[實用新型]一種用于模擬膠結測試的套管組件

有效

• 申請號: 201420067388.2
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN203756119U
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 朱江林;羅宇維;趙琥;王永松;方國偉;文守成;趙軍;鄧金根;朱培科
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油田服務股份有限公司;長江大學;中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B33/14
• 分類號: E21B33/14;E21B47/005
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 惠磊;曲鵬

技術領域

本實用新型涉及固井技術中水泥漿與外層套管膠結的研究技術領域，尤其是一種用于模擬膠結測試的套管組件。

背景技術

中國南海鶯瓊盆地既存在高壓，也存在高溫，是目前世界海上三大高溫高壓地區之一。據不完全統計資料，1984年至2011年，我國南海海域共鉆高溫高壓探井25口。從已鉆井情況看，大部分井集中在4000m-5000m之間。在已完成的25口井中，溫度超過200℃，泥漿比重超過2.20sg以上的超高溫高壓井有4口。1984-2004年，南海15口高溫高壓井，中外作業者的作業過程都異常艱辛，固井成功率不高，特別是尾管固井，成功率僅47%。

據統計，東方區塊目前共有53口在開發氣井，其中44口帶壓，大部分是油套管帶壓，但也有表套和技套帶壓的，比較嚴重的是：DF1-1-D4（技套帶壓）以及樂東22-1-A3井（技套帶壓）。了解水泥環井下環境下失效的力學機理，可以指導有針對性的制定固井技術措施和正確選擇后期作業參數，特別是優化水泥環變形參數和破壞參數，從而達到提高固井質量、防止水泥環水力膠結失效的目的，延長高溫高壓油氣井壽命。

在固井中，水泥環對地層的封隔性能對油氣井的生產安全、壽命和油田開發效益具有重要意義，具有較高封竄能力的水泥環是安全、環保地開發油層，實現勘探開發效益最大化的重要基礎。實際生產經驗表明，水泥漿頂替到位后，CBL/VDL測試顯示固井質量良好的井，在經歷后續的鉆進、鉆井液密度增加、地層完整性試驗、射孔、壓裂、溫度變化、求產、關井求壓等作業后，會導致水泥環與外層套管、水泥環與地層的膠結面產生微縫隙，造成油氣井井口竄流、井口環空帶壓等問題。這一問題造成安全、環保隱患，嚴重影響產能建設，大大降低勘探開發效益。

這一問題屬于固井后的長期氣竄問題，在目前技術條件下，常常發生在井下工況條件復雜的高溫高壓油氣井中。造成井口帶壓的原因主要是井下地層條件變化和后期作業引起的外層套管-水泥環-地層系統的受力狀態發生改變，導致環空水泥環應力-應變發生改變，水泥環發生了破壞喪失水力密封性，高壓氣體通過失效水泥環內部的微裂縫界面逐漸竄移至井口。

現有的模擬應力變化引起固井膠結失效的裝置存在如下特點：

1)沒有按照實際使用的外層套管加工實驗裝置；

實驗設備在外徑和壁厚上與實際外層套管的尺寸不一致。實驗設備在設計加工時，沒有采用具有實際使用外徑和壁厚的外層套管，而是在幾何尺寸上按照一定的比例縮小，這與實際工況不同；

2)膠結過程與驗竄實驗過程分離；

由水泥環膠結到模擬溫度-膠結失效實驗時的環境發生了改變，具體包括水泥漿的養護環境是否為高溫高壓、在模擬溫度-膠結失效實驗時是否加了圍壓、膠結環境與實驗環境是否相互獨立。現在設備普遍不能保證水泥漿能在同一套設備內完成膠結并開展溫度-膠結失效的實驗，這與實際工況不符；

3)不能定量評價氣竄；

在模擬溫度等因素改變引起水泥環膠結失效，引起氣竄的過程中，只是定性檢驗氣竄有無發生，并沒有定量檢驗一定工況改變時造成氣竄的量；

4)水泥環長度偏小；

在模擬的水泥環長度方面，普遍小于50cm，長度偏小，在實驗中不能較為全面反映實際工況存在的問題；

5)驗竄范圍不全面；

在驗竄方法上，普遍采用的是在水泥環一端注入氣體，以另一端能否收集到氣體作為判斷水泥環與外層套管是否產生微環隙及評價水泥環膠結好壞的標準。不能檢測在水泥環高度方向的中間位置產生微環隙而兩端膠結良好的工況。

6)實驗成本高；

與水泥環膠結的內層外層套管、外層的人造地層或外層套管在一次實驗后均報廢，造成實驗研究成本過高。

7)實驗條件參數較低；

不能同時模擬井底靜止溫度最高160℃，地層孔隙壓力6000psi，套管內最高壓力載荷10000psi的工況。

實用新型內容

本實用新型解決的技術問題是提供一種用于模擬膠結測試的套管組件，能夠模擬套管內壓、圍壓的周期性變化以及氣竄流量等，能夠實現數據實時采集；能夠檢測到水泥環的氣竄，并進行精確的采集；能夠根據不同水泥環力學特性在不同溫度下對其膠結失效的影響規律，有針對性的設計適用的韌彈性水泥配方，制定合理的固井技術措施和正確選擇作業參數。

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種用于模擬膠結測試的套管組件，其特征在于，

包括內層套管，所述內層套管外側依次套設有膠套、外層套管、外層釜體，所述外層套管用于支撐所述膠套；