一种封窜物理模拟实验装置及效果评价方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种封窜物理模拟实验装置及效果评价方法，包括釜体和套管，所述釜体和套管之间设有环压胶套，环压胶套和套管之间组成环形空腔内为水泥环，釜体上端和下端分别设有上法兰和下法兰，上法兰和下法兰上分别设有注液孔和出液孔，注液孔和出液孔均与环形空腔相连通；上法兰为环形法兰，其中部设有用于密封套管上端的小法兰，小法兰中心设有加压孔；进行封窜模拟实验时平流泵与加压孔连通，进行封窜效果评价时平流泵与注液孔连通。该装置可以模拟形成窜槽通道进行封窜物理模拟实验，并建立了简单、准确的评价封窜效果的新方法，便于根据现场情况优选封窜剂，实验结果也能为现场封窜作业提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种封窜物理模拟实验装置及效果评价方法
本专利技术涉及一种封窜物理模拟实验装置及效果评价方法，属于油气田开发工程

技术介绍
当前，随着石油勘探开发的持续进行，在油气井的生产的过程中，受固井措施、射孔、应力、注水及腐蚀等因素的影响，部分油水井套管变形、穿孔、破损现象十分严重，使得套管外壁与固井水泥环之间或固井水泥环与地层钻井孔壁之间形成间隙，成为流体流动的通道，这种情况称为管外窜槽，简称窜槽。窜槽发生在两个层位之间时，会使高压层流体向低压层流动，严重影响油水井这两个层位的正常生产。随着油田油井、注水井生产持续进行，窜槽井越来越多，窜槽通道变得越来越大，甚至导致套管损坏，使得油井带病生产，最终可能报废，严重影响油田的正常生产。因此，对油水井的窜槽进行有效的封堵，是对油水井井筒结构完整性的维修和维护，简称封窜。封窜是避免油层资源流失，实现油田稳产的一项重要措施，更是提高油田开采速度、提高最终采收率和开发效益的重要手段。当前进行该项研究的实验装置十分缺乏，专利技术专利CN105738277B公开了一种用于检测封窜剂胶结强度的实验装置及方法，其中，用于检测封窜剂胶结强度的实验装置包括套管和流体泵送机构，套管为底端封闭、顶端敞开的中空壳体，套管的底端设排液口，套管的顶端连接有法兰盖，法兰盖上开设有进液口，套管内部中央设有人造岩心，人造岩心具有多条由上至下设置的用于容纳封窜剂的裂缝，人造岩心与套管之间设有水泥环，流体通过流体泵送机构泵送至各裂缝中。可模拟评价调剖堵水剂或调驱剂体系的封堵性能。专利技术专利CN105572030A公开了一种检测封窜剂封堵强度的实验装置及方法，所述实验装置包括：纵长延伸的第一模拟体；所述第一模拟体至少一端为第一封堵端；所述第一模拟体内形成有内腔；设置于所述内腔中的第二模拟体；所述第二模拟体外侧的所述内腔内设置有固井体；设置于所述固井体上的至少一条裂缝贯穿设置于所述第二模拟体上的通道；所述第二模拟体通过所述通道与所述输入端相连接；所述动力机构用于向封窜剂施加逐渐变大的作用力直至所述作用力维持不变，从而所述封窜剂能以预定的流速通过所述通道注入所述第二模拟体内。现有技术用于检测封窜剂效果的实验装置及方法一般是通过检测胶结强度，也就是通过检测封窜剂封堵窜槽部位所形成的封堵强度，未见有通过对比封窜前后套管与水泥胶结界面的渗透流量来进行封窜效果评价的方法。
技术实现思路
：随着油田开发的不断深入，现场对油水井的质量提出了更高的要求，尤其是在推广和实施了细分层注采工艺技术和三次采油用化学试剂技术以后，对油水层之间窜槽的治理已经引起了足够的重视。通过封堵窜槽可以减少无效循环，提高注水效率，实现控水稳油。本专利技术的目的是创新性的提供一种套管外窜槽封堵物理模拟研究实验装置和效果评价方法，该装置可以探究在地层温度下，不同挤注压力下不同封窜剂的封窜效果，通过建立新的评价方法，从而评价不同封窜剂的封窜效果，进而实现封窜剂的优选。为提高封窜质量，提高产量和最终采收率提供实验、评价手段，意义重大。