测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法，包括页岩开采模拟部，页岩开采模拟部包括模拟地层、水泥环环空和模拟套管，模拟地层的外侧设置围压腔，水泥环环空内能养化水泥浆构成模拟水泥环，模拟水泥环与模拟套管之间的接触面构成固井胶结面；页岩开采模拟部上密封连接有加压装置；模拟套管内设有加热装置；模拟套管的外壁设有固井质量检测仪；模拟水泥环密封连通有注气装置，水泥环环空的顶部设置气体检测仪，测试固井胶结面抗窜能力的实验装置还包括控制部。该测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法，能够真实有效地模拟研究不同温度压力循环次数条件下固井胶结面的抗窜能力。

Experimental device and method for testing anti-channeling ability of cementing cementing surface

The invention provides an experimental device for testing the anti-channeling ability of cementing cementing surface and its experimental method, including shale mining simulation section, shale mining simulation section including simulated stratum, cement annulus and simulated casing, confining pressure chamber is set on the outside of simulated stratum, and cement slurry can be cured in cement annulus to form simulated cement annulus. The interface between cement sheath and simulated casing constitutes cementing cementing cementing cementing surface; pressure device is sealed on the simulation part of shale mining; heating device is installed in the simulated casing; cementing quality detector is installed on the outer wall of simulated casing; gas injection device is installed on the sealing connection of simulated cement sheath; gas detector is installed on the top of cement sheath. The experimental device for testing the anti-channeling ability of cementing cementing surface also includes a control unit. The experimental device and method for testing the anti-channeling ability of cementing cementing face can simulate and study the anti-channeling ability of cementing cementing face under different temperature and pressure cycles effectively.

【技术实现步骤摘要】
测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法
本专利技术涉及油气井工程领域，尤其涉及一种页岩气压裂过程中不同循环温度压力条件下测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法。
技术介绍
页岩气藏属于低孔低渗非常规油气藏，常规开采手段难以取得经济效益，需要用到水力压裂技术使页岩地层形成复杂人工缝网才能获得商业气流，但是水力压裂泵压高，排量大，使近井筒附近的套管-水泥环-地层承受较高的套管内压以及温度变化。尤其是多级分段压裂，使井筒的完整性更加难以保证，现场施工数据证明：某页岩气田压裂之前环空带压井的比例不超过10％，压裂之后环空带压井的比例则超过50％，说明环空带压与水力压裂具有显著关系，现场井口气体检测结构认为：多级压裂过程中近井筒附近温度压力交替变化导致固井胶结面劣化，抗气抗液窜通的能力下降，地层气体沿着固井胶结面上窜至井口导致环空带压。因此，基于页岩气水力压裂的特点，研究不同循环温度压力条件下固井胶结面的抗窜能力具有重要意义。但是，现有的实验装置不能模拟不同温度压力循环次数条件下固井胶结面的抗窜能力以及胶结面的胶结质量，为实验研究带来阻碍。由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法，实现不同循环温度压力条件下固井胶结面的抗窜能力研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法，能够真实有效地模拟研究不同温度压力循环次数条件下固井胶结面的抗窜能力。