一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法，该装置包含：密封浆杯、上端压力控制系统、下端微流量控制系统、温控系统、环空注排系统和计算机控制采集系统。其中，密封浆杯用于内盛装待测水泥浆；上端压力控制系统用于在待测水泥浆上端施加压力；下端微流量控制系统用于控制测试介质在待测水泥浆内部微渗流；温控系统用于对待测水泥浆加热测温；环空注排系统用于为密封浆杯内注排加热介质。本发明专利技术以微渗流方式监测水泥浆凝固过程中渗透率发展的过程，测试介质以微弱的流量渗过水泥浆，不影响水泥浆水化胶凝结构形成；测试介质使用配浆水，不影响水泥浆水化，能够模拟水泥浆在温度、压力下井筒中水化凝固。压力下井筒中水化凝固。压力下井筒中水化凝固。

【技术实现步骤摘要】
一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种动态渗透率测试装置，具体涉及一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法。

技术介绍

[0002]在固井施工过程中，水泥浆填充在套管与地层岩石之间的环形空间之中，凝固之后形成水泥环，主要作用是层间封隔，保护套管，延长井筒的使用寿命。水泥浆在注入环空后，经历从液态、液塑态到固态的水化凝结过程，在此期间水泥浆必须压稳地层防止地层气体及液体窜入，由于水泥浆存在“失重”，要求水泥浆的胶凝结构发展迅速，在浆柱压力降低的同时，水泥浆能快速形成结构降低渗透性，防止流体的窜入破坏水泥环，特别是气体的侵入。如果能测试水泥浆在凝固过程中渗透率的变化，将能有效预测气窜的风险，指导水泥浆防气窜材料的设计、防气窜水泥浆体系的调配以及防气窜固井工艺的优化，这对固井防气窜有重要的意义。
[0003]目前，已有部分专利探讨了固井后油井水泥渗透率的测试，例如，中国专利CN103512839A，公开了一种胶凝态水泥浆渗透率的测试方法，基于静胶凝强度、浆体滤失性能与渗透率之间的关系测定水泥浆的渗透率，该方法是一种间接测渗透率的方法，测试的是水泥浆液塑态某一段时间内的渗透率，但目前对于液态水泥浆的渗透率是否存在还具有争议。又如，中国专利CN209858395U(一种快速便捷的固井水泥石渗透率测试装置)、中国专利CN110954463A(CO2腐蚀后垂直腐蚀方向水泥石等效渗透率评价方法)、中国专利CN210803222U(一种水泥石渗透率物理检测装置)，以上几种装置原理与岩心渗透率测定原理相同，测试的仅是水泥凝固后的渗透率。因此，急需一种水泥渗透率动态测试装置，能够测定一定温度、压力条件下，测试水泥浆凝固过程中的渗透率变化，同时在测试过程中测试介质不能影响水泥浆水化及内部结构的形成。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法，解决了油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试的问题，能够模拟水泥浆在温度、压力下井筒中的凝固过程，有效地测试水泥浆凝固过程中渗透率的变化。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，该装置包含：密封浆杯，其包含两端均密封的内筒和外筒，且内筒和外筒均具有圆柱形空腔，外筒的内径大于内筒的内径，且内筒置于外筒内，内筒和外筒的中轴线处于同一位置处，内筒的外壁和外筒的内壁之间形成环形空间，内筒的空腔用于盛装待测水泥浆；上端压力控制系统，其与所述密封浆杯的上端连接，用于在待测水泥浆上端施加压力，其包含：上端压力施加接口、上端压力控制装置、传压介质供给容器和上端压力传感器，其中，所述上端压力施加接口的端部与内筒的上端相连通；所述传压介质供给容器内盛装有传压介质，传压介质供给容器和上端压力施加接口之间通过第一液压管线连通，且上端压力控制