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：封窜物理模拟实验装置，包括釜体和套管，所述釜体和套管之间设有环压胶套，所述环压胶套和套管之间组成环形空腔，所述空腔内为水泥环，所述釜体上端和下端分别设有上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰上分别设有注液孔和出液孔，所述注液孔和出液孔均与环形空腔相连通；所述上法兰为环形法兰，其中部设有用于密封套管上端的小法兰，所述小法兰中心设有加压孔；所述釜体侧面设有环压孔，所述环压孔通过管线与所述手摇泵连接，所述手摇泵通过环压孔对环压胶套施加压力；所述加压孔和注液孔分别与平流泵通过管线连接，进行封窜模拟实验时平流泵与加压孔连通，进行封窜效果评价时平流泵与注液孔连通。优选的，上述封窜物理模拟实验装置还包括恒温控制装置。优选的，所述釜体外壁设有夹层，所述夹层内有加热丝，所述恒温控制装置与所述加热丝连接，控制、调节釜体内温度。优选的，所述平流泵输出管线上分别设有调压阀、开关和第一精密压力表。优选的，所述手摇泵的输出管线上分别设有放空阀和第二精密压力表。优选的，所述套管下部设有周向均布的4个射孔孔眼，射孔孔眼上设有螺纹。优选的，所述上法兰与小法兰通过第二螺栓连接。优选的，所述上法兰、下法兰和釜体通过第一螺栓连接。优选的，所述下法兰中间设有与套管外径相等的凹槽，凹槽内镶嵌内密封圈，目的是实现套管外壁与凹槽内壁之间的密封。优选的，出液孔上端凹槽内设有钢制垫片，目的是在水泥浆凝固之前防止水泥浆流入出液孔，进行封窜效果评价时，将其取出，使得由窜槽通道流出的水能从釜体内流出，便于收集测量。优选的，小法兰和套管之间设有密封圈，目的是实现小法兰与套管内壁之间的密封，进而形成密闭空间，方便加压。小法兰中心的加压孔，目的是泵入顶替液，进而对封窜剂加压，模拟封窜剂挤注压力。手摇泵通过环压孔对胶套施加环压，目的是在进行封窜效果评价时密封胶套与水泥环之间的空隙，由于水泥石渗透率极低且套管不渗透，使得水只能从窜槽通道中通过。优选的，所述上法兰与下法兰与釜体内壁通过密封圈密封，所述上法兰、下法兰与胶套通过设在法兰上的密封圈密封，所述上、下法兰与水泥环上下端之间通过圆环形密封板密封。优选的，所述釜体通过支架支撑固定。本专利技术还提供了一种利用上述装置进行封窜剂封堵效果评价方法，主要是通过对比相同条件下封窜剂挤入前后，套管与水泥胶结界面的渗透流量进行评价，包括以下步骤：(1)测量封窜实验前水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量Q1，具体步骤为：①将水泥环与套管胶结界面存在窜槽通道的封固系统放入釜体内，装好上法兰、小法兰，平流泵输出管线与注液孔连通；②使用手摇泵对环压胶套施加水压，进而对水泥环和套管封固系统加环压；③打开平流泵，在一定压力P和流量QP下测量出液口流量，即为封窜前水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量，记为Q1；(2)测量封窜实验后水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量Q2，具体步骤为：①取出上圆环形密封板、下圆环形密封板和钢制垫片；③按照封窜实验前的测试步骤在同样的平流泵压力P和流量QP下测出封窜后水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量，记为Q2，此时分为以下两种情况：①若Q2>0，则通过对比Q1、Q2来评价封窜剂封窜效果，封堵效率的计算公式为：其中，W值越高代表封窜剂封窜效果越好；②若Q2＝0，则增大平流泵压力P，记录出液口有水流出时的压力P1，然后再按照封窜实验前的测试步骤在平流泵压力P1和流量Qp下测出封窜后水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量，记为Q3，进行封窜剂优选时，先比较平流泵测试压力P，P越大，封窜剂封堵效果越好，当P相同时，再比较出液口流量Q，Q越小封窜效果越好。