高温高压测井室内模拟装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种高温高压测井室内模拟装置及其试验方法，包括：试验釜，其包括釜体、密封釜盖以及模型构件；测量探头，其包括探杆、多个直探头以及多个斜探头，探杆一端穿过密封釜盖，插入到套管内，直探头以及斜探头与探杆侧壁连接，布置于套管内；加热器，其与釜体外壁抵接；加压装置，其包括压力机以及加压管。本发明专利技术能够模拟水泥环完全胶结、一界面出现间隙、二界面出现间隙以及自由套管四种情况，并且通过在子腔体以及间隙内填充水、油或者不填充介质，来模拟自由套管内充满水、油或者气介质这三种情况，通过这些模拟获得不同情况下的声幅曲线图，并和实际测井过程中获得的声幅曲线图比对，来了解固井的胶结情况。

【技术实现步骤摘要】
高温高压测井室内模拟装置及其试验方法
本专利技术涉及测井
，尤其涉及一种高温高压测井室内模拟装置及其试验方法。
技术介绍
油井固井的主要目的是封隔油、气、水层，保护生产层以及加固井壁。固井后套管-水泥环-地层形成的胶结体，作为固井屏障保障油井井筒完整性。但是在实际生产过程中，固井屏障在长期的工作状态下温度不断变化，同时受到各种载荷作用，部分井会出现水泥环密封失效造成井口环空带压，地层层间流体互窜等问题，导致固井屏障失效，严重影响油井的使用寿命，甚至引发重大事故发生。因此，对于井筒完整性的研究，有利于我们发现固井质量存在的问题并进行改进，而现有的室内研究集中在井下温度、压力与抗窜强度影响，或者是通过流体流量检测井筒完整性，虽然也实现了高温高压环境测试，实际上是作为一种验窜装置，通常只能判断胶结质量好坏、界面是否存在间隙，并不能准确判断界面产生间隙所在位置，同时也不能分辨界面间隙所含油、气、水等介质的具体情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种高温高压测井室内模拟装置及其试验方法，解决现有技术中只能判断胶结质量好坏、界面是否存在间隙，并不能准确判断界面产生间隙所在位置，同时也不能分辨界面间隙所含油、气、水等介质的技术问题。为了达到上述技术目的，本专利技术实施例提供了一种高温高压测井室内模拟装置及其试验方法，该高温高压测井室内模拟装置包括：试验釜，其包括釜体、密封釜盖以及模型构件，釜体上端开口，与密封釜盖可拆卸连接，形成一测量腔，模型构件内置于测量腔内，下端与釜体下底面密闭连接，模型构件包括套管以及套接于套管外的模拟地层，模拟地层与套管之间形成一水泥腔，水泥腔包括四个子腔体，第一子腔体、第二子腔体、第三子腔体以及第四子腔体依次连接围绕套管形成一环形，至少一个子腔体内填充有水泥；测量探头，其包括探杆、多个直探头以及多个斜探头，探杆一端穿过密封釜盖，插入到套管内，直探头以及斜探头与探杆侧壁连接，布置于套管内；加热器，其与釜体外壁抵接；加压装置，其包括压力机以及加压管，加压管一端连通压力机，另一端连通测量腔。该高温高压测井室内模拟装置的试验方法，包括以下步骤：S1、制作第一模型构件，其第一子腔体以及第三子腔体内填充水泥，并与套管以及模拟地层完全胶结，将第一模型构件下端与试验釜下底面密闭连接，常温常压养护侯凝48h；S2、在套管内以及第一模型构件与釜体之间注水，第二子腔体内注水，第四子腔体内注油，然后安装密封釜盖以及测量探头，控制加热器以及压力机，使得测量腔内升温至140～160℃，压力45～55MPa，待温度压力升至目标值后，测量探头发出声波信号并接收反射回的声波信号，并将反射回来的声波信号依次传输给数据采集器、声波处理器以及声波显示器，获得第一模型构件水介质以及油介质的声幅曲线图；S3、将第二子腔体内的水抽出，然后安装密封釜盖以及测量探头，按照S2方法获得第一模型构件的气介质的声幅曲线图；S4、制作第二模型构件，其第一子腔体、第二子腔体以及第三子腔体内填充水泥，第一子腔体