本发明专利技术涉及的是模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置及实验方法，它包括密封盖、反应容器、第一恒流恒压泵、第二恒流恒压泵、实验试件，实验试件由固井水泥环套置在套管外构成，螺旋筛管盘绕在固井水泥环与反应容器之间的环形空间内，密封盖内端面中心设置圆柱形的定位凸起；密封盖上有进水孔、溢水孔、阀孔，进水孔与第一恒流恒压泵通过高压导流线连接，阀孔处安装有控压阀；反应容器底部有进液孔，进液孔内部安装有单向阀，进液孔与第二恒流恒压泵通过高压导流线连接，螺旋筛管上端是封闭的，螺旋筛管下端开口连接进液孔，螺旋筛管上均匀分布有若干分液孔。本发明专利技术能够保证地层水中各离子浓度在腐蚀实验的过程中不会随着实验的进行而衰减。
【技术实现步骤摘要】
模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置及实验方法
本专利技术涉及化学腐蚀、石油工程等领域中的一种固井水泥环腐蚀实验技术，具体涉及了模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置及实验方法。
技术介绍
固井水泥环在油气井生产中发挥着至关重要的作用，其主要目的是保护生产套管柱和封堵相邻的油、气、水层。固井水泥装在凝固后会在整口井的纵向上形成一个水力封隔系统，该系统必须在整个油气井寿命期间及报废之后都能够实现有效的层间封隔。近年来随着油气井工程的发展，勘探开发的方向趋于深井化、复杂化，更易引发水泥环密封失效，给油气井造成严重危害。因此，进一步深入研究水泥环密封完整性，对确保油气井的安全开采具有重要的现实意义。目前研究认为，油气井在经过一段时间的生产后，水泥环发生了密封失效，主要是因为水泥环受腐蚀作用所导致的。水泥环腐蚀是指是由CO2、H2S等腐蚀气体在地层水的协同作用下导致的水泥环的力学性质和相关物性发生改变，例如强度降低，渗透率增大等。然而目前对于水泥环腐蚀问题的研究只是针对水泥环自身，并没有对套管水泥环胶结面受腐蚀后发生的变化进行研究，而且现阶段的实验设备无法实现水泥环所处的地下环境。可见一种模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置及实验方法有着重要的应用价值。目前一些水泥环的腐蚀实验装置存在以下几个缺点：一是无法确定套管水泥环胶结面的腐蚀情况，二是由于腐蚀实验空间的封闭导致了地层水中各离子浓度随时间而衰减，使实验得到的结果缺乏说服力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置，这种模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置能够更加精确的模拟实际地层条件，使研究人员对固井水泥环以及套管水泥环胶结面受CO2、H2S等腐蚀气体在地层水的协同作用下导致的腐蚀问题研究能够更进一步，从而解决油气井的水泥环密封失效问题，本专利技术的另一个目的是提供模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置的实验方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置包括密封盖、反应容器、第一恒流恒压泵、第二恒流恒压泵、螺旋筛管、实验试件，实验试件由固井水泥环套置在套管外构成，实验试件放置在反应容器内底座上，螺旋筛管盘绕在固井水泥环与反应容器之间的环形空间内，密封盖内端面中心设置圆柱形的定位凸起，密封盖盖在反应容器上通过固定螺栓固定连接，定位凸起卡到套管内，密封盖与实验试件通过防腐蚀密封垫密封；密封盖上有进水孔、溢水孔、阀孔，进水孔与第一恒流恒压泵通过高压导流线连接，阀孔处安装有控压阀，溢水孔上安装有密封螺栓；反应容器底部有进液孔，进液孔内部安装有单向阀，进液孔与第二恒流恒压泵通过高压导流线连接，螺旋筛管上端是封闭的，螺旋筛管下端开口连接进液孔，螺旋筛管上均匀分布有若干分液孔，每个分液孔处镶嵌筛网。