装置设置在第一液压管线上，所述上端压力控制装置用于控制并稳定待测水泥浆上端面压力；所述上端压力控制装置和上端压力施加接口之间的管线上设置有第七阀门，所述传压介质供给容器和上端压力控制装置之间的管线上设置有第八阀门；所述上端压力传感器的信号采集端与上端压力控制装置连接，信号输出端与计算机控制采集系统连接；下端微流量控制系统，其与所述密封浆杯的下端连接，用于控制测试介质在待测水泥浆内部微渗流，其包含：下端微流量控制接口、下端压力传感器和下端微流量控制容器，其中，所述下端微流量控制接口的端部与内筒的下端相连通；所述下端微流量控制容器和下端微流量控制接口之间通过第二液压管线连通，该第二液压管线上设置有第六阀门，且所述下端微流量控制容器通过渗漏管线与外界空气连接；所述下端压力传感器的信号采集端与下端微流量控制容器连接，其信号输出端与计算机控制采集系统连接；所述下端微流量控制容器内沿其周向间隔设置有若干平行的滤芯，且若干滤芯的渗透率依次降低；温控系统，其用于对待测水泥浆加热测温，其包含：加热套、外耦温度传感器、内耦温度传感器、温度控制装置和加热介质，其中，所述加热套套置在外筒的外壁上；所述外耦温度传感器设置在加热套上；所述内耦温度传感器插置在待测水泥浆内；所述加热介质处于内筒的外壁和外筒的内壁之间形成环形空间内，加热介质分为升温介质和稳温介质，升温介质为升温阶段注入环形空间的介质流体，稳温介质为升温稳定后注入环形空间的介质，且所述升温介质的导热系数大于稳温介质的导热系数；所述内耦温度传感器、外耦温度传感器的信号输出端以及加热套均与温度控制装置连接，温度控制装置的信号输出端与计算机控制采集系统连接；环空注排系统，其与密封浆杯连接，用于为密封浆杯内注排加热介质，其包含：环空上端接口、环空下端接口、惰性气体瓶、升温介质供给容器和稳温介质供给容器，其中，所述环空上端接口设置在外筒的上端，与所述环形空间连通，并通过第一气体传输管线与惰性气体瓶连接；所述环空下端接口设置在外筒的下端，与所述环形空间连通，并通过第二气体传输管线后分流连接至升温介质供给容器和稳温介质供给容器，所述升温介质供给容器和稳温介质供给容器为并联关系，所述升温介质供给容器用于盛装升温介质，所述稳温介质供给容器用于盛装稳温介质，所述升温介质供给容器和稳温介质供给容器与第一气体传输管线汇流连接至惰性气体瓶；且，所述第二气体传输管线分流至升温介质供给容器的管线上设置有第三阀门，所述第二气体传输管线分流至稳温介质供给容器的管线上设置有第四阀门；所述升温介质供给容器与汇流点之间的管线上设置有第一阀门，所述稳温介质供给容器与汇流点之间的管线上设置有第二阀门，所述在环空上端接口与汇流点之间的第一气体传输管线上依次设置有第二三通阀和第五阀门，该第二三通阀的一个端口与大气连通；以及计算机控制采集系统，其与所述上端压力传感器的信号输出端、所述下端压力传感器的信号输出端和所述温度控制装置的信号输出端连接。
[0006]优选地，所述下端微流量控制容器在5～10MPa压力下的流量为0.01～0.005cm3/s。下端微流量控制容器内设置的若干平行的滤芯，沿下端微流量控制容器的轴向设置，渗透率逐级降低减压控流，满足流动不影响水泥浆的水化及结构的形成。
[0007]优选地，所述升温介质的导热系数为0.55～0.65W/m
·
K，所述稳温介质的导热系数为0.015～0.025W/m
·
K。
[0008]优选地，所述内筒和外筒的高度相一致，内筒和外筒的上端和下端分别通过顶盖和底座密封，顶盖和底座通过密封胶圈设置在与内筒和外筒接触的部位，并可拆卸地将顶
盖和底座固定在内筒和外筒的两端。
[0009]优选地，所述上端压力施加接口通过螺纹连接在顶盖上，且端部与内筒的上端相连通；所述下端微流量控制接口通过螺纹连接在底座上，且端部与内筒的下端相连通。
[0010]优选地，所述环空上端接口螺纹连接在顶盖上，与所述环形空间连通；所述环空下端接口通过螺纹连接在底座上，与所述环形空间连通。
[0011]优选地，所述上端压力施加接口、下端微流量控制接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，该装置包含：密封浆杯，其包含两端均密封的内筒(5)和外筒(4)，且内筒(5)和外筒(4)均具有圆柱形空腔，外筒(4)的内径大于内筒(5)的内径，且内筒(5)置于外筒(4)内，内筒(5)和外筒(4)的中轴线处于同一位置处，内筒(5)的外壁和外筒(4)的内壁之间形成环形空间，内筒(5)的空腔用于盛装待测水泥浆(6)；上端压力控制系统，其与所述密封浆杯的上端连接，用于在待测水泥浆(6)上端施加压力，其包含：上端压力施加接口(7)、上端压力控制装置(17)、传压介质供给容器(18)和上端压力传感器(21)，其中，所述上端压力施加接口(7)的端部与内筒(5)的上端相连通；所述传压介质供给容器(18)内盛装有传压介质，传压介质供给容器(18)和上端压力施加接口(7)之间通过第一液压管线连通，且上端压力控制装置(17)设置在第一液压管线上，所述上端压力控制装置(17)用于控制并稳定待测水泥浆(6)上端面压力；所述上端压力控制装置