[實用新型]固井后期防氣竄模擬試驗裝置

有效

• 申請號: 201320309373.8
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN203299058U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 唐欣;嚴海兵;范成友;李美平;劉洋;馮彬;趙常青;范偉華;劉運樓;曾凡坤
• 申請（專利權）人: 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N33/38
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 毛光軍

技術領域

本實用新型涉及一種固井后期防氣竄模擬試驗裝置，屬于油氣田固井作業工程模擬試驗領域。

背景技術

固井探討的氣竄是指固井后因環空封固缺陷，氣體從地層中穿過濾餅，侵入環空，竄至井口的一種現象。國內外資料統計表明，氣竄是幾乎所有天然氣井都將面臨的棘手難題。伴隨天然氣井開采時間的延長，國內天然氣井環空氣竄并帶壓日益嚴重。在塔里木、川渝、大慶慶深、吉林長深四大氣區均出現了天然氣井環空氣竄并帶壓，其中以塔里木氣區和川渝地區的環空帶壓尤為突出。固井后的環空氣竄將破壞層間封隔，造成環空封固失效，導致氣體竄至井口，嚴重時甚至可能發生井噴，對油氣井安全生產造成巨大損害。

研究表明，發生氣體泄漏的主要原因是后續施工作業過程中，水泥環密封完整性失效。開發水泥石后期防竄模擬試驗裝置成為解決氣竄問題的關鍵。美國千得樂公司研發了FMA7150氣竄評價儀，可模擬水泥漿失水與氣竄過程，但儀器受結構（圓形筒非環形筒，不能真實模擬水泥石受管內壓力及地層圍壓）及最高工作壓力限制（最高工作壓力10MPa）無法開展水泥石在高壓力工況作用下防竄模擬試驗。國內研制出了以OWC-0480型油井水泥失重與氣竄評價儀為代表的模擬裝置，主要通過同步試驗分析水泥漿失重與氣竄，結構與FMA7150氣竄評價儀類似，同樣無法分析水泥石后期密封性能。?大慶鉆探公司2011年研制了套管水泥環結構完整性試驗裝置，可分析管內壓力變化對水泥環完整性影響，但裝置無法施加圍壓，不能模擬地層對水泥環的作用，無法科學評價水泥石后期防竄能力。

綜上所述，國內防竄模擬儀器大部分是用于評價水泥漿防竄能力，而不能進行水泥石后期防竄模擬，其余裝置雖可分析水泥石后期防竄能力，但井筒結構簡單，不能施加圍壓，無法模擬地層對水泥石的作用，不能科學模擬水泥石后期防竄性能。

發明內容

本實用新型的目的在于針對現有水泥石密封完整性存在的上述不足，提供一種固井后期防氣竄模擬試驗裝置，本實用新型能全尺寸模擬水泥石的尺寸，全方位模擬水泥石受載荷情況（包括管內壓力及地層圍壓），研究水泥石的密封完整性，便于采取針對性措施，改善水泥漿體系，有利于提高水泥石后期防氣竄性能，從而提高固井質量。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種固井后期防氣竄模擬試驗裝置，其特征在于：包括承力拉桿、水泥環內管、水泥環外管和外殼，承力拉桿、水泥環內管、水泥環外管和外殼從內向外依次設置，承力拉桿與水泥環內管之間形成第一密封腔，承力拉桿內腔與第一密封腔連通，承力拉桿內腔與用于注入介質的第一連接孔連通；水泥環內管與水泥環外管之間形成第二密封腔，第二密封腔與用于注入介質的第二連接孔連通；水泥環外管與外殼之間形成第三密封腔，第三密封腔與用于注入介質的第三連接孔連通。

所述水泥環外管與外殼之間的兩端分別設置有第一密封環，水泥環內管與水泥環外管之間的兩端分別設置有第二密封環，水泥環內管與承力拉桿之間的兩端分別設置有第三密封環，上端的第二密封環上設置有兩個用于注入介質的第二連接孔，下端的第二密封環上設置有一個用于注入介質的第二連接孔。

所述水泥環內管、水泥環外管和外殼的長度相同，上端設置有上蓋板，下端設置有下底板。

所述承力拉桿的長度大于水泥環內管，承力拉桿兩端分別穿過上蓋板和下底板，承力拉桿上端設置有上堵頭，下端設置有下堵頭，第一連接孔為兩個，且設置在上堵頭上。

所述承力拉桿為空心管，承力拉桿上設置有旁通孔，承力拉桿內腔通過旁通孔與第一密封腔連通。

所述第三連接孔為兩個，分別設置在外殼上端和下端。

采用本實用新型的優點在于：

一、本實用新型的水泥環內管能全尺寸模擬固井套管，水泥環外管能全尺寸模擬固井上層套管或巖層，實現水泥環全尺寸模擬固井水泥環。

二、本實用新型中，水泥環內管與水泥環外管之間的上下兩端分別設置有第二密封環，形成第二密封腔，第二密封環上分別設置有螺紋連接孔即的第二連接孔，可通過第二連接孔給密封腔內注水泥，實現模擬憋壓侯凝，注液體或氣體，檢驗水泥石后期防竄性能。

三、本實用新型中，承力拉桿與水泥環內管之間的上下兩端設置有第三密封環形成第一密封腔，承力拉桿上開有旁通孔，溝通與承力拉桿與水泥環內管之間的第一密封腔；上堵頭上設置有螺紋連接孔即第一連接孔，可通過第一連接孔給腔體內打壓，實現模擬固井后期試壓及其它生產作業造成的管內液壓變化。