装置的内部空间的固化浆液进行加压压实，压实压力可调，最高可提供7MPa的压力，能够真实模拟深水弱胶结地层的压力环境，同时氮气罐与介质填充装置间的压力管线上设置有气瓶阀门和气瓶压力表，通过调节气瓶阀门，实时调整固化浆液的注浆压力；其次，介质填充装置的环形侧壁的两端设置有可分离的顶部密封板和底部密封板，进而保证了注浆完成后的固化浆液形成的圆柱形结石体可以整体取出，将结石体表面简单处理后用于进行抗压强度试验，从而可以方便得到反映深水弱胶结地层的固化强度梯度层的耐压能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油钻采
，尤其涉及一种用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置。
技术介绍
随着我国对油气资源的需求量持续增加和陆上东部油气产量的下降，西部、深水海域的油气以及水合物资源将变成我国石油工业可持续发展的重要领域。弱胶结地层是广泛分布在我国深水浅层和西部侏罗系、白垩系等地层中，特殊的成岩环境和沉积过程形成了其独特的地质条件与力学性质。首先，对于深水弱胶结地层而言，深水浅层温度低，水泥水化时间长、强度增长慢，难以形成良好封固层，无法满足对浅层气、浅层水的封固要求，甚至造成气体从套管外喷出，在地面(泥线面)形成大坑，使设备陷入地下，造成严重的后果。同时，深水弱胶结地层的地层压实时间短，渗透率高，所以高压浅层水在地层中会具有一定的流动性，产生应力波动，破坏水泥环，造成浅部水层井涌，严重时会导致井眼坍塌，造成油气井报废。其次，弱胶结地层压实差，地层强度低，而水泥环的强度高且具有脆性特征，不能有效地与周围地层胶结形成强度统一体，致使水下井口装置整体下沉。针对于以上的问题，常规的水泥浆体系和固井工艺技术无法有效适应弱胶结地层复杂的地质条件，更不能保证水泥环附近的弱胶结地层不发生破坏，因此由于弱胶结地层固井质量引发的事故频发。目前，解决弱胶结地层固井质量问题的研究主要集中在水泥浆体系的研发上，性能优异的水泥浆体系在一定程度上解决了浅层水泥浆漏失、浅层水流动和深水环境下水泥早期强度低的问题。但是，由于弱胶结地层与水泥环的强度差异造成的井口装置整体下移问题，至今没有解决。同时，在海底浅层流的扰动下，弱胶结地层容易产生应力波动，导致水泥环发生脆性破坏。因此，水泥浆体系不能从根本上解决弱胶结地层的固井质量问题。固井二界面的有效封隔是提高固井封固完整性的关键措施，为此部分学者对于泥饼固化技术进行了研究，这种方法有效解决了陆地井出现的气窜问题，这种思路把解决固井质量问题的方法由水泥环扩展到了界面上。尽管这种方法提高了常规地层的固井质量，但弱胶结地层比常规地层松软的多，对水泥环的支撑作用非常弱，二界面固化之后，其有限的厚度对固井质量的提升微乎其微，所以仅靠界面的固化，同样不能彻底解决弱胶结地层的固井质量问题。灌浆加固技术可以通过将固化浆液注入地层来达到加固地层或防渗堵漏的效果，但灌浆加固技术的实施大多需要破坏和扰动地层结构，或者只能在注浆管端部形成浆泡，固化有限厚度的层位，如果应用在弱胶结地层的固井施工中，会对地层的结构造成更大的破坏，同时也不能达到使整个弱胶结层段固化的目的。综合以上方法的优点与局限性，将解决深水弱胶结地层固井质量问题的思路延伸为固化地层，通过把固井工艺技术与灌浆加固技术相结合，在前置液或水泥浆中加入固化浆液，并通过一定的压差使固化浆液渗透进入地层，使深水井筒附近的弱胶结地层形成具有一定强度的结构体系，在井筒周围形成一层强度渐变的外壳，对水泥环产生支撑作用，是从根本上解决深水弱胶结地层固井质量问题的新途径。但是，如何选取合适的固化材料，采用合适的固井施工参数，对于从根本上解决深水弱胶结地层固井质量问题起着至关重要的影响，国内外还没有程序的理论用于选取合适的固化材料和合适的固井施工参数，因此，急需开发一种用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置，通过模拟的方法针对深水弱胶结地层固井强度的梯度层进行研究，选取出合适的固化材料和合适的固井施工参数，从根本上解决深水弱胶结地层固井质量问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置，旨在通过模拟的方法针对深水弱胶结地层固井强度的梯度层进行研究，选取出合适的固化材料和合适的固井施工参数，从根本上解决深水弱胶结地层固井质量问题。本专利技术提供一种用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置，所述装置包括氮气罐、气瓶阀门、气瓶压力表、介质填充装置压力表、介质填充装置阀门、介质填充装置、冷水循环控制阀门、制冷装置、底座和支架，所述气瓶阀门安装在所述氮气罐的出口，所述气瓶阀门、所述气瓶压力表、所述介质填充装置压力表和所述介质填充装置阀门通过管线相连接，其中，所述气瓶阀门与所述气瓶压力表相连接，所述气瓶压力表与所述介质填充装置压力表相连接，所述介质填充装置压力表与所述介质填充装置阀门相连接；所述介质填充装置包括顶部密封板、底部密封板和环形侧壁，所述环形侧壁包括内壁和外壁，所述内壁和所述外壁间形成冷水循环腔，所述顶部密封板上设置有上气管，所述上气管与所述介质填充装置阀门相连接，所述底部密封板上设置有下气管，所述内壁的内腔中设置有固化浆液和弱胶结地层样品。