一种井筒系统双轴加载试验装置及评价方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种井筒系统双轴加载试验装置及其评价方法，属于钻井领域，通过改变水泥浇筑方式实现不能储层特性的模拟，第一导轨和第二导轨，有利于将浇筑好的刚性套筒移动到双轴外挤工装，采用第一外挤试验缸、第二外挤试验缸、第三外挤试验缸和第四外挤试验缸施加载荷，液压缸沿套管轴向施加载荷，配合第二环境模拟层，能够模拟不同地应力工况下套管

【技术实现步骤摘要】
一种井筒系统双轴加载试验装置及评价方法


[0001]本专利技术属于钻井领域，具体涉及一种井筒系统双轴加载试验装置及评价方法。

技术介绍

[0002]页岩储层孔隙裂隙发育，目前国内外页岩油气井高效开采手段均采用高参数多段水力压裂工艺(Pmax＝140MPa、排量14m3/min、单段注液量2000m3)，高参数水力压裂导致页岩储层孔隙裂隙发生剪切错动，近井筒地应力重新分布促使非均匀性增强，导致套管发生非均匀外挤变形。西南油气田长宁、威远区块高参数水力压裂非均匀外挤致套变占比超过80％，国内外主要油气田将套管均匀抗挤强度指标作为套管选用的主要衡量指标，误差较大。针对套管在非均匀外挤载荷工况下的评价方法，国内外专家学者主要通过数值仿真模拟方法采用椭圆形载荷方式，无法验证其计算结果的精度。ZL201810002596.7提出了采用机械加载的方式实现套管的非均匀外挤承载能力评价方法，但其未考虑地层载荷的各向异性和水泥环对非均匀载荷的影响。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种井筒系统双轴加载试验装置及评价方法，通过该装置可模拟套管
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水泥环系统在非均匀载荷工况下的承载特性，为套变控制技术和井筒完整性提供技术支撑，能够有效解决井下不同岩性、不同温度、不同压力工况套管
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水泥环系统承载特性，保障井筒完整性，有效控制井筒失效概率的问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]本专利技术公开的一种井筒系统双轴加载试验装置，包括：第一主机框架、第二主机框架、液压缸、第一导轨、第二导轨、套管和双轴外挤工装；第一主机框架和第二主机框架之间设置有第一导轨和第二导轨，双轴外挤工装设置在第一导轨、第二导轨上，套管穿过双轴外挤工装连接第一主机框架和第二主机框架，液压缸设置在第二主机框架上；
[0006]所述双轴外挤工装包括：第一外挤试验缸、第二外挤试验缸、第三外挤试验缸、第四外挤试验缸、水泥环、第二环境模拟层和刚性套筒；第一外挤试验缸、第二外挤试验缸、第三外挤试验缸和第四外挤试验缸设置在刚性套筒上，水泥环设置在套管外部，第二环境模拟层设置在水泥环外部，水泥环和第二环境模拟层均设置在刚性套筒内部。
[0007]优选地，所述第一主机框架上开设有用于固定套管的盲孔。
[0008]优选地，所述刚性套筒包括：刚性盒外部套筒、若干个第三导轨和若干个刚性盒可滑动挡板；第三导轨设置在刚性盒外部套筒上，刚性盒可滑动挡板设置在第三导轨上，第一外挤试验缸、第二外挤试验缸、第三外挤试验缸和第四外挤试验缸均连接刚性盒可滑动挡板。
[0009]优选地，所述第三导轨沿套管径向设置在刚性盒外部套筒上。
[0010]优选地，套管穿过刚性盒外部套筒并通过半式法兰盘固定。
[0011]优选地，所述刚性套筒的尺寸>1000mm。
[0012]优选地，所述套管设置于刚性套筒的中央位置。
[0013]优选地，所述第一外挤试验缸和第三外挤试验缸施加的力大小相等，第二外挤试验缸和第四外挤试验缸施加的力大小相等。
[0014]本专利技术还公开了一种井筒系统双轴加载试验装置的评价方法，包括：
[0015]步骤一：试样制备，将套管放置于刚性套筒中央位置并固定，根据现场工况地层和水泥环力学性能参数，浇筑刚性套筒内的水泥环和第二环境模拟层；
[0016]步骤二：试样安装，将浇筑好的刚性套筒移动到双轴外挤工装中；
[0017]步骤三：非均匀外挤加载试验，试样安装并进行初步调试后，第一外挤试验缸、第二外挤试验缸、第三外挤试验缸和第四外挤试验缸均施加载荷。
[0018]优选地，步骤三中第一外挤试验缸施加载荷为最大水平主应力P1；第二外挤试验缸施加载荷为最小水平主应力P2；第三外挤试验缸施加载荷为最大水平主应力P3；第四外挤试验缸施加载荷为最小水平主应力P4。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术公开了一种井筒系统双轴加载试验装置，其中通过改变水泥浇筑方式实现不能储层特性的模拟，第一导轨和第二导轨，有利于将浇筑好的刚性套筒移动到双轴外挤工装，采用第一外挤试验缸、第二外挤试验缸、第三外挤试验缸和第四外挤试验缸施加载荷，液压缸沿套管轴向施加载荷，配合第二环境模拟层，能够模拟不同地应力工况下套管
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水泥环系统服役状态。因此，本专利技术所述井筒系统双轴加载试验装置能够有效解决套管优选、固井工艺优化和井筒完整性控制等的问题。