本专利技术的目的是这样实现的，一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置，包括呈密封设置的页岩开采模拟部，所述页岩开采模拟部包括自外向内依次同轴套设的模拟地层、水泥环环空和模拟套管，所述模拟地层的外侧设置围压腔，所述水泥环环空内能养化水泥浆构成模拟水泥环，所述模拟水泥环与所述模拟套管之间的接触面构成固井胶结面；所述页岩开采模拟部上密封连接有用于调整所述页岩开采模拟部内部压力的加压装置；所述模拟套管内设有用于调整所述页岩开采模拟部内部温度的加热装置；所述模拟套管的外壁中部设有固井质量检测仪；所述模拟水泥环内位于固井胶结面下部的位置密封连通有注气装置，所述水泥环环空的顶部设置气体检测仪，所述气体检测仪与所述模拟套管的外壁抵靠接触；所述测试固井胶结面抗窜能力的实验装置还包括控制部，所述控制部与所述加压装置、所述加热装置、所述固井质量检测仪、所述气体检测仪和所述注气装置电连接。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述加压装置包括第一液压活塞结构、第二液压活塞结构和第三液压活塞结构，所述第一液压活塞结构包括第一伸缩活塞杆和第一活塞，所述模拟套管的顶部设置套管加压接口，所述第一活塞能沿所述套管加压接口的内壁密封往复移动；所述第二液压活塞结构包括第二伸缩活塞杆和第二活塞，所述水泥环环空的顶部设置水泥环加压接口，所述第二活塞能沿所述水泥环加压接口的内壁密封往复移动；所述第三液压活塞结构包括第三伸缩活塞杆和第三活塞，所述围压腔的顶部设置围压腔加压接口，所述第三活塞能沿所述围压腔加压接口的内壁密封往复移动。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述第一液压活塞结构上设有第一液压活塞控制器，所述第二液压活塞结构上设有第二液压活塞控制器，所述第三液压活塞结构上设有第三液压活塞控制器，所述第一液压活塞控制器、所述第二液压活塞控制器和所述第三液压活塞控制器均与所述控制部电连接。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述测试固井胶结面抗窜能力的实验装置还包括注液结构和排液结构，所述注液结构包括导热液注入结构、水泥注入结构和围压液注入结构，所述围压液注入结构与所述围压腔的顶部连通，所述水泥注入结构与所述水泥环环空的上部连通，所述导热液注入结构与所述模拟套管的内腔顶部连通；所述排液结构包括导热液导出结构和围压液导出结构，所述围压液导出结构与所述围压腔的下部连通，所述导热液导出结构与所述模拟套管的内腔下部连通。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述页岩开采模拟部包括油缸结构，所述油缸结构包括油缸外壳，所述油缸外壳内部同轴且径向间隔套设第一套管结构和第二套管结构，所述第二套管结构构成所述模拟地层，所述油缸外壳与所述第二套管结构之间构成封闭的所述围压腔；所述第一套管结构和所述第二套管结构之间构成所述水泥环环空；所述第一套管结构构成所述模拟套管，所述第一套管结构的顶部密封连接所述第一液压活塞结构，所述第一套管结构内设置所述加热装置，所述第一套管结构的内腔顶部与所述导热液注入结构连通，所述第一套管结构的内腔下部与所述导热液导出结构连通，所述第一套管结构的中部设置所述固井质量检测仪。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述第一套管结构上位于所述加热装置的上方设置第一压力传感器和第一温度传感器，所述水泥环环空的顶部设置第二压力传感器和第二温度传感器，所述围压腔的顶部设置第三压力传感器，所述第一压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二压力传感器、所述第二温度传感器和所述第三压力传感器均与所述控制部电连接。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述导热液注入结构包括导热液储罐，所述导热液储罐的出口处设置第一储罐控制阀，所述第一储罐控制阀的出口与所述模拟套管的内腔顶部密封连通设置；所述导热液导出结构包括导热液抽吸泵，所述导热液抽吸泵的出口处设置第一抽吸泵控制阀，所述第一抽吸泵控制阀的出口与所述模拟套管的内腔下部密封连通设置；所述水泥注入结构包括水泥储罐，所述水泥储罐的出口处设置第二储罐控制阀，所述第二储罐控制阀的出口与所述水泥环环空密封连通设置；所述围压液注入结构包括围压液储罐，所述围压液储罐的出口处设置第三储罐控制阀，所述第三储罐控制阀的出口与所述围压腔的顶部密封连通设置；所述围压液导出结构包括围压液抽吸泵，所述围压液抽吸泵的出口处设置第三抽吸泵控制阀，所述第三抽吸泵控制阀的出口与所述围压腔的下部密封连通设置；所述第一储罐控制阀、所述第二储罐控制阀、所述第三储罐控制阀、所述导热液抽吸泵、所述第一抽吸泵控制阀、所述围压液抽吸泵和所述第三抽吸泵控制阀均与所述控制部电连接。在本专利技术的一较佳实施方式中，所述加热装置包括与所述模拟套管同轴设置的加热棒，所述加热棒与所述控制部电连接；所述注气装置包括储气罐，所述储气罐的出口处连通设置气体压缩机，所述气体压缩机的出口处设置第四压力传感器，所述第四压力传感器的出口与所述模拟水泥环的底部密封连通。