本实用新型专利技术提供了一种水泥浆防气窜能力测试装置。该装置包括：测试管柱，所述测试管柱沿纵向方向延伸；第一流体注入机构，所述第一流体注入机构连通到所述测试管柱的下端，用于向所述测试管柱内注入前置流体和水泥浆；第二流体注入机构，所述第二流体注入机构连通到所述测试管柱的下端，用于向所述测试管柱内注入测试气体；以及集气机构，所述集气机构连通到所述测试管柱的上端，用于接收穿过所述测试管柱的测试气体。柱的测试气体。柱的测试气体。
【技术实现步骤摘要】
水泥浆防气窜能力测试装置
[0001]本技术涉及油气井开发
，具体涉及一种水泥浆防气窜能力测试装置。
技术介绍
[0002]在油气井的固井过程中及之后，如果井下存在高压气层，则很容易出现气窜的问题。气窜问题、尤其是固井过程中早期的气窜问题长久以来一直是石油工业中最为棘手的难题之一。
[0003]固井早期的气窜问题的原因主要在于两个方面，其一为产生气窜的驱动力，其二为形成气窜通道。
[0004]气窜驱动力方面的原因主要是因水泥失重而导致的环空压力下降。伴随着水泥水化反应的进一步深入，水泥浆本身具有越来越高的胶凝强度，从而会分担部分水泥浆原有的静液柱压力。这会导致水泥结构内孔隙压力的下降。此外，水泥浆进入环空后，其中的自由水不断地向地层滤失，并且水泥浆水化反应的进行会导致水化产物体积较原有的水泥浆体系体积减小。上述失水、体积收缩等现象的发生会进一步导致水泥浆孔隙压力的降低。水泥浆孔隙压力的降低则又会导致地层压力与水泥浆压力之间产生了压力差，该压力差即为固井早期气窜的驱动力。
[0005]形成气窜通道的原因是多种多样，包括漏失、自由流体、化学收缩以及水泥浆自身的孔隙结构等。水泥浆自身空隙结构被认为是最为重要的气窜通道之一。水泥浆在进入水化阶段后便从一种纯液态逐渐转变为一种具有孔隙结构的胶凝态物质。这时候，水泥浆还未形成致密的网状结构，本身存在着微孔隙，这为固井早期气窜提供了通道。然而，伴随着水化反应的深入进行，水泥浆逐渐转化为固态的水泥石，此时其内部的空隙才会被逐渐关闭并阻止气窜的进一步发生。在水泥浆的水化过程中，地层气体在压力差的作用下会窜入水泥的微孔隙中，进而使得环空中的水泥环的整体性受到影响。这会严重降低水泥石的强度，影响固井水泥胶结的质量。此外，如果气窜问题更为严重的话，会诱发环空带压的问题，甚至可能导致井喷事故的发生，造成巨大的人员伤亡和财产损失。
[0006]尽管气窜问题受到本领域技术人员的广泛关注。然而，目前本领域还不存在一种能够准确模拟气窜过程、有助于技术人员有效掌握气窜规律的实验装置和方法。
技术实现思路
[0007]针对如上所述的技术问题，本技术提出了一种水泥浆防气窜能力测试装置，用于使技术人员能够有效地测试和掌握水泥浆的防气窜性能，以利于对实际的固井作业进行指导。
[0008]根据本技术提供了一种水泥浆防气窜能力测试装置，包括：测试管柱，所述测试管柱沿纵向方向延伸；第一流体注入机构，所述第一流体注入机构连通到所述测试管柱的下端，用于向所述测试管柱内注入前置流体和水泥浆；第二流体注入机构，所述第二流体
注入机构连通到所述测试管柱的下端，用于向所述测试管柱内注入测试气体；以及集气机构，所述集气机构连通到所述测试管柱的上端，用于接收穿过所述测试管柱的测试气体。
[0009]通过使用上述装置来进行测试，能够有效模拟水泥浆的驱替和固化过程，并在此过程中，通过向测试管柱中注入测试气体并在另一侧进行收集定量，能够有效得知水泥浆的防气窜能力。这有利于作业人员有效地掌握特定的水泥浆在相应的环境状态下是否使用，并由此对实际的固井作业具有指导作用。
[0010]在一个实施例中，所述测试管柱的下端包括纵向向下开设的第一入口以及横向开设的第二入口，所述第二入口位于所述第一入口的上方，所述第一流体注入机构连通到所述第一入口，所述第二流体注入机构连通到所述第二入口，其中，在所述第二入口处设置有水泥浆阻挡件，所述水泥浆阻挡件构造为用于防止水泥浆流入所述第二流体注入机构，所述水泥浆阻挡件构造为筛网。
[0011]在一个实施例中，所述第二流体注入机构包括：注气泵，所述注气泵构造为用于驱动所述测试气体流向所述第二入口；单向阀，所述单向阀连接在所述注气泵与所述第二入口的之间，用于防止流体沿从所述第二入口向所述单向阀的方向流动。
[0012]在一个实施例中，所述集气机构包括纵向延伸的收集容器，连接在所述收集容器的下端与所述测试管柱的上端之间的进气阀，以及连接在所述收集容器的上端处的出气阀；其中，所述收集容器至少部分构造为透明的，并沿纵向设置有计量刻度。
[0013]在一个实施例中，装置还包括外接管线，所述外接管线的第一端连通到所述测试管柱，第二端连通到环境。
