一种用于测试井筒密封完整性的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于测试井筒密封完整性的系统及方法，包括：密封测试装置，其用于在对井筒环空进行密封后，实施用于模拟井筒复杂工作条件的气窜现象测试；应变采集装置，其用于在实施气窜现象测试过程中，同步采集表征井筒各组成部位处在不同方向下的应力变化特征的光纤反馈信号；解调处理装置，其与应变采集装置通过光纤线缆连接，用于接收光纤反馈信号并进行解调，而后确定各组成部位在不同方向下对应的动态应力数据；密封分析装置，其用于根据动态应力数据，对产生当前气窜现象的密封失效机理进行分析。本发明专利技术能够实时连续且精确的测量井筒多向多点应变和温度变化等参数，监测和评价井筒在各种复杂条件下的密封完整性。和评价井筒在各种复杂条件下的密封完整性。和评价井筒在各种复杂条件下的密封完整性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于测试井筒密封完整性的系统及方法


[0001]本专利技术涉及井筒参数测试
，尤其是涉及一种用于测试井筒密封完整性的系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来非常规油气的开发成为了国内石油行业开发的热点，由于非常规油气(页岩油、页岩气、致密砂岩油、致密砂岩气等)属于低孔低渗储层，需要采用大型水力压裂才能实现经济有效开采。压裂施工荷载使得井筒承受交变应力，可能造成水泥环和套管损伤，引起密封失效，导致层间气窜和环空带压等现象，从而影响油气的安全和高效生产。储气库在天然气用量调峰中起到重要作用，而储气库周期性的强注强采也给储气库井筒带来的循环荷载以及温度变化引起的温度应力，可能破坏井筒的完整性，导致采出率降低。因此，准确的测试实际复杂工况条件下油气井筒的参数以及评价井筒的密封完整性，对研究井筒在复杂应力下的密封失效机理，从而提出改善措施提供科学的依据和指导是至关重要的。
[0003]为了评价井筒的密封完整性，近年来，各研究机构设计了水泥环密封性评价装置。这些装置可以测试水泥环的密封完整性现象和规律，但却法精确测试复杂条件下井筒的各种参数，从而准确评价和判定井筒的损伤。即使有些装置对于油气井筒参数的测试，通常采用在井壁和套管表面粘贴应变片的方式，但电阻应变片不抗高温、易受环境的影响，布设困难，一条线上仅能布置一个应变片，且电缆线尺寸大，易影响模拟井筒的受力，可能产生测点失效和数据不可靠等缺点。因而，目前缺乏针对油气井筒在复杂应力条件下的精确测试方案。
[0004]因此，现有技术需要开发一种油气井筒参数测试实验仪器和方法，可精确测试模拟井筒在复杂条件下的参数，用来评价井筒的密封完整性等。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于测试井筒密封完整性的系统，包括：密封测试装置，其用于在对井筒环空进行密封后，实施用于模拟井筒复杂工作条件的气窜现象测试；应变采集装置，其用于在实施气窜现象测试过程中，同步采集表征井筒各组成部位处在不同方向下的应力变化特征的光纤反馈信号；解调处理装置，其与所述应变采集装置通过光纤线缆连接，用于接收所述光纤反馈信号并进行解调，而后确定各组成部位在不同方向下对应的动态应力数据；密封分析装置，其用于根据所述动态应力数据，对产生当前气窜现象的密封失效机理进行分析。
[0006]优选地，所述应变采集装置包括：设置在套管外壁处的套管第一周向传感器组、套管第二周向传感器组和套管轴向传感器组，其中，所述套管第一周向传感器组内的各传感器位于套管中部并沿周向方向间隔分布，所述套管第二周向传感器组内的各传感器位于套管端部并沿周向方向间隔分布，所述套管轴向传感器组内的各传感器沿套管的轴向方向间隔分布；设置在外筒外壁处的外筒第一周向传感器组、外筒第二周向传感器组和外筒轴向
传感器组，其中，所述外筒第一周向传感器组内的各传感器位于外筒中部并沿周向方向间隔分布，所述外筒第二周向传感器组内的各传感器位于外筒端部并沿周向方向间隔分布，所述外筒轴向传感器组内的各传感器沿外筒的轴向方向间隔分布；以及设置在环空支架处的环空周向传感器组、环空径向传感器组和环空轴向传感器组，其中，所述环空周向传感器组位于环空支架圆盘处并沿圆盘的周向方向间隔分布，所述环空径向传感器组位于环空支架圆盘处并沿圆盘的指定径向方向间隔分布，所述环空轴向传感器组位于环空支架腿部处并沿环空的轴向方向间隔分布。
[0007]优选地，所述应变采集装置内的各传感器为光纤光栅压力传感器，其中，每组传感器组通过与当前传感器组相对应的光纤线缆将组内各压力传感器进行测点标定。
[0008]优选地，所述解调处理装置，其还用于在实施基于温度变化的气窜现象测试时，分别接收从所述应变采集装置内表征不同位置和方向组合条件的各传感器组所传输的所述光纤反馈信号，并进行解调，得到井筒不同位置和方向组合条件下对应的所述动态应力数据；所述密封分析装置，其还用于根据不同光纤通道对应的动态应力数据，判断各组合条件的应力是否达到相应位置的极限强度，从而确定当前井筒密封失效的原因，以将当前测试对应的气窜数据、不同光纤通道的动态应力数据、以及密封失效原因进行关联，用来形成所述资料，其中，密封失效原因为界面结交破坏或强度破坏。
[0009]优选地，所述密封分析装置，其还用于在检测出发生强度破坏的情况下，通过对达到极限强度的应力采集位置进行应力方向识别，来明确强度破坏的具体类型，以将当前测试对应的气窜数据、不同光纤通道的动态应力数据、密封失效原因、以及强度破坏具体类型进行关联，用来形成所述资料。
