【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气井工程固井，具体涉及一种套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价装置及评价方法
技术介绍
1、固井是通过向井内下放套管，并向井眼与套管之间的环形空间注入水泥来实现的施工过程，其主要目的是保护和支撑油气井内的套管。固井作业后，充填环空内的水泥浆凝结固化形成的水泥环，具有悬挂套管、封隔地层、防止油气水窜、延长套管寿命的作用，是确保后续安全钻井、开采的关键技术。
2、然而，水泥自身具有易收缩和脆性，与水混合搅拌以后立即发生一系列复杂的水化反应。反应生成的产物体积总是小于水化前的总体积，体积收缩率可高达5％，导致套管和水泥环之间出现微间隙；其次钻井液在套管上形成的液膜影响水泥的水化，使得内套管和水泥环的胶结面形成疏松段进而产生微间隙。微间隙是导致水泥环失效的主要原因之一，为解决这一问题，向微间隙中注入封堵剂被认为是一种有效的措施。
3、综合分析目前可用的测试装置和方法，特别是针对套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价装置，可以看出几种不同的装置模拟了挤注封堵剂条件下固井水泥环微间隙进入能力的评价方法，可以研究封堵剂的进入能力，以及挤注压力对封堵剂在固井水泥环微间隙中封堵质量和效果的影响。然而，这些装置通常不能人工造缝控制微间隙的大小，进而不能研究封堵剂在不同大小微间隙中的表现差异，以及挤注压力对封堵剂在不同固井水泥环微间隙中封堵效果的影响，目前对于可以控制微间隙大小的装置研究较少。因此，建立一个能够评估套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价装置显得非常必要，尤其是对于研究封堵剂在微间隙中的封堵能力
技术实现思路
1、为了克服上述的不足，本专利技术目的在于提供一种对套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价装置，该专利技术装置可以模拟套管-水泥环界面(一界面)胶结，然后通过定量改变套管内压力在套管-水泥环界面(一界面)形成可控的不同宽度微间隙，接着再向不同宽度微间隙内注入封堵剂，研究不同类型封堵剂在不同注入参数下进入不同宽度微间隙的能力，评价不同类型封堵剂对不同宽度微间隙的封堵效果，优选出性能较优的封堵剂，优化注入工艺参数。
2、本专利技术所述的套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价装置，包括釜体，釜体的上端设有上密封盖，下端设有下密封盖，釜体内设有与釜体同轴设置的套管，套管和釜体之间形成腔体ii；上密封盖和下密封盖上均设有圆柱孔；套管的上端和下端均嵌入圆柱孔；套管的上端和下两端分别设有上堵头和下堵头，上堵头上设有上液压孔，下堵头上设有下液压孔；上密封盖上设有上气压孔，下密封盖上设有下气压孔。
3、上液压孔与液压泵连通，上气压孔和下气压孔均与气压泵连通，腔体ii与温控装置连通。所述温度控制装置为水浴加热，能够对釜体实现稳定均匀的加热。
4、本专利技术中，圆柱孔能够固定套管的位置；上气压孔设置在水泥环与套管产生微间隙的上部能够更方便的将封堵剂注入微间隙上部，不会使得封堵剂在流到釜体与水泥环的上部，施加气压能够直接作用于微间隙上部的封堵剂让封堵剂顺利进入套管与水泥环之间的微间隙；气压泵能够模拟现场施工，通过气压形式将封堵剂填充到微间隙，使封堵剂均匀受力在微间隙中能够均匀分布；液压泵能够模拟井下套管膨胀的压力，对套管产生均匀加压的作用。腔体ii尽可能要长，腔体ii太短，则封堵剂可能很快穿透微间隙，起不到比较不同封堵剂的作用。
5、采用上述的装置，本专利技术还提出了套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价方法，包括封堵剂封隔气体压力能力评价方法和封堵剂进入能力评价方法。
6、本专利技术所述可控宽度微间隙是指微间隙宽度可以定量控制在一定的范围内变化；封堵剂进入能力评价是指评价不同类型封堵剂在不同注入参数下进入不同宽度微间隙后的进入能力；封堵剂封隔气体压力能力评价是指评价不同类型封堵剂注入不同宽度微间隙且凝固后所能封隔的气体压力(或压差)
7、封堵剂封隔气体压力能力评价方法的具体步骤为：
