一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统及方法，包括岩心制备装置（3）、水平井筒制备装置（2）、压裂模拟装置（1）、总控计算机（14）和滑道（15），所述岩心制备装置（3）、水平井筒制备装置（2）、压裂模拟装置（1）依次通过滑道（15）连接，其中岩心制备装置（3）、水平井筒制备装置（2）、压裂模拟装置（1）分别与总控计算机（14）电连，所述岩心制备装置（3）将制备的岩心（36）通过滑道（15）传送到水平井筒制备装置（2），所述水平井筒制备装置（2）将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道（15）传送到压裂模拟装置（1）中进行压裂。

A System and Method for Determining Failure Length of Cementation Interface in Horizontal Wellbore

The invention discloses a system and method for determining the failure length of cementing interface of horizontal wellbore, including core preparation device (3), horizontal wellbore preparation device (2), fracturing simulation device (1), general control computer (14) and slideway (15). The core preparation device (3), horizontal wellbore preparation device (2) and fracturing simulation device (1) are connected successively through slideway (15). The core preparation device (3), the horizontal wellbore preparation device (2) and the fracturing simulation device (1) are electrically connected with the master computer (14), respectively. The core preparation device (3) transmits the prepared core (36) to the horizontal wellbore preparation device (2) through the slide (15), and the horizontal wellbore preparation device (2) passes the prepared horizontal wellbore cementation interface simulation piece through the horizontal wellbore preparation device (2). The slideway (15) is transmitted to the fracturing simulation device (1) for fracturing.

【技术实现步骤摘要】
一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统及方法
本专利技术涉及水平井筒胶结界面检测
，特别涉及一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统及方法。
技术介绍
水泥环是油气井固井中的关键部位，水泥环的主要作用是对套管与地层岩石的环形空间进行有效的封隔，防止在钻井、生产过程和增产作业中的地层流体发生窜流。水力压裂作为一种增产手段已经在采油、采气领域中被广泛使用，水平井在水力压裂过程中，井筒由于受地层压力及压裂液压力的作用，经常会导致井筒受损，由于水泥环及套管自身强度比较高，所以胶结界面就成为了水力压裂过程中最容易发生损坏的地方。油气井在水力压裂过程中由于井内压力波动大，而且不同的井身结构和不同的地层特性都极易对套管及水泥环造成影响，尤其是对胶结界面影响很大。如今许多研究者都是针对如何提高胶结界面的胶结强度方面的研究，这些研究的方向都是在界面失效之前如何减少或杜绝裂缝的产生，然而对于裂缝产生后胶结界面脱胶失效长度的研究并不多，但是胶结界面的失效长度又决定着各段压裂之间的距离。因此，针对不同的井身结构及地层特性，进行水力压裂试验测定井筒胶结界面的脱胶长度就有很重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统及方法，克服了现有技术中1：目前对于裂缝产生后胶结界面脱胶失效长度的研究不多；2：测定胶结界面脱胶失效长度不精准；3：检测方法比较麻烦等问题。为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，包括岩心制备装置、水平井筒制备装置、压裂模拟装置、总控计算机和滑道，所述岩心制备装置、水平井筒制备装置、压裂模拟装置依次通过滑道连接，其中岩心制备装置、水平井筒制备装置、压裂模拟装置分别与总控计算机电连，所述岩心制备装置将制备的岩心通过滑道传送到水平井筒制备装置，所述水平井筒制备装置将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道传送到压裂模拟装置中进行压裂。