[0010]优选地，所述系统还包括：温度采集装置，其用于在实施气窜现象测试过程中，同步采集表征井筒各组成部位处的温度变化特征的光纤反馈信号。
[0011]优选地，所述温度采集装置包括：设置在套管中部的套管温度传感器组；设置在外筒中部的外筒温度传感器组；以及设置在环空支架圆盘处的环空温度传感器组，其中，所述温度采集装置内的各传感器为光纤光栅温度传感器，其中，每组传感器组通过与当前传感器组相对应的光纤线缆将组内各温度传感器进行测点标定。
[0012]优选地，所述解调处理装置，其还用于在实施包含压力变化的气窜现象测试时，分别接收从所述温度采集装置内表征不同部位的各传感器组所传输的所述光纤反馈信号并进行解调，得到井筒不同位置对应的所述动态温度数据，以及分别接收从所述应变采集装置内表征不同位置和方向组合条件的各传感器组所传输的所述光纤反馈信号并进行解调，得到井筒不同位置和方向组合条件下对应的所述动态应力数据；所述密封分析装置，其还用于根据不同光纤通道对应的动态温度数据和不同光纤通道对应的动态应力数据，对所述不同光纤通道对应的动态应力数据进行校正，以滤除所测得的应力数据中由于温度变化引发的第一类应力变化特征，从而利用校正后的动态应力数据分析当前气窜现象的密封失效机理。
[0013]另一方面，本专利技术还提供了一种用于测试井筒密封完整性的方法，所述方法利用如上述所述的系统来实现，所述方法包括：部署应变采集装置；对井筒环空进行密封，而后实施用于模拟井筒复杂工作条件的气窜现象测试；在实施气窜现象测试过程中，同步采集表征井筒各组成部位处在不同方向下的应力变化特征的光纤反馈信号；通过光纤线缆接收
所述光纤反馈信号并进行解调，而后确定各组成部位在不同方向下对应的动态应力数据；根据所述动态应力数据，对产生当前气窜现象的密封失效机理进行分析。
[0014]优选地，所述方法还包括：在实施基于温度变化的气窜现象测试时，分别接收表征不同位置和方向组合条件的各传感器组所传输的所述光纤反馈信号，并进行解调，得到井筒不同位置和方向组合条件下对应的所述动态应力数据；根据不同光纤通道对应的动态应力数据，判断各组合条件的应力是否达到相应位置特征的极限强度，从而确定当前井筒密封失效的原因，以将当前测试对应的气窜数据、不同光纤通道的动态应力数据、以及密封失效原因进行关联形成所述资料，其中，密封失效原因为界面结交破坏或强度破坏。
[0015]与现有技术相比，上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测试井筒密封完整性的系统，包括：密封测试装置，其用于在对井筒环空进行密封后，实施用于模拟井筒复杂工作条件的气窜现象测试；应变采集装置，其用于在实施气窜现象测试过程中，同步采集表征井筒各组成部位处在不同方向下的应力变化特征的光纤反馈信号；解调处理装置，其与所述应变采集装置通过光纤线缆连接，用于接收所述光纤反馈信号并进行解调，而后确定各组成部位在不同方向下对应的动态应力数据；密封分析装置，其用于根据所述动态应力数据，对产生当前气窜现象的密封失效机理进行分析。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应变采集装置包括：设置在套管外壁处的套管第一周向传感器组、套管第二周向传感器组和套管轴向传感器组，其中，所述套管第一周向传感器组内的各传感器位于套管中部并沿周向方向间隔分布，所述套管第二周向传感器组内的各传感器位于套管端部并沿周向方向间隔分布，所述套管轴向传感器组内的各传感器沿套管的轴向方向间隔分布；设置在外筒外壁处的外筒第一周向传感器组、外筒第二周向传感器组和外筒轴向传感器组，其中，所述外筒第一周向传感器组内的各传感器位于外筒中部并沿周向方向间隔分布，所述外筒第二周向传感器组内的各传感器位于外筒端部并沿周向方向间隔分布，所述外筒轴向传感器组内的各传感器沿外筒的轴向方向间隔分布；以及设置在环空支架处的环空周向传感器组、环空径向传感器组和环空轴向传感器组，其中，所述环空周向传感器组位于环空支架圆盘处并沿圆盘的周向方向间隔分布，所述环空径向传感器组位于环空支架圆盘处并沿圆盘的指定径向方向间隔分布，所述环空轴向传感器组位于环空支架腿部处并沿环空的轴向方向间隔分布。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述应变采集装置内的各传感器为光纤光栅压力传感器，其中，每组传感器组通过与当前传感器组相对应的光纤线缆将组内各压力传感器进行测点标定。4.根据权利要求1～3中任一项所述的系统，其特征在于，所述解调处理装置，其还用于在实施基于温度变化的气窜现象测试时，分别接收从所述应变采集装置内表征不同位置和方向组合条件的各传感器组所传输的所述光纤反馈信号，并进行解调，得到井筒不同位置和方向组合条件下对应的所述动态应力数据；所述密封分析装置，其还用于根据不同光纤通道对应的动态应力数据，判断各组合条件的应力是否达到相应位置的极限强度，从而确定当前井筒密封失效的原因，以将当前测试对应的气窜数据、不同光纤通道的动态应力数据、以及密封失效原因进行关联，用来形成所述资料，其中，密封失效原因为界面结交破坏或强度破坏。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述密封分析装置，其还用于在检测出发生强度破坏的情况下，通过对达到极限强度的应力采集位置进行应力方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘仍光，陶谦，曾敏，高元，刘奎，李小江，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：