【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于超声成像的多功能固井界面密封性能评价装置及评价方法，属于油气井工程固井。
技术介绍
1、在石油与天然气开采中，固井是其关键环节，油气井固井是指当钻井作业达到一定井深后，将油井水泥注入井下套管与地层之间的环形空间内，使水泥浆在设计的时间内凝结、固化，形成密封、完整、具有良好层间封隔能力的水泥环的过程。通常把套管-水泥环间的界面称为固井第一界面，把水泥环-地层间的界面称为固井第二界面。长期以来，固井界面问题是困扰石油工程界亟需解决的一个复杂性工程难题，它已严重制约了石油天然气勘探开发的效果与效益。固井水泥环密封性能不佳层间封隔能力降低或者失去层间封隔作用，将导致地层流体发生窜流及井口环空带压等影响，造成不可估量的后果。其中，造成层间窜流的主要原因是钻井过程中钻井液的滤失在井壁上形成了泥饼，固井时会由于泥饼的存在导致固井水泥浆与地层、套管界面不能紧密胶结形成一体，为地层流体的窜流提供了通道，导致固井水泥环封隔质量不好界面密封性能不佳等一系列问题。
2、因此，开展固井界面封固能力评价研究具有十分重要的意义。柳华杰设计了扰动条件下固井二界面胶结性能评价装置，采用圆环形岩心模拟地层，注入水泥浆，模拟形成固井二界面；顾军设计了固井二界面封隔能仿真评价装置，通过注入水/气测试当量渗透率评价二界面胶结质量；吉林油田提出固井界面胶结强度试验仪，采用不锈钢模拟套管，通过上下压头和环空加压，模拟井下压力条件下一界面形成过程；中海油天津分公司提出界面胶结防窜性能测试装置，通过向计量泵测试二界面的封固能力。但上述装置存在许
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于超声成像的多功能固井界面密封性能评价装置及评价方法，该装置可以模拟井下工况及固井二界面形成过程，确保界面状态与井下实际一致，评价结果更为精确，具有可视化实时监测与评价钻井液滤饼冲洗、固井界面水液气窜流、固井界面腐蚀等功能，对界面密封性能进行评价与测试。本专利技术可为测试固井界面密封性能提供更多数据支撑与理论依据，对固井界面封隔质量不好胶结强度不高等问题提供一定参考与指导。
2、本专利技术所提供的基于超声成像的多功能固井界面密封性能评价装置，包括釜体、滤饼压制系统、搅拌冲洗系统、窜流评价系统、超声波成像监测与评价系统；
3、所述釜体内设有岩心夹持器，用于放置岩心；
4、所述滤饼压制系统用于向所述釜体内施加压力，以使钻井液在所述岩心上形成滤饼；
5、所述搅拌冲洗系统模拟对所述滤饼的冲洗过程；
6、所述窜流评价系统模拟所述釜体内所述固井水泥浆养护成型过程中气侵、水侵和/或co2腐蚀对界面胶结的影响以及成型后的水泥环与所述岩心的界面的密封能力；
7、所述超声波成像监测与评价系统监测所述滤饼的形成情况、冲洗前后所述滤饼的变化、固井水泥浆本体及界面的扰动、腐蚀情况。
8、上述的固井界面密封性能评价装置中，所述釜体包括筒体以及与所述筒体的两端配合的上釜盖和下釜盖；
9、所述筒体的外壁上设有加热线圈；
10、所述釜体内设有一温度传感器，以监测所述釜体内的温度；
11、所述加热线圈和所述温度传感器均与采集控制系统连接。
12、上述的固井界面密封性能评价装置中，所述滤饼压制系统包括高压气瓶，所述高压气瓶通过管线与所述釜体的顶部连通，所述管线上设有高压阀门ⅰ和压力调节阀ⅰ。
13、上述的固井界面密封性能评价装置中，所述搅拌冲洗系统包括磁力搅拌电机和搅拌桨叶，所述磁力搅拌电机设于所述上釜盖上，所述搅拌浆叶设于所述釜体内；
14、所述磁力搅拌电机与所述采集控制系统连接。
15、优选地，所述搅拌浆叶上设有可拆卸调节的模拟泥饼刷头。
16、上述的固井界面密封性能评价装置中，所述窜流评价系统包括窜流源，所述窜流源通过管线a与所述釜体的底部连通，并延伸至水泥环与所述岩心的界面处；
17、所述管线a上设有高压阀门ⅱ和压力调节阀ⅱ；
18、所述釜体的顶部连通管线b，所述管线b上设有高精密气体流量计，所述高精密气体流量计与采集控制系统连接。
19、上述的固井界面密封性能评价装置中，所述超声波成像监测与评价系统包括连接的超声波探头和超声波成像仪；
20、所述超声波探头安置于所述岩心内。
21、在所述固井界面密封性能评价装置的基础上，本专利技术还提供了一种测试固井界面密封性能的方法，包括如下步骤：
22、s1、将岩心放置于所述岩心夹持器内，将所述超声波探头安装于所述岩心内，启动所述超声波成像仪，随后注入钻井液；