8、(1)形成环空水泥环，形成套管-水泥环界面之间预定宽度的微间隙；
9、(2)将封堵剂注入至釜体内环空水泥环的上端空间；
10、(3)气压泵通过上气压孔对封堵剂施加不同大小的压力pz，使封堵剂逐渐进入微间隙；
11、(4)注入预定的时间tz之后，撤掉压力pz，利用温度控制装置使釜体处于预定的温度，使微间隙中的封堵剂在预定的温度下凝固；
12、(5)待封堵剂凝固之后，从下气压孔施加气体压力pf，逐渐增大气体压力，直至微间隙上端有气体窜出时，记录窜出时刻的气体压力pf为该宽度微间隙在封堵剂封堵之后所能封隔的气体压力。
13、封堵剂进入能力评价方法的具体步骤为：
14、(1)形成环空水泥环，形成套管-水泥环界面之间预定宽度的微间隙；
15、(2)将封堵剂注入至釜体内环空水泥环的上端空间；
16、(3)气压泵通过上气压孔对封堵剂施加不同大小的压力pz，使封堵剂逐渐进入微间隙；
17、(4)注入预定的时间tz之后，撤掉压力pz，利用温度控制装置使釜体处于预定的温度，使微间隙中的封堵剂在预定的温度下凝固；
18、(5)待封堵剂凝固之后，取出套管、封堵剂和水泥环，将水泥环剖开，观察封堵剂在水泥环内壁上各个方向的分布情况和封堵剂在微间隙中的高度，得到封堵剂的流动速度。
19、封堵剂在微间隙中的高度即为封堵剂在该宽度微间隙和注入压力下的流动距离ld，利用流动距离除以注入时间tz即为封堵剂在该宽度微间隙和注入压力下的流动速度vd，流速vd的大小可以反映封堵剂在微间隙中的渗透能力。然后观察封堵剂在水泥环内壁上各个方向的分布情况，最后对封堵剂进入微间隙的能力进行评价。
20、
21、本专利技术中，进入微间隙的能力评价包含了对封堵剂流动距离和流动速度的评价和封堵剂在微间隙的分布情况。由于所产生的微间隙具有非均质性，封堵剂在微间隙中的渗透能力仅仅只能反应封堵剂在微间隙中的最远流动距离和流动速度，进入能力评价包含了封堵剂进入微间隙的渗透率能力评价。封堵剂在水泥环内部不同方向的分布情况不同，因此需要将水泥环剖开观察内部封堵剂的分布，综合评价封堵剂进入微间隙的能力。
22、形成环空水泥环，形成套管-水泥环界面之间预定宽度的微间隙的具体步骤为：
23、(1)配制水泥浆，将水泥浆注入腔体ii；
24、(2)根据所需微间隙的宽度，给套管内部施加压力p使套管膨胀，同时调整温度控制装置使釜体温度满足实验要求，使水泥浆在设定的温度条件下凝固形成水泥环；然后逐渐卸掉套管内部压力，套管收缩并与水泥环脱离形成微间隙；套管内部施加压力p与该压力下所形成的微间隙宽度之间有如下关系式(1)成立：
25、
26、式中，δr为套管内压降低量p时所形成的微间隙宽度，m；r1为套管内部半径，m；r2为套管外表面半径，m；p为在套管内部施加的压力，pa；e为套管弹性模量，pa。
27、本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价装置，包括釜体，釜体的上端设有上密封盖，下端设有下密封盖，其特征在于，釜体内设有与釜体同轴设置的套管，套管和釜体之间形成腔体II；上密封盖和下密封盖上均设有圆柱孔；套管的上端和下端均嵌入圆柱孔；套管的上端和下两端分别设有上堵头和下堵头，上堵头上设有上液压孔，下堵头上设有下液压孔；上密封盖上设有上气压孔，下密封盖上设有下气压孔。
2.根据权利要求1所述的套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价装置，其特征在于，上液压孔与液压泵连通，上气压孔和下气压孔均与气压泵连通，腔体II与温控装置连通。
3.套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价方法，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的装置，包括封堵剂封隔气体压力能力评价方法和封堵剂进入能力评价方法。
4.根据权利要求3所述的套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价方法，其特征在于，封堵剂封隔气体压力能力评价方法的具体步骤为：
5.根据权利要求3所述的套管-水泥环界面可控宽度微间隙封堵评价方法，其特征在于，封堵剂进入能力评价方法的具体步骤为：
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