[0014]在一个实施例中，所述外接管线的第一端在纵向上位于所述测试管柱的上端之下一段距离。
[0015]在一个实施例中，所述外接管线的第一端从所述测试管柱的上端向下延伸到所述测试管柱内，使得所述第一端在纵向上位于所述测试管柱的上端之下一段距离。
[0016]在一个实施例中，所述外接管线的长度足以阻止测试气体进入到所述外接管线内。
[0017]在一个实施例中，装置还包括第一释放阀，所述第一释放阀在所述测试管柱的上端与所述外接管线的第一端之间连通到所述测试管柱。
[0018]在一个实施例中，装置还包括：恒温机构，所述恒温机构构造为用于将所述测试管柱内的温度保持在预定范围内；以及恒压机构，所述恒压机构构造为用于将所述测试管柱内的压力保持在预定范围内。
附图说明
[0019]下面将参照附图对本技术进行说明。
[0020]图1是根据本技术的水泥浆防气窜能力测试装置的结构示意图。
[0021]图2显示了图1中的水泥浆防气窜能力测试装置中的集气机构的结构示意图。
[0022]图3显示了图1中的水泥浆防气窜能力测试装置中的恒压机构的结构示意图。
[0023]图4至图7显示了使用图1中的水泥浆防气窜能力测试装置来进行防气窜能力测试的示意性过程。
[0024]图8显示了凝胶强度和气窜量相对于时间的曲线图。
[0025]图9显示了气窜量相对于凝胶强度的曲线图。
[0026]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本技术的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
[0027]下面通过附图来对本技术进行介绍。
[0028]图1示意性地显示了根据本技术的一个实施例的水泥浆防气窜能力测试装置(以下简称为“装置”)1的整体结构。
[0029]装置1包括纵向延伸的测试管柱10。测试管柱10具有下端11和上端12。在图1所示的优选实施例中，测试管柱10优选地具有一个或多个沿纵向方向间隔开布置在下端11与上端12之间的缩颈部13，以便更加真实地模拟裸眼地层的环境。另外，测试管柱10的下端11构造有纵向向下开设的第一入口11A以及横向开设的第二入口11B，以分别用于连接下文所述的第一流体注入机构和第二流体注入机构70。该第二入口11B位于第一入口11A的纵向上方。
[0030]装置1包括第一流体注入机构。该第一流体注入机构包括注入泵80以及连接在注入泵80与上述第一入口11A之间的注入阀130。注入泵80可用于将前置流体(例如，水)和水泥浆泵送向测试管柱10。注入阀130可用于控制注入泵 80泵送的流体是否能流向第本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水泥浆防气窜能力测试装置，其特征在于，包括：测试管柱，所述测试管柱沿纵向方向延伸；第一流体注入机构，所述第一流体注入机构连通到所述测试管柱的下端，用于向所述测试管柱内注入前置流体和水泥浆；第二流体注入机构，所述第二流体注入机构连通到所述测试管柱的下端，用于向所述测试管柱内注入测试气体；以及集气机构，所述集气机构连通到所述测试管柱的上端，用于接收穿过所述测试管柱的测试气体。2.根据权利要求1所述的水泥浆防气窜能力测试装置，其特征在于，所述测试管柱的下端包括纵向向下开设的第一入口以及横向开设的第二入口，所述第二入口位于所述第一入口的上方，所述第一流体注入机构连通到所述第一入口，所述第二流体注入机构连通到所述第二入口，其中，在所述第二入口处设置有水泥浆阻挡件，所述水泥浆阻挡件构造为用于防止水泥浆流入所述第二流体注入机构，所述水泥浆阻挡件构造为筛网。3.根据权利要求2所述的水泥浆防气窜能力测试装置，其特征在于，所述第二流体注入机构包括：注气泵，所述注气泵构造为用于驱动所述测试气体流向所述第二入口；单向阀，所述单向阀连接在所述注气泵与所述第二入口的之间，用于防止流体沿从所述第二入口向所述单向阀的方向流动。4.根据权利要求1或2所述的水泥浆防气窜能力测试装置，其特征在于，所述集气机构包括纵向延伸的收集容器，连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋荣荣，曹强，于海叶，孙宝江，朱焕刚，李晓，公培斌，王树江，赵鹏，王志远，王雪瑞，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，
类型：新型
国别省市：
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