(17)和上端压力施加接口(7)之间的管线上设置有第七阀门(30)，所述传压介质供给容器(18)和上端压力控制装置(17)之间的管线上设置有第八阀门(31)；所述上端压力传感器(21)的信号采集端与上端压力控制装置(17)连接，信号输出端与计算机控制采集系统(20)连接；下端微流量控制系统，其与所述密封浆杯的下端连接，用于控制测试介质在待测水泥浆(6)内部微渗流，其包含：下端微流量控制接口(12)、下端压力传感器(22)和下端微流量控制容器(19)，其中，所述下端微流量控制接口(12)的端部与内筒(5)的下端相连通；所述下端微流量控制容器(19)和下端微流量控制接口(12)之间通过第二液压管线连通，该第二液压管线上设置有第六阀门(29)，且所述下端微流量控制容器(19)通过渗漏管线与外界空气连接；所述下端微流量控制容器(19)内沿其周向间隔设置有若干平行的滤芯，且若干滤芯的渗透率依次降低；所述下端压力传感器(22)的信号采集端与下端微流量控制容器(19)连接，其信号输出端与计算机控制采集系统(20)连接；温控系统，其用于对待测水泥浆(6)加热测温，其包含：加热套(3)、外耦温度传感器(10)、内耦温度传感器(8)、温度控制装置(16)和加热介质，其中，所述加热套(3)套置在外筒(4)的外壁上；所述外耦温度传感器(10)设置在加热套(3)上；所述内耦温度传感器(8)插置在待测水泥浆(6)内；所述加热介质处于内筒(5)的外壁和外筒(4)的内壁之间形成环形空间内，加热介质分为升温介质和稳温介质，升温介质为升温阶段注入环形空间的介质流体，稳温介质为升温稳定后注入环形空间的介质，且所述升温介质的导热系数大于稳温介质的导热系数；所述内耦温度传感器(8)、外耦温度传感器(10)的信号输出端以及加热套(3)均与温度控制装置(16)连接，温度控制装置(16)的信号输出端与计算机控制采集系统(20)连接；环空注排系统，其与密封浆杯连接，用于为密封浆杯内注排加热介质，其包含：环空上端接口(9)、环空下端接口(11)、惰性气体瓶(13)、升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)，其中，所述环空上端接口(9)设置在外筒(4)的上端，与所述环形空间连通，并通过第一气体传输管线与惰性气体瓶(13)连接；所述环空下端接口(11)设置在外筒(4)的下端，与所述环形空间连通，并通过第二气体传输管线后分流连接至升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)，所述升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)为并联关系，所述升温介质供给容器(14)用于盛装升温介质，所述稳温介质供给容器(15)用于盛装
稳温介质，所述升温介质供给容器(14)和稳温介质供给容器(15)与第一气体传输管线汇流连接至惰性气体瓶(13)；且，所述第二气体传输管线分流至升温介质供给容器(14)的管线上设置有第三阀门(26)，所述第二气体传输管线分流至稳温介质供给容器(15)的管线上设置有第四阀门(27)；所述升温介质供给容器(14)与汇流点之间的管线上设置有第一阀门(24)，所述稳温介质供给容器(15)与汇流点之间的管线上设置有第二阀门(25)，所述在环空上端接口(9)与汇流点之间的第一气体传输管线上依次设置有第二三通阀(33)和第五阀门(28)，该第二三通阀(33)的一个端口与大气连通；以及计算机控制采集系统，其与所述上端压力传感器(21)的信号输出端、所述下端压力传感器(22)的信号输出端和所述温度控制装置(16)的信号输出端连接。2.根据权利要求1所述的油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置，其特征在于，所述内筒(5)和外筒(4)的高度相一致，内筒(5)和外筒(4)的上端和下端分别通过顶盖(1)和底座(2)密封，顶盖(1)和底座(2)通过密封胶圈设置在与内筒(5)和外筒(4)接触的部位，并可拆卸地将顶盖(1)和底座(2)固定在内筒(5)和外筒(4)的两端。3.根据权利要求2所述的油气井水泥浆凝固...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，宋伟涛，李早元，黄盛，孙劲飞，苏东华，吴旭宁，李进，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：