[0021]进一步地，第一主机框架上开设有用于固定套管的盲孔，有利于固定套管。
[0022]进一步地，刚性盒外部套筒上设置第三导轨使得刚性盒可滑动挡板可沿导轨移动，进而实现移动载荷的施加，能够模拟不同地应力工况下套管
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水泥环系统服役状态。
[0023]进一步地，第三导轨沿套管径向设置在刚性盒外部套筒上，有利于模拟施加径向载荷。
[0024]进一步地，套管穿过刚性盒外部套筒并通过半式法兰盘与刚性盒外部套筒固定，保证试验过程中刚性套筒的密封性，避免试验过程中水泥小块掉落，影响试验效果。
[0025]进一步地，所述刚性套筒的尺寸>1000mm，保证边界加载对套管没有影响。
[0026]进一步地，套管设置于刚性套筒的中央位置，有利于测试结果的准确性，且能更好的模拟井下的实际环境和载荷工况。
[0027]进一步地，所述第一外挤试验缸和第三外挤试验缸施加的力大小相等，第二外挤试验缸和第四外挤试验缸施加的力大小相等，有利于操作方便的同时更准确的模拟井下储层两向主应力，即最大水平主应力和最小水平主应力。
[0028]本专利技术还公开了一种井筒系统双轴加载试验装置的评价方法，通过实时测试数据，能够确定套管服役状态，采用全尺寸模拟实验方法确定套管
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水泥环系统工况非均匀承载特性，为套管设计选用提供技术支撑。采用远场应力传递到地层，再作用到套管
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水泥环系统，避免了机械加载直接作用到套管上导致的应力集中效应，测试结果更准确；考虑了岩层层理裂隙存在对套管非均匀承载特性确定的影响，同时，可加载温度和内压载荷，较为准确的模拟套管井下服役工况。
附图说明
[0029]图1为本专利技术所述一种井筒系统双轴加载试验装置的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术中非均匀外挤施加工装结构示意图；
[0031]图3为本专利技术中刚性套筒的正视图；
[0032]图4为本专利技术中刚性套筒与套管连接半式法兰盘的侧视图。
[0033]其中：1
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第一主机框架；2
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第二主机框架；3
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液压缸；4
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第一导轨；5
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第二导轨；6
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套管；7
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双轴外挤工装；8
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井筒系统双轴加载试验装置，其特征在于，包括：第一主机框架(1)、第二主机框架(2)、液压缸(3)、第一导轨(4)、第二导轨(5)、套管(6)和双轴外挤工装(7)；第一主机框架(1)和第二主机框架(2)之间设置有第一导轨(4)和第二导轨(5)，双轴外挤工装(7)设置在第一导轨(4)、第二导轨(5)上，套管(6)穿过双轴外挤工装(7)连接第一主机框架(1)和第二主机框架(2)，液压缸(3)设置在第二主机框架(2)上；所述双轴外挤工装(7)包括：第一外挤试验缸(8)、第二外挤试验缸(9)、第三外挤试验缸(10)、第四外挤试验缸(11)、水泥环(12)、第二环境模拟层(13)和刚性套筒(14)；第一外挤试验缸(8)、第二外挤试验缸(9)、第三外挤试验缸(10)和第四外挤试验缸(11)设置在刚性套筒(14)上，水泥环(12)设置在套管(6)外部，第二环境模拟层(13)设置在水泥环(12)外部，水泥环(12)和第二环境模拟层(13)均设置在刚性套筒(14)内部。2.根据权利要求1所述的一种井筒系统双轴加载试验装置，其特征在于，所述第一主机框架(1)上开设有用于固定套管(6)的盲孔。3.根据权利要求1所述的一种井筒系统双轴加载试验装置，其特征在于，所述刚性套筒(14)包括：刚性盒外部套筒(15)、若干个第三导轨(16)和若干个刚性盒可滑动挡板(17)；第三导轨(16)设置在刚性盒外部套筒(15)上，刚性盒可滑动挡板(17)设置在第三导轨(16)上，第一外挤试验缸(8)、第二外挤试验缸(9)、第三外挤试验缸(10)和第四外挤试验缸(11)均连接刚性盒可滑动挡板(17)。4.根据权利要求3所述的一种井筒系统双...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨尚谕，韩礼红，王建军，
申请(专利权)人：中国石油集团工程材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：