内水泥与套管以及模拟地层完全胶结，第二子腔体内水泥与套管设置第一间隙，与模拟地层完全胶结，第三腔体内水泥与套管设置第二间隙，与模拟地层完全胶结，将第二模型构件下端与试验釜下底面密闭连接，常温常压养护侯凝48h，第一间隙小于第二间隙；S5、在套管内以及第二模型构件与釜体之间注水，在第四子腔体内注水，按照S2方法获得第二模型构件的水介质的声幅曲线图，然后将第四子腔体内水抽出，按照S2方法获得第二模型构件的气介质的声幅曲线图，再在第四子腔体内注油，按照S2方法获得第二模型构件的油介质的声幅曲线图；S6、制作第三模型构件，其第一子腔体、第二子腔体以及第三子腔体内填充水泥，第一子腔体内水泥与套管以及模拟地层完全胶结，第二子腔体内水泥与模拟地层设置第一间隙，与套管完全胶结，第三腔体内水泥与模拟地层设置第二间隙，与套管完全胶结，将第二模型构件下端与试验釜下底面密闭连接，常温常压养护侯凝48h；S7、在套管内以及第三模型构件与釜体之间注水，在第四子腔体内注水，按照S2方法获得第三模型构件的水介质的声幅曲线图，然后将第四子腔体内水抽出，按照S2方法获得第三模型构件的气介质的声幅曲线图，再在第四子腔体内注油，按照S2方法获得第三模型构件的油介质的声幅曲线图。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的高温高压测井室内模拟装置及其试验方法能够模拟水泥环完全胶结、一界面出现间隙、二界面出现间隙以及自由套管四种情况，并且通过在子腔体以及间隙内填充水、油或者不填充介质，来模拟自由套管内充满水、油或者气介质这三种情况，通过这些模拟获得不同情况下的声幅曲线图，并和实际测井过程中获得的声幅曲线图比对，来了解固井的胶结情况。附图说明图1是本专利技术提供的高温高压测井室内模拟装置的连接框图；图2是图1中试验釜的剖视图；图3是图2中模型构件的俯视图；图4是该高温高压测井室内模拟装置的试验方法的流程框图；图5是不同环空间隙与固井胶结质量的声幅曲线图；图6是图4中第一模型构件的水、气、油介质的声幅曲线图；图7是图4中第二模型构件的水、气、油介质的声幅曲线图；图8是图4中第三模型构件的水、气、油介质的声幅曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。请参见图1至图3，图1是本专利技术提供的高温高压测井室内模拟装置的连接框图；图2是图1中试验釜的剖视图；图3是图2中模型构件的俯视图。高温高压测井室内模拟装置包括试验釜1、测量探头2、加热器3、加压装置4、声波转化开关5、数据采集器6、声波处理器7、声波显示器8、温度计31以及压力计41。试验釜1包括釜体11、密封釜盖12、模型构件13以及旋转刻度盘14。釜体11上端开口，该开口与密封釜盖12可拆卸连接，形成一测量腔。釜体11与密封釜盖12之间设置有密封胶圈，来保证测量腔的密封性。密封釜盖12上开设有一安装孔，旋转刻度盘14内嵌于安装孔内。模型构件13内置于测量腔内，下端与釜体11下底面密闭连接，模型构件13包括套管131、套接于套管131外的模拟地层133，模拟地层133与套管131之间形成一水泥腔132。水泥腔132包括四个子腔体，四个子腔体均为90°扇形结构。第一子腔体1321、第二子腔体1322、第三子腔体1323以及第四子腔体1324依次连接围绕套管131形成环形的水泥腔132，至少一个子腔体内填充有水泥。测量探头2包括探杆21、多个直探头22以及多个斜探头23。探杆21一端插入到套管131内，另一端与旋转刻度盘14连接，旋转刻度盘14可以带动测量探头2旋转，用于不同方向的测量。直探头22以及斜探头23与探杆21侧壁连接，也布置于套管131内。直探头22和斜探头23都可以独立的进行发射和接收，即每个探头都可以作为发射探头也可作为接收探头。直探头22可以用于单发单收、相邻发射与接收或是间隔发射与接收，该设计方式可以对地层不同高度位置进行测试。