本发明专利技术公开了一种固井质量测量装置及方法，包括井筒、套管、支架、加压泵、控温保温装置、联合换能器、超声波测定仪、脱模压力机，固井模型由外向内依次是井筒、水泥环、套管、联合换能器，上下封头通过与环形螺帽紧密连接加以密封固井模型两端，联合换能器通过下封头与超声波测定仪连接。该装置可以模拟不同密度水泥环与套管及水泥环与地层之间的胶结，研究不同密度水泥环在不同填充状况下的固井质量，并且可以进行不同温度、不同压力下的实验，温度控制和压力控制达到自动化，该装置中的联合换能器与套管形成同轴同孔的设计可以自动消除测试系统的误差。
【技术实现步骤摘要】
固井质量测量装置及方法
本专利技术涉及固井质量测量装置及方法，可以在实验室内模拟不同井下条件的固井质量测量装置及方法。本专利技术属于油气井固井领域。
技术介绍
固井是钻井完井工程的重要环节之一，而且固井质量的好坏对油气井寿命、油气井产能和勘探开发的总体效益影响很大。由于固井技术涉及化学、流体力学、材料学等多个学科，且施工过程中会受到诸多复杂因素的影响，很难保证全井段的固井质量。因此，如何对固井质量进行合理评价、及时定位不合格井段以及给出合理补救措施成为固井技术一项重要任务。固井质量(CBL/VDL)测井，主要是检测固井后水泥环层间封隔性能，包括水泥环纵向或环向上的胶结缺失的分析、第一界面(水泥环与套管之间的界面)及第二界面(水泥环与地层之间的界面)的胶结状况分析。当前能进行该项研究的装置十分缺乏，徐璧华专利技术了一种液压式模拟套管围压试验装置及其围压方法(一种液压式模拟套管围压试验装置及其围压方法，公开号：CN107421813A)，但是该装置只能模拟水泥浆在井下环空中带温带压形成水泥环的过程，不能研究测量仪器对套管声波的测量，从而判断水泥环的胶结状况。目前，尚无用于实验室内模拟不同密度水泥浆在井下环空中的固井质量测量装置。中国专利CN201921605624.0公开了一种油气井水泥环密封完整性测试装置，但该装置也只能模拟地层条件下水泥环的承压状况，并不能测量水泥环的固井胶结状况。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种模拟不同密度水泥浆在井下条件中的固井质量测量装置及方法。该装置能有效模拟真实地层环境，其设备齐全，可以更好地满足研究需要。同时利用该装置可以研究水泥环在环向上胶结缺失的状况，且可使用联合换能器测量出不同密度水泥环在模拟地层环境下的固井一、二界面的胶结质量。为了便于二次使用隔空固井模型，还设计了一台100吨脱模压力机和一套脱模设施以供使用。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种室内模拟固井质量测量装置，包括：固井模型，包括井筒和套管，井筒和套管形成用于环形空腔，井筒和套筒的两端分别设有上封头和下封头；声波测定仪装置，包括超声波测定仪和安装在套筒内的联合换能器，其包括探杆、探杆上设有外周呈圆形的发射探头和外周呈圆形的第一接收探头和第二接收探头，第一接收探头有第一接收通道，第二接收探头有第二接收通道，所述第一接收通道和第二接收通道均设有若干个接收器；所述套管的内径与所述发射探头、第一接收探头和第二接收探头的外径相适配；超声波测定仪通过一发射器电缆和若干个接收器电缆分别与所述第一接收探头和第二接收探头相连；加压装置，其包括设置在井筒上的加压孔，所述加压孔通过管线与加压泵相连，加压泵与压力测量仪相连；控温保温装置，其包括设置在井筒外壁的加热结构，所述加热结构与温度控制仪相连。可选的，所述井筒设置为上下两部分，上下两部分之间通过中间法兰盘连接，中间法兰盘与圆形旋转板连接。可选的，所述加热结构包括套设在井筒外壁上的夹套，夹套内设有电热丝。可选的，所述第一接收通道和第二接收通道的多个接收器之间均布排列；可选的，所述第一接收通道和第二接收通道均设有4个接收器，4个接收器都是单片接收，每片间的间隔为90度，而每两片为一组180度相背而立，每组间距50mm。所述第一接收通道与发射探头之间的距离设为198mm，第二接收通道与发射探头之间的距离设为330mm，第一接收通道和第二接收通道的间距为132mm。可选的，还包括脱模设备，所述脱模设备包括用于容设固井模型的脱模架，脱模架内设有脱模压力机，脱模压力机与手动泵相连。可选的，所述井筒上端设有上端法兰盘，下端设有下端法兰盘，上端法兰盘和下端法兰盘分别通过环形螺帽与上封头和下封头相连。可选的，所述下封头还设有与套筒内部连通的出水口。可选的，还包括转动装置，所述转动装置与探杆相连，当转动装置转动时，带动探杆转动，从而带动第一接收通道和/或第二接收通道转动。一种采用室内模拟固井质量测量装置的固井质量测量方法，包括以下步骤：(1)安装好井筒，在井筒中放入套筒，套筒居中在井筒中，使套管与井筒之间形成水泥环腔；(2)将联合换能器从套管底部按发射探头在上，两个接收探头在下的顺序居中置于套管中；(3)把发射换能器电缆插头和八个接收换能器电缆插头分别插入超声波测定仪器面板上相对应的插孔中，然后开启超声波测定仪的电源开关；(4)将套管中放入清水，用于模拟泥浆，同时配制所需测量的水泥浆，然后缓慢注入水泥环空腔内，装好上封头，实现水泥环的密封；(5)安装加压装置和控温保温装置，然后调整使井筒内温度和压力满足实验要求；(6)打开计算机中的测试软件，进行套管波的参数获取，利用相对声幅法来评价实验中水泥环的固井质量，计算公式为：U＝A/Afp*100％，式中：U为相对声幅值；A为目的井段声幅值，mv；Afp为自由井段声幅值，mv；(7)实验结束后，卸掉上下封头，将联合换能器从套管中取出，利用脱模设施把水泥环和套管脱离出井筒。