一种压裂水平井筒完整性实验装置制造方法及图纸

技术编号:15428721 阅读:194 留言:0更新日期:2017-05-25 15:44
本发明专利技术为一种压裂水平井筒完整性实验装置,主要包括矩形腔体、加热装置、内压装置、水平井筒和密封检测装置。水平井筒间隔分布有射孔孔眼及人工裂缝模型。在矩形腔体内均匀安装压力传感器,在井筒壁上贴有应变片。在矩形腔体内有加热棒,与井筒内的加热棒组成加热装置。内压泵可通过施压口向井筒内施加压力;水泥浆储存罐通过进液口向矩形腔内注入水泥浆;高压气源通过在矩形腔体一端施加高压,另一端测量气体流量来测量水泥块的密封性;通过万向支架可以调节不同井斜角的工况。可以模拟水平井筒在压裂压力和温度的作用下,井筒应力、水泥内应力分布及井筒完整性的变化情况,以及不同射孔类型和不同裂缝类型组合对井筒完整性的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种压裂水平井筒完整性实验装置
本专利技术涉及油气井工程中压裂水平井时井筒完整性的研究测试,尤其涉及一种压裂水平井筒完整性实验装置。
技术介绍
目前开采的油气藏多为低渗透油气藏类型。开发井类型多为高温、高压压裂水平井,压裂改造技术是低渗透油气藏的有效开发方式。水平井压裂作业对套管-水泥环-地层系统产生较大作用力,影响水平井筒的完整性,完整性是指井筒与水泥环之间的密封性能的可靠性。在压裂和后期开发过程中,压裂产生的裂缝和高温高压环境改变水泥环原有的压力分布,对套管产生应力集中,引起套管屈服。目前学者研究分析了在非均匀地应力和均匀地应力的作用条件下套管和水泥环的受力,房军讨论了非均匀地应力作用下套管和水泥环的受力;李军、殷有泉等讨论了均匀地应力作用条件下套管-水泥环的受力;Rodriguez等对水泥环受力进行了数值模拟和井下测量。目前的研究多侧重于地应力对套管损坏的影响,没有考虑压裂的压力载荷和高温对水平井筒完整性的影响。由此,本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践,提出一种压裂水平井筒完整性实验装置,以克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压裂水平井筒完整性实验装置,可以模拟水平井筒在压裂压力和温度的作用下,井筒应力、水泥内应力分布及井筒完整性的变化情况。本专利技术的另一目的在于提供一种压裂水平井筒完整性实验装置,可以模拟不同射孔孔径、孔密度、射孔相位角以及不同裂缝类型组合对井筒完整性的影响。本专利技术的目的是这样实现的,一种压裂水平井筒完整性实验装置,所述压裂水平井筒完整性实验装置包括:封闭的腔体,所述腔体内均匀分布有压力传感器;水平井筒,所述水平井筒穿过所述腔体,所述水平井筒内部与所述腔体相互隔离;所述水平井筒的筒壁上设有射孔孔眼及应变片,所述射孔孔眼处设置人工裂缝模型,所述人工裂缝模型与所述射孔孔眼相通;内压装置,所述内压装置与所述水平井筒内部连通,用于向所述水平井筒内施加压力;水泥浆注入装置,所述水泥浆注入装置与所述腔体连通,用于向所述腔体内注满水泥浆,水泥浆凝固为固态水泥块;加热装置,所述加热装置分别对所述水平井筒内部以及所述腔体内部进行加热;密封检测装置,所述密封检测装置包括高压气源及气体流量计,所述高压气源向所述腔体内注入高压气体,所述气体流量计测量从所述腔体泄漏的气体流量;控制及数据采集装置,所述控制及数据采集装置与所述压力传感器、所述应变片、所述内压装置、所述加热装置、所述高压气源及所述气体流量计相连。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述腔体具有相对设置的第一侧壁与第二侧壁;所述水平井筒的两端分别密封插入到所述第一侧壁和所述第二侧壁内,且所述水平井筒与所述第一侧壁和所述第二侧壁垂直。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述内压装置包括内压泵,所述第一侧壁上设有与所述水平井筒内部连通的施压口;所述内压泵通过高压管线与所述施压口相连。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述水泥浆注入装置包括水泥浆储存罐,所述第一侧壁上设有与所述腔体连通的进液口,所述水泥浆储存罐与所述进液口相连。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述第一侧壁上设有进气通道,所述第二侧壁上设有出气通道;所述高压气源与所述进气通道连接,所述气体流量计与所述出气通道连接;所述进气通道和所述出气通道均设有开关阀门。