优选的，所述岩心制备装置包括钻孔系统、岩心制备模具、原料混合装置、岩心原料控制器和岩心原料收集装置，其中钻孔系统包括钻孔器和钻孔控制器，所述钻孔控制器和岩心原料控制器分别与总控计算机连接，所述钻孔器分别连接钻孔控制器和岩心制备模具，其中岩心制备模具分别连接总控计算机和原料混合装置，所述原料混合装置分别连接岩心原料控制器和岩心原料收集装置所述岩心制备装置将制备的岩心通过滑道传送到水平井筒制备装置中。优选的，所述原料混合装置设置有搅拌器、温度控制器和水浴箱，其中搅拌器设置于原料混合装置内部，所述温度控制器设置于原料混合装置内部侧壁，其中水浴箱设置于原料混合装置上端，其中温度控制器用于检测搅拌器的温度，其中水浴箱用于给搅拌器供水。优选的，所述钻孔器设有多个钻头，其中钻头用于在岩心表面钻取模拟井眼。优选的，所述水平井筒制备装置包括水泥环制备装置、套管固定钳、滑动控制器、滑动光杆、水泥原料控制器、水泥原料收集装置和水泥原料混合装置，其中滑动控制器和水泥原料控制器分别与总控计算机电连，所述滑动光杆分别连接滑动控制器和套管固定钳，其中套管固定钳另一端连接水泥环制备装置，所述水泥环制备装置连接水泥原料混合装置，其中水泥原料混合装置分别连接水泥原料控制器和水泥原料收集装置，所述水平井筒制备装置将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道传送到压裂模拟装置中进行压裂。优选的，所述压裂模拟装置包括围压控制装置、胶结界面脱胶测定装置、压裂室和压裂液注入及返排装置，所述围压控制装置包括伺服增压器和围压控制器，其中伺服增压器分别连接围压控制器和压裂室，所述胶结界面脱胶测定装置包括应变数据处理器和应变测量仪，其中应变测量仪分别连接应变数据处理器和压裂室，所述压裂液注入及返排装置包括液体储存器、注液控制器、注液控制阀、返排控制阀、返排接收器和返排计量器，其中返排计量器连接返排接收器，所述返排接收器连接返排控制阀，其中返排控制阀连接压裂室，所述注液控制器连接液体储存器，其中液体储存器连接注液控制阀，所述注液控制阀连接压裂室，所述围压控制器、应变数据处理器、注液控制器和返排计量器分别与总控计算机电连，所述水平井筒制备装置将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道传送到压裂室中进行压裂。优选的，所述水平井筒胶结界面模拟件包括模拟套管、应变片、模拟水泥环、岩心和引线，所述岩心表面设有模拟井眼，所述模拟水泥环套接于模拟套管和岩心之间，其中岩心的模拟井眼与模拟水泥环之间设有第一应变片，所述模拟套管与模拟水泥环之间设有的第二应变片，其中第一应变片与第二应变片相对设置，当水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室时，将所述第一应变片与第二应变片分别通过引线与应变测量仪连接，其中引线为多条。优选的，一种如上所述的测定水平井筒胶结界面失效长度的方法，包括以下步骤：步骤一：对需要进行模拟的岩心、套管及水泥环进行分析，将物性参数及钻进和压裂参数的数据导入总控计算机中；步骤二：将制备岩心的原料放入岩心原料收集装置，将制备模拟水泥环的原料放入水泥原料收集装置，将压裂液注入液体储存器；步骤三：步骤二中岩心原料收集装置收集完成原料后，将原料输送到原料混合装置中进行混合，总控计算机通过控制岩心原料控制器调节岩心原料用量，接着输送到岩心制备模具中制备岩心，岩心制备完成后输送到钻孔器中钻取井眼，总控计算机通过控制钻孔控制器调节井眼的数量和尺寸，在井眼内壁贴上第一应变片并接出多条引线，然后将岩心通过滑道传送到水平井筒制备装置中；步骤四：将模拟套管用套管固定钳固定在岩心的井眼中，其中滑动控制器通过总控计算机控制滑动光杆，其中滑动光杆调节套管固定钳的开合，所述水泥原料混合装置将水泥注入到模拟套管与岩心的井眼之间的环空中形成模拟水泥环，其中水泥原料控制器控制水泥的输入量，待水泥凝固之后水平井筒胶结界面模拟件制备完成，并在模拟套管内表面与第一应变片对应的位置处贴上第二应变片并接出多条引线，通过滑道将水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室中；步骤五：将第一应变片和第二应变片连接的多条引线分别与应变测量仪连接，通过围压控制装置给压裂室施加围压，模拟地层压力，接着通过注液控制器和注液控制阀控制压裂液的注入量开始压裂，并记录应变测量仪的数据；压裂结束后通过返排计量器和返排控制阀进行压裂返排，记录应变测量仪的数据，根据测定的数据确定胶结界面的失效位置，再将失效位置处第一应变片和第二应变片的不同位置处的引线接到应变测量仪上，其中与第一应变片连接的相邻引线之间的距离为，其中与第二应变片连接的相邻引线之间的距离也为，再次进行压裂，记录应变测量仪的数据，最终确定胶结界面的失效长度。优选的，所述步骤五中胶结界面的失效位置计算方法如下公式：公式中：R为应变片的原电阻值；为伸长或压缩所引起的电阻变化；K为比例常数应变片常数；为应变；由于第一应变片和第二应变片相邻引线之间的距离均为，测定每段的电阻变化值和应变得到此时的电阻值R1，若得到的电阻值R1不等于压裂前的电阻值R，说明此段的应变片所贴处的胶结界面发生失效，分别判断每段是否发生失效，然后计算连续失效段个数n；所述胶结界面的失效长度计算方法如下：公式中：n为连续失效段个数；l为失效长度。相对于现有技术，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术测定水平井筒胶结界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，其特征在于：包括岩心制备装置（3）、水平井筒制备装置（2）、压裂模拟装置（1）、总控计算机（14）和滑道（15），所述岩心制备装置（3）、水平井筒制备装置（2）、压裂模拟装置（1）依次通过滑道（15）连接，其中岩心制备装置（3）、水平井筒制备装置（2）、压裂模拟装置（1）分别与总控计算机（14）电连，所述岩心制备装置（3）将制备的岩心（36）通过滑道（15）传送到水平井筒制备装置（2），所述水平井筒制备装置（2）将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道（15）传送到压裂模拟装置（1）中进行压裂。

