本发明专利技术公开了一种固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置及评价方法，包括釜体、注入泵、环压泵、加压泵和加热控制装置，釜体内部设有圆环形胶套和人工造缝的水泥柱塞以及柱状砂岩岩心，上下封头中心设有浅凹槽，内有密封圈来密封釜体两端，封堵剂由上端注入，模拟井下封堵水泥环微裂缝作业。该装置可模拟井下高温环境，在微裂缝内封堵剂发挥作用实现封堵，通过加压泵施压将封堵剂挤入已经人工造缝的水泥柱塞，研究封堵剂进入及滞留水泥环微裂缝的能力，研究挤注压力对封堵剂封堵固井水泥环微裂缝的封堵质量和影响，还可以研究封堵剂在不同人工造缝长度的水泥柱塞中的封堵效果。
【技术实现步骤摘要】
固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置及评价方法
本专利技术涉及模拟封堵剂进入固井水泥环微裂缝能力的评价装置及方法。本专利技术属于油气井工程固井领域。
技术介绍
固井是向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业，达到保护和支撑油气井内的套管，封隔油、气、水层的目的，是保证后续安全钻进、长期开采的关键技术之一。水泥的主要功能是密封套管与主体岩层之间的环形空间，防止沿井筒流动的流体。水泥也保护套管免受腐蚀，使井筒结构更加健全。水泥环是指水泥浆在环形空间中形成的水泥石，固井作业后套管和地层通过水泥环胶结在一起。水泥环的主要作用是实现油、水层间封隔，防止层间窜流，保证油气安全生产。为了实现这一功能，水泥环必须连续且非渗透。由于水泥材料的自身缺陷—体积收缩和脆性，目前很多油气井都存在水泥环封隔失效的问题。水泥环微裂缝是导致层间封隔失效的主要原因之一。向微裂缝中注封堵剂是一种解决固井水泥环出现微裂缝的有效措施。当前能进行该项研究的装置十分缺乏，杨振杰等人提出了一种固井水泥环完整性模拟评价试验仪(杨振杰,AstouGawane,杨强,等.固井水泥环微间隙与微裂缝的模拟试验方法[J].天然气工业,2015,35(9).)，该装置可以模拟井下压力变化使油井水泥环损伤的并形成微裂缝的过程，从而测定不同条件下固井水泥环抗窜强度的变化情况，但是该装置不能研究微裂缝形成后的封堵剂注入微裂缝后的封堵能力研究。步玉环(步玉环,于利国,王春雨,等.水泥石自愈合性能评价方法[J].实验室研究与探索,2015,34(7):17-21.)提出了一种水泥石自愈合性能评价装置，该装置以封堵压力为指标，通过实验分析了遇油自愈合材料加量和裂缝尺寸对水泥石自愈合性能的影响，证明了该评价装置和评价方法进行水泥石自愈合性能评价的可行性，但是该装置不能做到对水泥柱塞上人造微裂缝的养护。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种模拟挤注封堵剂条件下固井水泥环微裂缝进入能力评价装置及评价方法，该装置可研究封堵剂进入能力，研究挤注压力对封堵剂封堵固井水泥环微裂缝的封堵质量和影响。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置，包括：釜体，所述釜体上设有环压孔；环形胶套，所述环形胶套容设在所述釜体内，环形胶套内具有用于装入带有裂缝的水泥柱塞的圆形腔，环形胶套和釜体之间具有环压腔；上封头和下封头，所述上封头和下封头分别设置在所述釜体的上部和下部，所述上封头上设有连通所述圆形腔的打压孔，所述下封头上设有连通所述圆形腔的第一出水口；加压泵，所述加压泵通过管线与所述打压孔相连；环压泵，所述环压泵通过管线与所述环压孔相连；加热装置和加热控制装置，所述加热控制装置与加热装置相连，加热装置与釜体相连。优选的，所述上封头包括：第二上封头，所述第二上封头与所述釜体相连，第二上封头中部形成连通圆形腔的内筒；第一上封头，所述第一上封头与所述第二上封头相连，所述打压孔设在第一上封头上。优选的，所述上封头、下封头分别与环形胶套的上下两端紧紧接触。优选的，所述环压孔设在所述釜体侧面下部，所述釜体侧面上部设有连通所述环压腔的第二出水口。优选的，所述加热装置包括套设在所述釜体外壁的夹套，夹套设有电热丝，所述加热控制装置与所述电热丝相连。优选的，所述加压泵接出的管线上设有第一开关。优选的，还包括注入泵，所述注入泵通过管线与所述打压孔相连。优选的，所述注入泵接出的管线上设有第二开关。本专利技术还提供了一种固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价方法，使用上述的固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置，包括以下步骤：(1)将带有裂缝的水泥柱塞放入圆形腔；(2)调整加热装置使釜体内温度满足实验要求；(3)通过环压泵给环形胶套加环压，使水泥柱塞与环形胶套紧紧接触；(4)将封堵剂注入至水泥柱塞的上端；(5)由加压泵对釜体内的封堵剂加压；(6)反应结束；(7)进入能力评价：所述进入能力指特定压力条件下进入裂缝中能力的大小。所述步骤(1)、(2)无时间顺序。优选的，所述步骤(1)中先将砂岩岩心放入圆形腔，再次水泥柱塞放在圆形腔，并位于砂岩岩心的上方。优选的，所述进入能力指特定压力条件下进入裂缝中能力的大小，步骤是：①在特定压力下，质量为M的封堵剂，实验前称量水泥柱塞的质量为M1，从加压时开始计时，当封堵剂没有从第一出水口流出，试验后再次称量水泥柱塞的质量为M2，即(M2-M1)为进入裂缝中封堵剂的质量，因此封堵剂进入能力：L1＝(M2-M1)/M；和/或②在特定压力下，质量为M的封堵剂，实验前称量水泥柱塞的质量为M1，从对封堵剂加压时开始计时，当有封堵剂从第一出水口流出，计时结束，时间为t，t的大小可以说明封堵剂在裂缝中进入能力。