优选的，步骤(1)所述水泥环与套管胶结界面存在窜槽通道的封固系统的制备方法为：①将尺寸、形状固定的沥青条黏附在套管外壁指定位置，沥青条之间相互连通且与套管下部孔眼连通；②在环压胶套内壁均匀涂抹耐高温脱模剂后将下法兰装好，在下圆环形橡胶密封板与水泥接触的面均匀涂抹耐高温脱模剂后将其放入，然后在①中套管下部射孔孔眼内拧入堵头后将其放入釜体，然后将制备好的水泥浆倒入套管与环压胶套之间的空腔内，调整恒温控制装置，在一定温度下养护相应时间，养护完成后，关闭加热装置，冷却至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.封窜物理模拟实验装置，其特征在于，包括釜体和套管，所述釜体和套管之间设有环压胶套，所述环压胶套和套管之间组成环形空腔，所述空腔内为水泥环，所述釜体上端和下端分别设有上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰上分别设有注液孔和出液孔，所述注液孔和出液孔均与环形空腔相连通；所述上法兰为环形法兰，其中部设有用于密封套管上端的小法兰，所述小法兰中心设有加压孔；所述釜体侧面设有环压孔，所述环压孔通过管线与所述手摇泵连接，所述手摇泵通过环压孔对环压胶套施加压力；所述加压孔和注液孔分别与平流泵通过管线连接，进行封窜模拟实验时平流泵与加压孔连通，进行封窜效果评价时平流泵与注液孔连通。

【技术特征摘要】
1.封窜物理模拟实验装置，其特征在于，包括釜体和套管，所述釜体和套管之间设有环压胶套，所述环压胶套和套管之间组成环形空腔，所述空腔内为水泥环，所述釜体上端和下端分别设有上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰上分别设有注液孔和出液孔，所述注液孔和出液孔均与环形空腔相连通；所述上法兰为环形法兰，其中部设有用于密封套管上端的小法兰，所述小法兰中心设有加压孔；所述釜体侧面设有环压孔，所述环压孔通过管线与所述手摇泵连接，所述手摇泵通过环压孔对环压胶套施加压力；所述加压孔和注液孔分别与平流泵通过管线连接，进行封窜模拟实验时平流泵与加压孔连通，进行封窜效果评价时平流泵与注液孔连通。2.根据权利要求1所述的封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述封窜物理模拟实验装置还包括恒温控制装置。3.根据权利要求2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述釜体外壁设有夹层，所述夹层内有加热丝，所述恒温控制装置与所述加热丝连接，控制、调节釜体内温度。4.根据权利要求1或2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述平流泵输出管线上分别设有调压阀、开关和第一精密压力表；所述手摇泵的输出管线上分别设有放空阀和第二精密压力表。5.根据权利要求1或2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述套管下部设有周向均布的4个射孔孔眼，射孔孔眼上设有螺纹。6.根据权利要求1或2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述出液孔的上端凹槽内设有钢制垫片。7.根据权利要求1或2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述上、下法兰与水泥环上下端之间通过圆环形密封板密封。8.一种利用权利要求7所述装置进行评价封窜剂封堵效果的方法，其特征在于，主要是通过对比相同条件下封窜剂挤入前后，套管与水泥胶结界面的渗透流量进行评价，包括以下步骤：(1)测量封窜实验前水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量Q1，具体步骤为：①将水泥环与套管胶结界面存在窜槽通道的封固系统放入釜体内，装好上法兰、小法兰，平流泵输出管线与注液孔连通；②使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海文，缪媛媛，张津豪，曹萌萌，王忠博，王琪，
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