[發(fā)明專利]地層作用下套管-水泥環(huán)損壞室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910175422.1
• 申請(qǐng)日: 2009-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN101725345A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱慶杰;陳艷華;張玉敏;廖永;刁恒強(qiáng);李麗峰;王占輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北理工大學(xué);鵬達(dá)建設(shè)集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00
• 代理公司: 唐山永和專利商標(biāo)事務(wù)所 13103
• 代理人: 張?jiān)坪?/td>

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及石油開采行業(yè)中的模擬試驗(yàn)裝置，具體的說是一種地層作用下 套管-水泥環(huán)損壞室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

在石油開采過程中，套管損壞普遍存在，但由于套管損壞往往發(fā)生在地下 一千米甚至數(shù)千米之下，無法進(jìn)行現(xiàn)場觀測，這就使得室內(nèi)模擬試驗(yàn)特別重要。 采油套管損壞與一般鋼管的破壞試驗(yàn)相比，有兩點(diǎn)特殊之處需要考慮，其一是 由于固井的需要，套管是和水泥環(huán)粘結(jié)在一起的，構(gòu)成了一個(gè)套管-水泥環(huán)系 統(tǒng)，試驗(yàn)中不能包括水泥環(huán)的套管破壞試驗(yàn)必然與實(shí)際情況產(chǎn)生較大誤差；其 二是套管損壞發(fā)生在地下，由于地層蠕變或者構(gòu)造與斷層活動(dòng)等原因產(chǎn)生的地 層層間滑移是套管損壞的主要破壞力來源，如何模擬地層作用是破壞試驗(yàn)成敗 的另一關(guān)鍵。也正是由于這兩方面的原因，至今尚沒有針對(duì)地層作用下的套管 水泥環(huán)損壞進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)。油井套管損壞已經(jīng)成為油氣生產(chǎn)的首要災(zāi)害， 初步統(tǒng)計(jì)，我國目前套管損壞井超過15000口，套損井涉及資產(chǎn)高達(dá)300億元， 需要報(bào)廢或不得不進(jìn)行大修的直接井資產(chǎn)就超過100億元。通過對(duì)遼河油田錦 州采油廠，僅僅一個(gè)廠1976口油井進(jìn)行的調(diào)查，套管損壞井占總井?dāng)?shù)的26.5％， 僅在錦45區(qū)塊就有278口井發(fā)生套管破壞。套管損壞的原因包括地層因素、流 體和施工因素等，其中地層因素是首要因素。現(xiàn)階段套損研究主要基于數(shù)值模 擬手段，但數(shù)值模擬的結(jié)果必須通過試驗(yàn)來驗(yàn)證，而在相應(yīng)的試驗(yàn)方面，則僅 僅是進(jìn)行套管強(qiáng)度試驗(yàn)。如鄧金根等根據(jù)實(shí)際全尺寸套管承受非均勻外載作用 下的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)有試驗(yàn)尚無法將套管和水泥環(huán)做整體考慮，也無法真實(shí)模擬 地層層間相對(duì)滑動(dòng)作用。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠模擬地下層層間滑動(dòng)作用下包含水泥環(huán)的 套管-水泥環(huán)室內(nèi)破壞試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置。利用這種裝置，可在室內(nèi)模擬地層不同 位移和不同加載速率的層間滑動(dòng)，制作包含水泥環(huán)的套管水泥環(huán)裝置，測量分 析套管-水泥環(huán)的應(yīng)變和變形特征、破壞過程與裂紋擴(kuò)展規(guī)律，為油井套管損壞 成因提供試驗(yàn)依據(jù)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種地層作用下套管-水泥環(huán)損壞室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，包括地層作用模擬器 和固井套管-水泥環(huán)室內(nèi)模擬制作器，所述地層作用模擬器包括套管、箱體框架、 多層箱體、可抽拉式活動(dòng)層、滑道、反力墻連接頭、動(dòng)作器連接頭，所述固井 套管-水泥環(huán)室內(nèi)模擬制作器包括底座、上蓋、導(dǎo)向柱、進(jìn)漿孔、鋼管，所述地 層作用模擬器的箱體框架上連接有護(hù)板構(gòu)成的多層箱體，該多層箱體的底層和 頂層為固定層，中間層為可抽拉式活動(dòng)層，其中頂層上裝有反力墻連接頭，中 間層上裝有動(dòng)作器連接頭，所述箱體框架的內(nèi)部空間通過與其連接的加強(qiáng)板裝 有加強(qiáng)鋼套管，該加強(qiáng)鋼套管分段設(shè)置，其段數(shù)與多層箱體的層數(shù)相一致；所 述固井套管-水泥環(huán)室內(nèi)模擬制作器的模具底座上裝有由兩個(gè)半圓形圍成一體的 鋼管，該鋼管的內(nèi)部空間裝有與其底平面相平齊的底座，該底座上設(shè)有下定位 底座，該下定位底座上套裝有套管，該套管與所述鋼管之間留有填充空間，該 套管上支承有圓形擋板，該擋板上均布有進(jìn)漿孔和排氣孔，該擋板的外徑與鋼 管的外徑相等，該擋板的上方連接有圓形支承板，該支承板上均布有第一進(jìn)漿 孔，該第一進(jìn)漿孔與所述擋板上的進(jìn)漿孔相貫通，該支承板的上方裝有筒狀上 蓋，所述支承板的回轉(zhuǎn)中心設(shè)有導(dǎo)向柱。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，地層作用模擬器能夠模擬對(duì)固井 套管-水泥環(huán)的不同位移和加載速率的地層層間滑動(dòng)，進(jìn)行地層作用下套管-水泥 環(huán)損壞的室內(nèi)試驗(yàn)，通過測量分析套管-水泥環(huán)的應(yīng)變和變形特性、破壞過與紋 的擴(kuò)展規(guī)律，為油井套管損壞成因提供試驗(yàn)依據(jù)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述地層作用模擬器中裝在頂層上的反力墻 連接頭與頂層之間通過第一加勁肋連接，中間層上的動(dòng)作器連接頭通過第二加 勁肋與中間層連接，所述底層的下方設(shè)有固定底座。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述地層作用模擬器中箱體框架的中間層上 裝有上、下定位板和上、下滑道。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述固井套管-水泥環(huán)室內(nèi)模擬制作器中兩個(gè) 半圓形圍成一體的鋼管通過夾緊鋼板連接。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述固井套管-水泥環(huán)室內(nèi)模擬制作器中均布 于圓形擋板上的進(jìn)漿孔及排氣孔置于大于套管外徑的位置上。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述固井套管-水泥環(huán)室內(nèi)模擬制作器中擋板 的下方裝有與下定位底座直徑相等的上定位支承板。