斜探头23不能单发单收，只能相邻发射与接收或是间隔发射与接收。直探头和斜探头分别测试两种不同的波形及反射情况，来判断地层胶结情况，同时测量探头2连接到旋转刻度盘14上，可以自由转动角度，即可以测试水泥构件不同方向上的界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温高压测井室内模拟装置，其特征在于，所述高温高压测井室内模拟装置包括：试验釜，其包括釜体、密封釜盖以及模型构件，所述釜体上端开口，与所述密封釜盖可拆卸连接，形成一测量腔，所述模型构件内置于所述测量腔内，下端与所述釜体下底面密闭连接，所述模型构件包括套管以及套接于所述套管外的模拟地层，所述模拟地层与所述套管之间形成一水泥腔，所述水泥腔包括四个子腔体，第一子腔体、第二子腔体、第三子腔体以及第四子腔体依次连接围绕所述套管形成一环形，至少一个所述子腔体内填充有水泥；测量探头，其包括探杆、多个直探头以及多个斜探头，所述探杆一端穿过所述密封釜盖，插入到所述套管内，所述直探头以及所述斜探头与所述探杆侧壁连接，布置于所述套管内；加热器，其与所述釜体外壁抵接；加压装置，其包括压力机以及加压管，所述加压管一端连通所述压力机，另一端连通所述测量腔。

【技术特征摘要】
1.一种高温高压测井室内模拟装置，其特征在于，所述高温高压测井室内模拟装置包括：试验釜，其包括釜体、密封釜盖以及模型构件，所述釜体上端开口，与所述密封釜盖可拆卸连接，形成一测量腔，所述模型构件内置于所述测量腔内，下端与所述釜体下底面密闭连接，所述模型构件包括套管以及套接于所述套管外的模拟地层，所述模拟地层与所述套管之间形成一水泥腔，所述水泥腔包括四个子腔体，第一子腔体、第二子腔体、第三子腔体以及第四子腔体依次连接围绕所述套管形成一环形，至少一个所述子腔体内填充有水泥；测量探头，其包括探杆、多个直探头以及多个斜探头，所述探杆一端穿过所述密封釜盖，插入到所述套管内，所述直探头以及所述斜探头与所述探杆侧壁连接，布置于所述套管内；加热器，其与所述釜体外壁抵接；加压装置，其包括压力机以及加压管，所述加压管一端连通所述压力机，另一端连通所述测量腔。2.根据权利要求1所述的高温高压测井室内模拟装置，其特征在于，所述试验釜还包括一旋转刻度盘，所述密封釜盖上开设有一安装孔，所述旋转刻度盘内嵌于所述安装孔内，所述探杆一端与所述旋转刻度盘连接。3.根据权利要求2所述的高温高压测井室内模拟装置，其特征在于，所述高温高压测井室内模拟装置还包括与所述测量腔连通的温度计以及压力计。4.根据权利要求3所述的高温高压测井室内模拟装置，其特征在于，所述高温高压测井室内模拟装置还包括依次与所述测量探头电信号连接的声波转化开关、数据采集器、声波处理器以及声波显示器。5.根据权利要求4所述的高温高压测井室内模拟装置，其特征在于，所述每个所述子腔体均为90°扇形结构。6.一种高温高压测井室内模拟装置的试验方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、制作第一模型构件，其第一子腔体以及第三子腔体内填充水泥，并与所述套管以及所述模拟地层完全胶结，将所述第一模型构件下端与所述试验釜下底面密闭连接，常温常压养护侯凝48h；S2、在所述套管内以及所述第一模型构件与所述釜体之间注水，所述第二子腔体内注水，所述第四子腔体内注油，然后安装所述密封釜盖以及测量探头，控制所述加热器以及所述压力机，使得测量腔内升温至140～160℃，压力45～55MPa，待温度压力升至目标值后，所述测量探头发出声波信号并接收反射回的声波信号，并将反...

【专利技术属性】
技术研发人员：许明标，王晓亮，文华，杨晓榕，
申请(专利权)人：长江大学，荆州嘉华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42