上述方案中进水孔位于密封盖的圆心处，溢水孔距离圆心的距离小于套管的半径；阀孔位于溢水孔外侧。上述方案中反应容器底部设置圆形底座，圆形底座有一凹槽，凹槽位于进液孔与底部边沿之间，第二恒流恒压泵连接的高压导流线置于凹槽中，防止高压导流线长期使用后被压断。上述方案中螺旋筛管上均匀分布60个分液孔，螺旋筛管的螺距160mm，圈数为3。上述方案中反应容器和密封盖都采用高刚度钢制成。上述模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置的实验方法：a．先将实验试件放入反应容器中的底座上，将螺旋筛管下端开口与进液孔连接；将密封盖安装在反应容器上，防腐蚀密封垫压紧在实验试件上面，并上紧紧固螺栓，将密封盖紧固在反应容器上；b．在实验试件与反应容器间的环形空间内注入细沙和调制好的地层水，并使地层水达到完全饱和的状态；c．拆卸下溢水孔的密封螺栓，使用第一恒流恒压泵向进水孔通入蒸馏水，直至溢水孔处有水溢出，再用密封螺栓封闭溢水孔，调整第一恒流恒压泵为实验提供所需压力；d．设置第二恒流恒压泵压力，以恒定流速通过进液孔注入配置好的地层水和实验所需的气体，配置好的地层水和实验所需的气体经螺旋筛管上的分液孔流出，与控压阀配合以维持气体浓度以及实验所需的地层压力；e．最后将模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置放入恒温箱中等待实验结束，分析实验结果。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术中的密封盖，由于在内端面有圆柱形定位凸起，能够保证实验试件在反应容器中的居中度。2、本专利技术中的密封盖，由于在内端面安有防腐蚀密封垫，能够密封实验试件和密封盖的接触面。3、本专利技术的实验装置由于设计了进液孔、螺旋筛管以及控压阀，从而能够保证地层水中各离子浓度在腐蚀实验的过程中不会随着实验的进行而衰减。4、本专利技术中在实验试件与反应容器间的环形空间中填充了细沙和配置好的地层水，能够更好模拟实际地层中的孔隙压力。附图说明图1是本实验装置的整体示意图。图2是本实验装置所需实验试件的立体图。图3是本实验装置中反应容器的立体图。图4是本实验装置中反应容器的正视图。图5是本实验装置中密封盖的正视图。图6是本实验装置中密封盖的俯视图。图中：1密封盖、2反应容器、3第一恒流恒压泵、4螺旋筛管、5进水孔、6溢水孔、7阀孔、8进液孔、9控压阀、10第二恒流恒压泵、11固定螺栓、12密封螺栓、13防腐蚀密封垫、14套管、15固井水泥环、16定位凸起。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明：如图1所示，这种模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置包括密封盖1、反应容器2、第一恒流恒压泵3、第二恒流恒压泵10、实验试件、螺旋筛管4，密封盖1上有进水孔5、溢水孔6、阀孔7，实验试件放置在反应容器2内底座上，螺旋筛管4盘绕在固井水泥环15与反应容器2之间的环形空间内，密封盖1内端面中心设置圆柱形的定位凸起16，密封盖1盖在反应容器2上通过固定螺栓11固定连接，定位凸起16卡到套管14内，其目的是保证试件相对反应容器2居中，密封盖1内端面安有防腐蚀密封垫13，密封盖1与实验试件通过防腐蚀密封垫13密封，实验时先将试件放入反应容器2中，用细沙和配置好的地层水填充试件与反应容器2间的环形空间，然后将密封盖1安装在反应容器2上，并上紧螺栓；进水孔5与第一恒流恒压泵3通过高压导流线连接，阀孔7上安装有控压阀9，溢水孔6上安装有密封螺栓12；反应容器2底部有进液孔8，进液孔8内部安装有单向阀，进液孔8与第二恒流恒压泵10通过高压导流线连接，反应容器2底部设置圆形底座，圆形底座有一凹槽，凹槽位于进液孔8与底部边沿之间，第二恒流恒压泵10管高压导流线10置于凹槽中，防止高压导流线长期使用后被压断。