优选的，所述步骤(1)中的带有裂缝的水泥柱塞为人工造缝的水泥柱塞。本评价方法的具体步骤为：(1)将加压泵、环压泵分别与打压孔、环压孔连接好，装好下封头，并在下封头中心的浅凹槽内放入环形密封圈，上紧第一螺栓；将环形胶套放入釜体内部，环形胶套下端内部与下封头紧紧接触，将柱状砂岩岩心放入环形胶套，然后再放入带有裂缝的水泥柱塞，装好第二上封头，并在第二上封头中心的浅凹槽放入环形密封圈，上紧第二螺栓；(2)调整加热装置使釜体内温度满足实验要求；(3)打开第二出水口，打开环压泵向环压空腔注水，当水从釜体上部侧面的第二出水口溢出时，关闭第二出水口，继续向环压空腔注水通过环压泵给环形胶套施压，使水泥柱塞与环形胶套紧紧接触；(4)将制备好的质量为M的封堵剂由第二上封头上端注入，装好第一上封头，第一上封头中心的浅凹槽放入环形密封圈，上紧第三螺栓；(5)打开与加压泵相连的第一开关，由加压泵通过打压孔对封堵剂施压，将封堵剂挤入水泥柱塞，实现对釜体内的封堵剂加压来模拟注水泥时的挤注压力；(6)按照实验要求封堵剂在裂缝内反应实现裂缝的封堵结束后，关闭加压泵、环压泵，关闭加热控制装置，装置冷却至室温；(7)封堵能力评价。本专利技术的有益效果：(1)利用本专利技术的评价装置可以进行不同温度、不同裂缝长度、不同种类封堵剂的封堵实验；(2)利用本专利技术的评价装置可以研究不同挤注压力对封堵剂进入微裂缝的能力。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术一种模拟固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力和封堵能力评价装置的结构示意图；图2是本专利技术固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价方法的流程示意图；图3是本专利技术固井水泥环微裂缝封堵剂封堵能力评价方法的流程示意图。附图标记说明：1-第二上封头；2-釜体；3-加热控制装置；4-环压腔；5-环形胶套；6-下封头；7-砂岩岩心；8-水泥柱塞；9-第二出水口；10-密封圈；11-加压泵；12-注入泵；13-电热丝；14-环压泵；15-支架；16-量筒；17-第一螺栓；18-第二螺栓；19-第三螺栓；20-打压孔(注水口)；21-第一上封头；22-第一出水口；23-第一开关；24-第二开关；25-环压孔；26-压力可调节安全阀；27-出水口阀门；28-下封头腔内压力表。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置，其特征在于，包括：釜体，所述釜体上设有环压孔；环形胶套，所述环形胶套容设在所述釜体内，环形胶套内具有用于装入带有裂缝的水泥柱塞的圆形腔，环形胶套和釜体之间具有环压腔；上封头和下封头，所述上封头和下封头分别设置在所述釜体的上部和下部，所述上封头上设有连通所述圆形腔的打压孔，所述下封头上设有连通所述圆形腔的第一出水口；加压泵，所述加压泵通过管线与所述打压孔相连；环压泵，所述环压泵通过管线与所述环压孔相连；加热装置和加热控制装置，所述加热控制装置与加热装置相连，加热装置与釜体相连。
【技术特征摘要】
1.一种固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置，其特征在于，包括：釜体，所述釜体上设有环压孔；环形胶套，所述环形胶套容设在所述釜体内，环形胶套内具有用于装入带有裂缝的水泥柱塞的圆形腔，环形胶套和釜体之间具有环压腔；上封头和下封头，所述上封头和下封头分别设置在所述釜体的上部和下部，所述上封头上设有连通所述圆形腔的打压孔，所述下封头上设有连通所述圆形腔的第一出水口；加压泵，所述加压泵通过管线与所述打压孔相连；环压泵，所述环压泵通过管线与所述环压孔相连；加热装置和加热控制装置，所述加热控制装置与加热装置相连，加热装置与釜体相连。2.根据权利要求1所述的固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置，其特征在于，所述上封头包括：第二上封头，所述第二上封头与所述釜体相连，第二上封头中部形成连通圆形腔的内筒；第一上封头，所述第一上封头与所述第二上封头相连，所述打压孔设在第一上封头上。3.根据权利要求1或2所述的固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置，其特征在于，所述上封头、下封头分别与环形胶套的上下两端紧紧接触。4.根据权利要求1所述的固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置，其特征在于，所述上封头、下封头与釜体之间均通过密封圈密封。5.根据权利要求1所述的固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置，其特征在于，所述环压孔设在所述釜体侧面下部，所述釜体侧面上部设有连通所述环压腔的第二出水口。6.根据权利要求1所述的固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭胜来，王凯，步玉环，孔琦，杨万春，赵兵，张杰杰，孙佳昭，
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
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