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述加热装置包括加热棒,所述加热棒分别设置在所述水平井筒内及所述腔体内。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述水平井筒内注入有加热液体。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述水平井筒的筒壁上沿着轴向及周向均匀设有多个射孔孔眼,每个所述射孔孔眼处设置两个应变片,所述两个应变片沿着轴向位于所述射孔孔眼的两侧;沿着轴向相邻的两个射孔孔眼之间的中间位置设置一个应变片。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述压力传感器设置有三排,每排所述压力传感器的排列方向与所述水平井筒的轴向平行;所述水平井筒的上方设有两排所述压力传感器,所述水平井筒的下方设有一排所述压力传感器。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述腔体为矩形腔体,所述矩形腔体设有上盖、侧壁及底座;所述侧壁围成一矩形体,第一侧壁与第二侧壁相对设置;所述水平井筒的两端分别密封插入到所述第一侧壁和所述第二侧壁内,且所述水平井筒与所述第一侧壁和所述第二侧壁垂直;所述上盖和所述底座分别密封连接在所述侧壁的顶部和底部;所述底座支撑在万向支架上。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述第一侧壁与所述第二侧壁上分别设有凹槽,所述水平井筒的两端通过O型密封圈密封插接在对应的凹槽内;所述万向支架包括四个支柱,所述支柱的长度可调节,用来改变所述矩形腔体的倾斜角度。在本专利技术的一较佳实施方式中,所述加热装置包括加热棒,一根加热棒设置在所述水平井筒内,一根加热棒设置在所述上盖内,一根加热棒设置在所述底座内。由上所述,本专利技术通过加热棒对水平井筒内及矩形腔体进行加热,通过内外加热的方式模拟地层温度和井筒内的流体温度;通过内压泵对井筒内施加内压,模拟压裂作业的压力;利用水平井筒壁分布的射孔孔眼和相连的人工裂缝模型模拟完井井底;在水泥块一端设置高压气源,另一端设置气体流量计监测水泥块密封性的变化过程,即水泥块与水平井筒间完整性的变化过程。在水平井筒壁贴有应变片,在矩形腔体内均匀分布压力传感器,测量水平井筒受力应变情况和水泥石的应力分布。各个压力传感器、应变片、内压泵和气体流量计的数据通过数据线传递给计算机,通过计算机编程控制监视相关参数的变化,为分析压裂时井筒应变、完善井筒完整性、提高井筒使用寿命提供室内试验数据。附图说明以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释,并不限定本专利技术的范围。其中:图1:为本专利技术压裂水平井筒完整性实验装置的示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示,本专利技术提供了一种压裂水平井筒完整性实验装置,所述压裂水平井筒完整性实验装置包括一个封闭的腔体1,该封闭的腔体1内均匀分布有压力传感器2。腔体1的形状优选采用矩形腔体1,矩形腔体1可以模拟真三轴应力,效果更好。腔体1内横向穿过一个水平井筒3,所述水平井筒3内部与所述腔体1之间被筒壁相互隔离。所述水平井筒3的筒壁上设有射孔孔眼4及应变片5,射孔孔眼4根据实验需要可以模拟不同的射孔孔径、孔密度和射孔相位角。对应每个所述射孔孔眼4处设置有一个人工裂缝模型6,所述人工裂缝模型6与所述射孔孔眼4相通。人工裂缝模型6为塑料材质,有一定硬度和弹性,根据实验需要设计成不同形状,可以模拟横向裂缝、纵向裂缝、斜交裂缝等不同裂缝类型。人工裂缝模型6具有一定刚性,其根部固定在射孔孔眼4内并与井筒内部相通,在灌注水泥浆时不会发生偏离,灌注满水泥浆后通过人工裂缝模型6占据的空间在水泥块内形成为模拟的压裂裂缝。内压装置与所述水平井筒3内部连通,用于向所述水平井筒3内施加压力,以模拟井筒内的压裂压力。水泥浆注入装置与所述腔体1连通,用于向所述腔体1内注满水泥浆,水泥浆凝固为固态水泥块,与水平井筒3之间形成密封,用来模拟井筒与水泥环之间的密封完整性。加热装置分别对所述水平井筒3内部以及所述腔体1内部进行加热;可以模拟地层温度和井筒内的流体温度。密封检测装置包括高压气源7及气体流量计8,所述高压气源7向所述腔体本文档来自技高网...
一种压裂水平井筒完整性实验装置