参阅图2，实验试件由套管14和固井水泥环15两部分组成。结合图3和图4所示，反应容器2包括螺旋筛管4、进液孔8。进液孔8位于反应容器2底面距圆心115mm处，与内部的螺旋筛管4相互连接，并且在进液孔8内部安装一个单项阀，防止流体回流以及回流携带的细沙进入恒压恒流泵。螺旋筛管4的螺距160mm，圈数为3，螺旋筛管4的长度为820mm，螺旋筛管4上均匀分布60个分液孔，并在每个分液孔处镶嵌筛网以防止细沙进入筛管。螺旋筛管4保证了地层水中各离子在腐蚀实验过程中的浓度。结合图5和图6所示，密封盖1包括进水孔5、溢水孔6、阀孔7，进水孔5位于密封盖1的圆心处，与第一恒流恒压泵3相连接。溢水孔6位于距圆心本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置，其特征在于：这种模拟固井水泥环（15）在地层中腐蚀过程的实验装置包括密封盖（1）、反应容器（2）、第一恒流恒压泵（3）、第二恒流恒压泵（10）、螺旋筛管（4）、实验试件，实验试件由固井水泥环（15）套置在套管（14）外构成，实验试件放置在反应容器（2）内底座上，螺旋筛管（4）盘绕在固井水泥环（15）与反应容器（2）之间的环形空间内，密封盖（1）内端面中心设置圆柱形的定位凸起（16），密封盖（1）盖在反应容器（2）上通过固定螺栓（11）固定连接，定位凸起（16）卡到套管（14）内，密封盖（1）与实验试件通过防腐蚀密封垫（13）密封；密封盖（1）上有进水孔（5）、溢水孔（6）、阀孔（7），进水孔（5）与第一恒流恒压泵（3）通过高压导流线连接，阀孔（7）处安装有控压阀（9），溢水孔（6）上安装有密封螺栓（12）；反应容器（2）底部有进液孔（8），进液孔（8）内部安装有单向阀，进液孔（8）与第二恒流恒压泵（10）通过高压导流线连接，螺旋筛管（4）上端是封闭的，螺旋筛管（4）下端开口连接进液孔（8），螺旋筛管（4）上均匀分布有若干分液孔，每个分液孔处镶嵌筛网。...
【技术特征摘要】
1.一种模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置，其特征在于：这种模拟固井水泥环（15）在地层中腐蚀过程的实验装置包括密封盖（1）、反应容器（2）、第一恒流恒压泵（3）、第二恒流恒压泵（10）、螺旋筛管（4）、实验试件，实验试件由固井水泥环（15）套置在套管（14）外构成，实验试件放置在反应容器（2）内底座上，螺旋筛管（4）盘绕在固井水泥环（15）与反应容器（2）之间的环形空间内，密封盖（1）内端面中心设置圆柱形的定位凸起（16），密封盖（1）盖在反应容器（2）上通过固定螺栓（11）固定连接，定位凸起（16）卡到套管（14）内，密封盖（1）与实验试件通过防腐蚀密封垫（13）密封；密封盖（1）上有进水孔（5）、溢水孔（6）、阀孔（7），进水孔（5）与第一恒流恒压泵（3）通过高压导流线连接，阀孔（7）处安装有控压阀（9），溢水孔（6）上安装有密封螺栓（12）；反应容器（2）底部有进液孔（8），进液孔（8）内部安装有单向阀，进液孔（8）与第二恒流恒压泵（10）通过高压导流线连接，螺旋筛管（4）上端是封闭的，螺旋筛管（4）下端开口连接进液孔（8），螺旋筛管（4）上均匀分布有若干分液孔，每个分液孔处镶嵌筛网。2.根据权利要求1所述的模拟固井水泥环（15）在地层中腐蚀过程的实验装置，其特征在于：所述的进水孔（5）位于密封盖（1）的圆心处，溢水孔（6）距离圆心的距离小于套管的半径；阀孔（7）位于溢水孔（6）外侧。3.根据权利要求2所述的模拟固井水泥环（15）在地层中腐蚀过程的实验装置，其特征在于：所述的反应容器（2）底部设置圆形底座，圆形底座有一凹...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙启冀，周岩，王捷，蔡明钰，赵洪洋，代亭阁，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。