【技术特征摘要】
1.一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，其特征在于：包括岩心制备装置（3）、水平井筒制备装置（2）、压裂模拟装置（1）、总控计算机（14）和滑道（15），所述岩心制备装置（3）、水平井筒制备装置（2）、压裂模拟装置（1）依次通过滑道（15）连接，其中岩心制备装置（3）、水平井筒制备装置（2）、压裂模拟装置（1）分别与总控计算机（14）电连，所述岩心制备装置（3）将制备的岩心（36）通过滑道（15）传送到水平井筒制备装置（2），所述水平井筒制备装置（2）将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道（15）传送到压裂模拟装置（1）中进行压裂。2.根据权利要求1所述的一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，其特征在于：所述岩心制备装置（3）包括钻孔系装置（10）、岩心制备模具（13）、原料混合装置（16）、岩心原料控制器（17）和岩心原料收集装置（18），其中钻孔系装置（10）包括钻孔器（11）和钻孔控制器（12），所述钻孔控制器（12）和岩心原料控制器（17）分别与总控计算机（14）连接，所述钻孔器（11）分别连接钻孔控制器（12）和岩心制备模具（13），其中岩心制备模具（13）分别连接总控计算机（14）和原料混合装置（16），所述原料混合装置（16）分别连接岩心原料控制器（17）和岩心原料收集装置（18）所述岩心制备装置（3）将制备的岩心（36）通过滑道（15）传送到水平井筒制备装置（2）中。3.根据权利要求2所述的一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，其特征在于：所述原料混合装置（16）设置有搅拌器、温度控制器和水浴箱，其中搅拌器设置于原料混合装置（16）内部，所述温度控制器设置于原料混合装置（16）内部侧壁，其中水浴箱设置于原料混合装置（16）上端，其中温度控制器用于检测搅拌器的温度，其中水浴箱用于给搅拌器供水。4.根据权利要求2所述的一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，其特征在于：所述钻孔器（11）设有多个钻头，其中钻头用于在岩心（36）表面钻取模拟井眼。5.根据权利要求2所述的一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，其特征在于：所述水平井筒制备装置（2）包括水泥环制备装置（39）、套管固定钳（7）、滑动控制器（8）、滑动光杆（9）、水泥原料控制器（19）、水泥原料收集装置（20）和水泥原料混合装置（21），其中滑动控制器（8）和水泥原料控制器（19）分别与总控计算机（14）电连，所述滑动光杆（9）分别连接滑动控制器（8）和套管固定钳（7），其中套管固定钳（7）另一端连接水泥环制备装置（39），所述水泥环制备装置（39）连接水泥原料混合装置（21），其中水泥原料混合装置（21）分别连接水泥原料控制器（19）和水泥原料收集装置（20），所述水平井筒制备装置（2）将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道（15）传送到压裂模拟装置（1）中进行压裂。6.根据权利要求5所述的一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，其特征在于：所述压裂模拟装置（1）包括围压控制装置（4）、胶结界面脱胶测定装置（22）、压裂室（25）和压裂液注入及返排装置（32），所述围压控制装置（4）包括伺服增压器（5）和围压控制器（6），其中伺服增压器（5）分别连接围压控制器（6）和压裂室（25），所述胶结界面脱胶测定装置（22）包括应变数据处理器（23）和应变测量仪（24），其中应变测量仪（24）分别连接应变数据处理器（23）和压裂室（25），所述压裂液注入及返排装置（32）包括液体储存器（26）、注液控制器（27）、注液控制阀（28）、返排控制阀（29）、返排接收器（30）和返排计量器（31），其中返排计量器（31）连接返排接收器（30），所述返排接收器（30）连接返排控制阀（29），其中返排控制阀（29）连接压裂室（25），所述注液控制器（27）连接液体储存器（26），其中液体储存器（26）连接注液控制阀（28），所述注液控制阀（28）连接压裂室（25），所述围压控制器（6）、应变数据处理器（23）、注液控制器（27）和返排计量器（31）分别与总控计...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳勇，段志锋，蒙华军，来轩昂，吴学升，高云文，张燕娜，陈春宇，赵巍，艾磊，李治君，
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：北京,11