【技术保护点】
一种压裂水平井筒完整性实验装置,其特征在于,所述压裂水平井筒完整性实验装置包括:封闭的腔体,所述腔体内均匀分布有压力传感器;水平井筒,所述水平井筒穿过所述腔体,所述水平井筒内部与所述腔体相互隔离;所述水平井筒的筒壁上设有射孔孔眼及应变片,所述射孔孔眼处设置人工裂缝模型,所述人工裂缝模型与所述射孔孔眼相通;内压装置,所述内压装置与所述水平井筒内部连通,用于向所述水平井筒内施加压力;水泥浆注入装置,所述水泥浆注入装置与所述腔体连通,用于向所述腔体内注满水泥浆,水泥浆凝固为固态水泥块;加热装置,所述加热装置分别对所述水平井筒内部以及所述腔体内部进行加热;密封检测装置,所述密封检测装置包括高压气源及气体流量计,所述高压气源向所述腔体内注入高压气体,所述气体流量计测量从所述腔体泄漏的气体流量;控制及数据采集装置,所述控制及数据采集装置与所述压力传感器、所述应变片、所述内压装置、所述加热装置、所述高压气源及所述气体流量计相连。

【技术特征摘要】
1.一种压裂水平井筒完整性实验装置,其特征在于,所述压裂水平井筒完整性实验装置包括:封闭的腔体,所述腔体内均匀分布有压力传感器;水平井筒,所述水平井筒穿过所述腔体,所述水平井筒内部与所述腔体相互隔离;所述水平井筒的筒壁上设有射孔孔眼及应变片,所述射孔孔眼处设置人工裂缝模型,所述人工裂缝模型与所述射孔孔眼相通;内压装置,所述内压装置与所述水平井筒内部连通,用于向所述水平井筒内施加压力;水泥浆注入装置,所述水泥浆注入装置与所述腔体连通,用于向所述腔体内注满水泥浆,水泥浆凝固为固态水泥块;加热装置,所述加热装置分别对所述水平井筒内部以及所述腔体内部进行加热;密封检测装置,所述密封检测装置包括高压气源及气体流量计,所述高压气源向所述腔体内注入高压气体,所述气体流量计测量从所述腔体泄漏的气体流量;控制及数据采集装置,所述控制及数据采集装置与所述压力传感器、所述应变片、所述内压装置、所述加热装置、所述高压气源及所述气体流量计相连。2.如权利要求1所述的压裂水平井筒完整性实验装置,其特征在于,所述腔体具有相对设置的第一侧壁与第二侧壁;所述水平井筒的两端分别密封插入到所述第一侧壁和所述第二侧壁内,且所述水平井筒与所述第一侧壁和所述第二侧壁垂直。3.如权利要求2所述的压裂水平井筒完整性实验装置,其特征在于,所述内压装置包括内压泵,所述第一侧壁上设有与所述水平井筒内部连通的施压口;所述内压泵通过高压管线与所述施压口相连。4.如权利要求2所述的压裂水平井筒完整性实验装置,其特征在于,所述水泥浆注入装置包括水泥浆储存罐,所述第一侧壁上设有与所述腔体连通的进液口,所述水泥浆储存罐与所述进液口相连。5.如权利要求2所述的压裂水平井筒完整性实验装置,其特征在于,所述第一侧壁上设有进气通道,所述第二侧壁上设有出气通道;所述高压气源与所述进气通道连接,所述气体...

【专利技术属性】
技术研发人员:李军张辉张鑫王昊董健姜敞谭天一
申请(专利权)人:中国石油大学北京
类型:发明
国别省市:北京,11

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