本专利技术的目的还可以这样实现，一种测试固井胶结面抗窜能力的实验方法，完成前述的测试固井胶结面抗窜能力的实验装置的组装，向水泥环环空内注入水泥浆，控制部控制加压装置和加热装置模拟地层条件，固井水泥养化构成模拟水泥环，模拟地层、模拟水泥环和模拟套管胶结成一个整体；控制部控制加压装置周期性调整页岩开采模拟部内的压力，控制部控制加热装置周期性调整页岩开采模拟部内的温度，至温度压力循环次数达到目标次数；固井质量检测仪检测固井胶结面的完整性情况，气体检测仪检测注气装置向固井胶结面处泵送的气体压力，控制部记录固井质量检测仪检测的微环隙数据和注气装置的压力数据。在本专利技术的一较佳实施方式中，前述的测试固井胶结面抗窜能力的实验方法，包括以下步骤，步骤a、完成测试固井胶结面抗窜能力的实验装置组装；步骤b、向模拟套管内注入导热液，向围压腔内注入围压液，向水泥环环空内注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置，其特征在于，包括呈密封设置的页岩开采模拟部，所述页岩开采模拟部包括自外向内依次同轴套设的模拟地层、水泥环环空和模拟套管，所述模拟地层的外侧设置围压腔，所述水泥环环空内能养化水泥浆构成模拟水泥环，所述模拟水泥环与所述模拟套管之间的接触面构成固井胶结面；所述页岩开采模拟部上密封连接有用于调整所述页岩开采模拟部内部压力的加压装置；所述模拟套管内设有用于调整所述页岩开采模拟部内部温度的加热装置；所述模拟套管的外壁中部设有固井质量检测仪；所述模拟水泥环内位于固井胶结面下部的位置密封连通有注气装置，所述水泥环环空的顶部设置气体检测仪，所述气体检测仪与所述模拟套管的外壁抵靠接触；所述测试固井胶结面抗窜能力的实验装置还包括控制部，所述控制部与所述加压装置、所述加热装置、所述固井质量检测仪、所述气体检测仪和所述注气装置电连接。

【技术特征摘要】
1.一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置，其特征在于，包括呈密封设置的页岩开采模拟部，所述页岩开采模拟部包括自外向内依次同轴套设的模拟地层、水泥环环空和模拟套管，所述模拟地层的外侧设置围压腔，所述水泥环环空内能养化水泥浆构成模拟水泥环，所述模拟水泥环与所述模拟套管之间的接触面构成固井胶结面；所述页岩开采模拟部上密封连接有用于调整所述页岩开采模拟部内部压力的加压装置；所述模拟套管内设有用于调整所述页岩开采模拟部内部温度的加热装置；所述模拟套管的外壁中部设有固井质量检测仪；所述模拟水泥环内位于固井胶结面下部的位置密封连通有注气装置，所述水泥环环空的顶部设置气体检测仪，所述气体检测仪与所述模拟套管的外壁抵靠接触；所述测试固井胶结面抗窜能力的实验装置还包括控制部，所述控制部与所述加压装置、所述加热装置、所述固井质量检测仪、所述气体检测仪和所述注气装置电连接。2.如权利要求1所述的测试固井胶结面抗窜能力的实验装置，其特征在于，所述加压装置包括第一液压活塞结构、第二液压活塞结构和第三液压活塞结构，所述第一液压活塞结构包括第一伸缩活塞杆和第一活塞，所述模拟套管的顶部设置套管加压接口，所述第一活塞能沿所述套管加压接口的内壁密封往复移动；所述第二液压活塞结构包括第二伸缩活塞杆和第二活塞，所述水泥环环空的顶部设置水泥环加压接口，所述第二活塞能沿所述水泥环加压接口的内壁密封往复移动；所述第三液压活塞结构包括第三伸缩活塞杆和第三活塞，所述围压腔的顶部设置围压腔加压接口，所述第三活塞能沿所述围压腔加压接口的内壁密封往复移动。3.如权利要求2所述的测试固井胶结面抗窜能力的实验装置，其特征在于，所述第一液压活塞结构上设有第一液压活塞控制器，所述第二液压活塞结构上设有第二液压活塞控制器，所述第三液压活塞结构上设有第三液压活塞控制器，所述第一液压活塞控制器、所述第二液压活塞控制器和所述第三液压活塞控制器均与所述控制部电连接。4.如权利要求2所述的测试固井胶结面抗窜能力的实验装置，其特征在于，所述测试固井胶结面抗窜能力的实验装置还包括注液结构和排液结构，所述注液结构包括导热液注入结构、水泥注入结构和围压液注入结构，所述围压液注入结构与所述围压腔的顶部连通，所述水泥注入结构与所述水泥环环空的上部连通，所述导热液注入结构与所述模拟套管的内腔顶部连通；所述排液结构包括导热液导出结构和围压液导出结构，所述围压液导出结构与所述围压腔的下部连通，所述导热液导出结构与所述模拟套管的内腔下部连通。5.如权利要求4所述的测试固井胶结面抗窜能力的实验装置，其特征在于，所述页岩开采模拟部包括油缸结构，所述油缸结构包括油缸外壳，所述油缸外壳内部同轴且径向间隔套设第一套管结构和第二套管结构，所述第二套管结构构成所述模拟地层，所述油缸外壳与所述第二套管结构之间构成封闭的所述围压腔；所述第一套管结构和所述第二套管结构之间构成所述水泥环环空；所述第一套管结构构成所述模拟套管，所述第一套管结构的顶部密封连接所述第一液压活塞结构，所述第一套管结构内设置所述加热装置，所述第一套管结构的内腔顶部与所述导热液注入结构连通，所述第一套管结构的内腔下部与所述导热液导出结构连通，所述第一套管结构的中部设置所述固井质量检测仪。6.如权利要求5所述的测试固井胶结面抗窜能力的实验装置，其特征在于，所述第一套管结构上位于所述加热装置的上方设置第一压力传感器和第一温度传感器，所述水泥环环空的顶部设置第二压力传感器和第二温度传感器，所述围压腔的顶部设置第三压力传感器，所述第一压力传感器、所述第一温度传感器、所述第二压力传感器、所述第二温度传感器和所述第三压力传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，连威，张辉，席岩，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11