23、s2、加热所述釜体，并通过所述滤饼压制系统向所述釜体内的所述钻井液施加压力，使所述钻井液在所述岩心上形成滤饼，并利用所述超声波成像监测与评价系统监测所述滤饼的形成情况；
24、s3、形成所述滤饼后，将所述钻井液置换为前置液，启动所述搅拌冲洗系统，模拟井下条件冲洗所述滤饼的过程，并利用所述超声波成像监测与评价系统监测冲洗前后所述滤饼厚度的变化过程，实现对冲洗效率的评价；
25、s4、冲洗完成后，将所述前置液置换为固井水泥浆，进行养护成型，在养护成型过程中，利用所述窜流评价系统模拟气侵、水侵和/或co2腐蚀对界面胶结的影响，并利用所述超声波成像监测与评价系统评价固井水泥浆本体及界面的扰动、腐蚀情况；
26、s5、在水泥浆养护成型后，利用所述窜流评价系统，调节压力由低到高，向水泥环与所述岩心界面处通入特定压力的n2以测试界面的密封能力；
27、其中，当高精密气体流量计首次采集到气体通过后，此时的压力即为固井界面的防窜能力。
28、其中，步骤s3还包括利用所述搅拌桨叶上的所述可拆卸调节的模拟泥饼刷头模拟评价泥饼刷对钻井液滤饼的清除效果的步骤。
29、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
30、本专利技术装置能最大程度地反演井下工况与二界面形成过程，确保固井界面的状态与井下实际情况一致，可以模拟形成套管-水泥环-地层组合体，实现对二界面胶结强度的测试；同时具有多功能，包括前置液冲洗，利用可拆卸调节的模拟泥饼刷头进行泥饼清除效果的评价；同时利用中心带孔岩心内的超声波探头通过超声波成像仪实时监测与评价钻井液滤饼形成、前置液冲洗滤饼、水气窜流等过程，更加直观清晰。本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超声成像的多功能固井界面密封性能评价装置，包括釜体、滤饼压制系统、搅拌冲洗系统、窜流评价系统、超声波成像监测与评价系统；
2.根据权利要求1所述的固井界面密封性能评价装置，其特征在于：所述釜体包括筒体以及与所述筒体的两端配合的上釜盖和下釜盖；
3.根据权利要求1或2所述的固井界面密封性能评价装置，其特征在于：所述滤饼压制系统包括高压气瓶，所述高压气瓶通过管线与所述釜体的顶部连通，所述管线上设有高压阀门Ⅰ和压力调节阀Ⅰ。
4.根据权利要求2所述的固井界面密封性能评价装置，其特征在于：所述搅拌冲洗系统包括磁力搅拌电机和搅拌桨叶，所述磁力搅拌电机设于所述上釜盖上，所述搅拌浆叶设于所述釜体内；
5.根据权利要求4所述的固井界面密封性能评价装置，其特征在于：所述搅拌浆叶上设有可拆卸调节的模拟泥饼刷头。
6.根据权利要求2所述的固井界面密封性能评价装置，其特征在于：所述窜流评价系统包括窜流源，所述窜流源通过管线A与所述釜体的底部连通，并延伸至水泥环与所述岩心的界面处；
7.根据权利要求1-6中任一项所述的固井
8.一种测试固井界面密封性能的方法，采用权利要求1-7中任一项所述固井界面密封性能评价装置，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤S3还包括利用所述搅拌桨叶上的所述可拆卸调节的模拟泥饼刷头模拟评价泥饼刷对钻井液滤饼的清除效果的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声成像的多功能固井界面密封性能评价装置，包括釜体、滤饼压制系统、搅拌冲洗系统、窜流评价系统、超声波成像监测与评价系统；
2.根据权利要求1所述的固井界面密封性能评价装置，其特征在于：所述釜体包括筒体以及与所述筒体的两端配合的上釜盖和下釜盖；
3.根据权利要求1或2所述的固井界面密封性能评价装置，其特征在于：所述滤饼压制系统包括高压气瓶，所述高压气瓶通过管线与所述釜体的顶部连通，所述管线上设有高压阀门ⅰ和压力调节阀ⅰ。
4.根据权利要求2所述的固井界面密封性能评价装置，其特征在于：所述搅拌冲洗系统包括磁力搅拌电机和搅拌桨叶，所述磁力搅拌电机设于所述上釜盖上，所述搅拌浆叶设于所述釜体内；
5.根据权利要求4所述的固井界面密...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷志明，李中，张兴全，武治强，马英文，杨向前，郭华，任美鹏，岳家平，刘磊，王隽妍，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司，
类型：发明
国别省市：
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