一种声波测定仪装置的室内评价模拟固井质量的声波测定方法，包括以下步骤：(1)将一发多收换能器从套管底部按发射探头在上，两个接收探头在下的顺序放入套管中；(2)把发射换能器电缆插头和八个接收换能器电缆插头分别插入超声波测定仪器面板上相对应的插孔中，然后开启超声波测定仪器主机面板上的两个电源开关，打开加热开关，在温度控制仪上调整实验温度，；(3)启动计算机，打开操作测试软件，进入波形检测界面；(4)在操作面板中，根据需要调整好发射电压、发射脉冲宽度、T0时间、消除干扰时间、首波确认幅度、关门电压和接受增益，输入第一通道长度参数、第二通道长度参数和两通道的间距长度参数；(5)勾选0°、90°、180°、270°四个接收角度，并勾选双通道和连续采集功能，然后在工程创建功能中，新建一个工程名称，进入自动检测功能中开启定时检测并输入间隔时间；(6)点击开启自动按钮，则声波测定仪器系统开始进行自动采集数据，自动采集的数据会保存在新建的工程项目中；(7)一次实验结束后，取出一发双收换能器，然后进行数据处理；(8)进入操作测试软件的数据分析中，打开新建的工程项目，可以清晰地看到波形图、首波声时、首波幅度、首波频率、首波速度、时间长度数据；(9)根据超声波测定仪测得的实验数据，利用相对声幅法来评价实验中水泥环的固井胶结状况，计算公式为：U＝A/Afp*100％，式中：U为相对声幅值；A为目的井段声幅值，mv；Afp为自由井段声幅值，mv。步骤(1)中用于跟实验室内的固井模型配套使用，因为九根电缆线及下封头在接收探头的一端，要保证模拟钻井液在套管里时，必须用下封头把井口下段密封住，发射探头放在上面，接收探头放在下面便于实验及仪器(固井模型)操作。步骤(4)的发射电压主要是控制发射器的激励电压，根据不同的测量需求，产生相应合适的声波本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种室内模拟固井质量测量装置，其特征在于，包括：/n固井模型，包括井筒和套管，井筒和套管形成用于环形空腔，井筒和套筒的两端分别设有上封头和下封头；/n声波测定仪装置，包括超声波测定仪和安装在套筒内的联合换能器，其包括探杆、探杆上设有外周呈圆形的发射探头和外周呈圆形的第一接收探头和第二接收探头，第一接收探头有第一接收通道，第二接收探头有第二接收通道，所述第一接收通道和第二接收通道均设有若干个接收器；所述套管的内径与所述发射探头、第一接收探头和第二接收探头的外径相适配；超声波测定仪通过一发射器电缆和若干个接收器电缆分别与所述第一接收探头和第二接收探头相连；/n加压装置，其包括设置在井筒上的加压孔，所述加压孔通过管线与加压泵相连，加压泵与压力测量仪相连；/n控温保温装置，其包括设置在井筒外壁的加热结构，所述加热结构与温度控制仪相连。/n
【技术特征摘要】
1.一种室内模拟固井质量测量装置，其特征在于，包括：
固井模型，包括井筒和套管，井筒和套管形成用于环形空腔，井筒和套筒的两端分别设有上封头和下封头；
声波测定仪装置，包括超声波测定仪和安装在套筒内的联合换能器，其包括探杆、探杆上设有外周呈圆形的发射探头和外周呈圆形的第一接收探头和第二接收探头，第一接收探头有第一接收通道，第二接收探头有第二接收通道，所述第一接收通道和第二接收通道均设有若干个接收器；所述套管的内径与所述发射探头、第一接收探头和第二接收探头的外径相适配；超声波测定仪通过一发射器电缆和若干个接收器电缆分别与所述第一接收探头和第二接收探头相连；
加压装置，其包括设置在井筒上的加压孔，所述加压孔通过管线与加压泵相连，加压泵与压力测量仪相连；
控温保温装置，其包括设置在井筒外壁的加热结构，所述加热结构与温度控制仪相连。
2.根据权利要求1所述的室内模拟固井质量测量装置，其特征在于，所述井筒设置为上下两部分，上下两部分之间通过中间法兰盘连接，中间法兰盘与圆形旋转板连接。
3.根据权利要求1所述的室内模拟固井质量测量装置，其特征在于，所述加热结构包括套设在井筒外壁上的夹套，夹套内设有电热丝。
4.根据权利要求1所述的室内模拟固井质量测量装置，其特征在于，所述第一接收通道和第二接收通道的多个接收器之间均布排列。
5.根据权利要求1所述的室内模拟固井质量测量装置，其特征在于，所述第一接收通道和第二接收通道均设有4个接收器，4个接收器都是单片接收，每片间的间隔为90度，而每两片为一组180度相背而立，每组间距50mm。所述第一接收通道与发射探头之间的距离设为198mm，第二接收通道与发射探头之间的距离设为330mm，第一接收通道和第二接收通道的间距为132mm。
6.根据权利要求1所述的室内模...
【专利技术属性】
技术研发人员：步玉环，谭凌方，柳华杰，郭胜来，郭辛阳，田磊聚，
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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