可选的，所述顶部密封板用于密封所述环形侧壁的顶部开口，所述顶部密封板通过第一螺栓固定在所述环形侧壁上。可选的，所述第一螺栓沿所述环形侧壁的圆周方向均匀分布，所述第一螺栓的数量为6个。可选的，所述底部密封板用于密封所述环形侧壁的底部开口，所述底部密封板通过第二螺栓固定在所述环形侧壁上。可选的，所述第二螺栓沿所述环形侧壁的圆周方向均匀分布，所述第二螺栓的数量为6个。可选的，所述环形侧壁的顶部设置有冷水出水口，所述冷水出水口通过管线与所述制冷装置的入口相连接。可选的，所述环形侧壁的底部设置有冷水入水口，所述冷水入水口通过管线与所述制冷装置的出口相连接。可选的，所述环形侧壁的内腔直径为10cm～20cm，所述环形侧壁的内腔高度为30cm～50cm。可选的，所述环形侧壁的内腔中设置有造孔器，所述造孔器包括圆盘和设置在所述圆盘两侧的圆柱，所述圆柱位于所述圆盘的中心，所述圆柱用于模拟所述弱胶结地层的井眼，所述圆盘与所述环形侧壁的内腔间隙配合。可选的，所述支架安装在所述底座上，所述介质填充装置安装在所述支架上。本专利技术实施例提供的用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置，通过利用氮气罐中的氮气对介质填充装置的内部空间的固化浆液进行加压压实，压实压力可调，最高可提供7MPa的压力，能够真实模拟深水弱胶结地层的压力环境，同时氮气罐与介质填充装置间的压力管线上设置有气瓶阀门和气瓶压力表，通过调节气瓶阀门，实时调整固化浆液的注浆压力；其次，本专利技术实施例的装置设置有制冷装置，通过制冷装置可以将介质填充装置的整体温度控制在弱胶结地层的真实温度范围内，最低温度可达4℃；介质填充装置的环形侧壁的两端设置有可分离的顶部密封板和底部密封板，进而保证了注浆完成后的固化浆液形成的圆柱形结石体可以整体取出，将结石体表面简单处理后用于进行抗压强度试验，从而可以方便得到反映深水弱胶结地层的固井强度梯度层的耐压能力。本专利技术实施例提供的装置，可以用于各种深水弱胶结地层的固井强度的梯度层的模拟试验，进而可以根据试验结果选取出用于该深水弱胶结地层固井的合适的固化材料和合适的固井施工参数，进而从根本上解决深水弱胶结地层固井质量问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的介质填充装置的结构示意图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置，其特征在于，所述装置包括氮气罐、气瓶阀门、气瓶压力表、介质填充装置压力表、介质填充装置阀门、介质填充装置、冷水循环控制阀门、制冷装置、底座和支架，所述气瓶阀门安装在所述氮气罐的出口，所述气瓶阀门、所述气瓶压力表、所述介质填充装置压力表和所述介质填充装置阀门通过管线相连接，其中，所述气瓶阀门与所述气瓶压力表相连接，所述气瓶压力表与所述介质填充装置压力表相连接，所述介质填充装置压力表与所述介质填充装置阀门相连接；所述介质填充装置包括顶部密封板、底部密封板和环形侧壁，所述环形侧壁包括内壁和外壁，所述内壁和所述外壁间形成冷水循环腔，所述顶部密封板上设置有上气管，所述上气管与所述介质填充装置阀门相连接，所述底部密封板上设置有下气管，所述内壁的内腔中设置有固化浆液和弱胶结地层样品。

【技术特征摘要】
1.一种用于深水弱胶结地层固井强度的梯度层模拟的装置，其特征在于，所述装置包括氮气罐、气瓶阀门、气瓶压力表、介质填充装置压力表、介质填充装置阀门、介质填充装置、冷水循环控制阀门、制冷装置、底座和支架，所述气瓶阀门安装在所述氮气罐的出口，所述气瓶阀门、所述气瓶压力表、所述介质填充装置压力表和所述介质填充装置阀门通过管线相连接，其中，所述气瓶阀门与所述气瓶压力表相连接，所述气瓶压力表与所述介质填充装置压力表相连接，所述介质填充装置压力表与所述介质填充装置阀门相连接；所述介质填充装置包括顶部密封板、底部密封板和环形侧壁，所述环形侧壁包括内壁和外壁，所述内壁和所述外壁间形成冷水循环腔，所述顶部密封板上设置有上气管，所述上气管与所述介质填充装置阀门相连接，所述底部密封板上设置有下气管，所述内壁的内腔中设置有固化浆液和弱胶结地层样品。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述顶部密封板用于密封所述环形侧壁的顶部开口，所述顶部密封板通过第一螺栓固定在所述环形侧壁上。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一螺栓沿所述环形侧壁的圆周方向均匀分布，所述第一螺栓的数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜嘉培，步玉环，柳华杰，田磊聚，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37