[實用新型]一種固井水泥環(huán)完整性模擬評價試驗儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320120672.7
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN203201545U
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊振杰;馬成云;梅露強;姜曉強;吳志強
• 申請（專利權(quán)）人: 西安石油大學(xué)
• 主分類號: E21B47/005
• 分類號: E21B47/005
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于石油鉆井技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固井水泥環(huán)完整性模擬評價試驗儀。?

技術(shù)背景

在固井施工中，固井水泥漿被注入套管與地層之間的環(huán)空，水泥漿要經(jīng)受井下環(huán)境而最終凝固形成具有一定膠結(jié)能力和硬度的水泥環(huán)。井內(nèi)水泥環(huán)具有有效地封隔地層和支撐、保護套管的功能。為了穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)，各油田都相繼進行注水、壓裂、酸化、補孔等提高生產(chǎn)壓差等井下工程作業(yè)，不同的作業(yè)過程必然使井眼條件發(fā)生改變，套管內(nèi)壓改變、地層圍巖壓力變化以及井眼溫度改變引起的溫度應(yīng)力等作用，使水泥環(huán)受力狀態(tài)發(fā)生改變，可能導(dǎo)致水泥環(huán)產(chǎn)生裂紋，使水泥環(huán)的封隔作用失效，造成地下油氣水層之間的竄流和套管的腐蝕破壞，嚴重時造成油氣井報廢。?

隨著小眼井、分支井、側(cè)鉆井和薄油層井、熱采井數(shù)量的增多，對固井質(zhì)量的要求也越來越高。對于小間隙環(huán)空和薄油層固井，因水泥環(huán)很薄，水泥石的完整性必須得到保證，否則油井壽命將受到嚴重影響；開窗側(cè)鉆井、大斜度井、大位移井和分支井中造斜段的水泥環(huán)經(jīng)常遭受繼續(xù)鉆進時鉆頭、鉆桿的撞擊和震動，以及熱采井中熱沖擊應(yīng)力對水泥環(huán)產(chǎn)生的破壞，都要求研究和改善固井水泥環(huán)的力學(xué)性能，降低水泥環(huán)的脆性，增強水泥環(huán)的韌性。?

因此，研究固井水泥石力學(xué)性能，提高水泥環(huán)本體的完整性對生產(chǎn)及油水井的長期壽命具有重要的意義。?

有關(guān)油井水泥石力學(xué)性能方面的研究一般都集中在水泥石的強度方面，一般都將水泥石的單軸抗壓強度作為主要工程性能指標并對其實施重點檢測和分析。?

常規(guī)水泥石力學(xué)性能評價方法基本上借鑒了混凝土、建筑水泥等材料力學(xué)中無機非金屬的力學(xué)評價方法，其中常用的萬能材料試驗機可直接測得抗拉、抗折、抗剪切等力學(xué)性能，但不能模擬各種井下環(huán)境和工況對水泥石完整性的影響。因此，目前水泥石力學(xué)性能的研究多是針對于特定水泥漿體系形成水泥石的性能評價，而缺乏對水泥石力學(xué)性能受井下環(huán)境影響的規(guī)律性認識。?

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對水泥石完整性的評價與研究越來越重視，并把在室內(nèi)模擬井下環(huán)境對水泥石力學(xué)性能的影響研究試驗作為考察水泥石完整性的主要技術(shù)手段。?

哈爾濱建筑大學(xué)和大慶鉆井工藝研究所王詳林，鐘啟剛等人為了研究在一定溫度和壓力下油井水泥固化體的動態(tài)力學(xué)性能，他們和中科院力學(xué)研究所合作，研制了一臺帶圍壓和溫度的多功能材料動態(tài)性能測試裝置，可分別進行材料的拉伸，壓縮和扭轉(zhuǎn)試驗。拉壓試驗可在三向應(yīng)力狀態(tài)下進行，能夠測定出動靜態(tài)彈性模量，動態(tài)斷裂韌性和破碎吸收能等參數(shù)。模擬固井射孔綜合試驗裝置模擬固井條件進行射孔試驗，以檢驗射孔時各種改性配方制作的水泥環(huán)的實際力學(xué)狀態(tài)，通過驗竄壓力能夠測定出界面膠結(jié)強度。?

羅長吉，王允良等人專門設(shè)計了“水泥環(huán)界面膠結(jié)強度儀”和“水泥環(huán)界面壓竄試驗儀”等裝置開展了水泥環(huán)界面膠結(jié)強度與水泥抗壓強度關(guān)系的研究；水泥界面膠結(jié)強度發(fā)展規(guī)律的研究；水泥界面膠結(jié)強度與表觀體積脹縮特性關(guān)系的研究及水泥界面膠結(jié)強度與水泥水化熱效應(yīng)的關(guān)系研究，對水泥界面膠結(jié)特性取得了一些初步的認識。?

為了模擬井下固井水泥環(huán)實際的受壓狀態(tài)，一般都用美國GCTS公司三軸巖石力學(xué)測試系統(tǒng)RTR-100進行三軸應(yīng)力-應(yīng)變實驗。?

這些研究方法都力爭盡可能地模擬固井水泥環(huán)的井下受力情況，但存在的問題是試驗裝置復(fù)雜龐大，試驗成本高。更關(guān)鍵的是：作為固井水泥環(huán)的完整性和可靠性，其關(guān)鍵的力學(xué)性能指標應(yīng)該是固井水泥環(huán)在油氣井長期的開發(fā)過程中的層間封隔的可靠性能，即對油氣水等井下流體的抗竄強度。現(xiàn)有的這些方法只能測定特定條件下固井水泥環(huán)的力學(xué)性能，不能定量分析測定井下壓力變化對固井水泥環(huán)抗竄強度的變化，難以認識問題的本質(zhì)。?

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有固井水泥環(huán)力學(xué)性能測試評價技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種固井水泥環(huán)完整性模擬評價試驗儀，能夠較好地模擬固井水泥環(huán)所處的井下的環(huán)境條件，模擬井下壓力對固井水泥環(huán)的損傷，測定不同條件下固井水泥環(huán)抗竄強度的變化情況，從而準確評價固井水泥環(huán)的抗沖擊韌性和封隔可靠性，即完整性；具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，操作方便，試驗漿體用量小，試驗數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，短時間內(nèi)可以開展大量試驗工作的特點。?

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：?

一種固井水泥環(huán)完整性模擬評價試驗儀，包括有加壓接頭1，加壓接頭1設(shè)置在壓緊盤根2上，旋緊壓環(huán)3通過絲扣與壓緊圓盤2連接，并將梯形橡膠密封圈7固定在壓緊圓盤2和鋼管4上，通過螺桿螺帽連接組件6把裝有固井水泥固化體試驗樣品5的鋼管4夾緊并連接成為一個整體；?