[發(fā)明專利]頁巖氣井多級壓裂水泥環(huán)氣密封完整可視評價裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710797907.9
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107401403B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許紅林;楊斌;龍學(xué)淵;王均;郭曉樂;蘇堪華
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶科技學(xué)院
• 主分類號: E21B47/002
• 分類號: E21B47/002;E21B47/005
• 代理公司: 重慶蘊博君晟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50223
• 代理人: 王玉芝

1.一種頁巖氣井多級壓裂水泥環(huán)氣密封完整可視評價方法，其特征在于，所述頁巖氣井多級壓裂水泥環(huán)氣密封完整可視評價方法包括以下步驟：

步驟一，按設(shè)計尺寸加工好釜體，制作好套管并預(yù)制好人造地層；

步驟二，將釜體置于實驗臺上，然后將加熱棒安裝在釜體中，下部螺栓加墊片連接，保證密封性；

步驟三，將套管和預(yù)制好的人造地層放入釜體中，并將篩網(wǎng)安裝在高壓氣體腔室上部，在釜體內(nèi)部和人造地層之間放置木楔，保證灌注水泥漿時人造地層不發(fā)生徑向移動；

步驟四，按要求配置水泥漿，配置時采用恒速攪拌器保證水泥漿均勻混合；

步驟五，灌注水泥漿，灌注時沿著人造地層和套管之間環(huán)形空間均勻灌注至充滿整個環(huán)形空間，灌注完成后在人造地層環(huán)境溫度下養(yǎng)護5天，待進行后續(xù)試驗；

步驟六，水泥漿養(yǎng)護達到要求后，拆除木楔，將環(huán)形密封橡膠條安裝至人造地層外圍，并插入釜體的凹槽中，同時檢查高壓氣體腔室下部的連接孔，防止水泥漿液堵孔；

步驟七，將密封蓋擰緊，并連接電動液壓泵、圍壓液壓泵、高壓氮氣瓶、溫度調(diào)節(jié)裝置和檢漏瓶，整個裝置安裝完成，釜體內(nèi)部應(yīng)處于密封狀態(tài)；

步驟八，向高壓氣體腔室中通入高壓氮氣，壓力調(diào)至儲層氣體壓力P_g，觀察檢漏瓶，此時檢漏瓶中應(yīng)無氣泡產(chǎn)生，表明水泥環(huán)膠結(jié)良好，初始滲透性滿足要求；同時，實驗過程中始終保持高壓氣體腔室壓力P_g恒定；

步驟九，將釜體在CT掃描機下進行360度掃描，通過CT成像信號處理器得到初始掃描圖像F₀，觀察水泥環(huán)內(nèi)部和膠結(jié)面處初始裂縫；

步驟十，用圍壓液壓泵將水加滿圍壓腔室，調(diào)節(jié)圍壓液壓泵使其達到設(shè)計圍壓值P_o，實驗過程中始終保持圍壓值P_o恒定；

步驟十一，用電動液壓泵將導(dǎo)熱液體加滿套管，同時控制溫度調(diào)節(jié)裝置達到設(shè)計值T_f，實驗過程中始終保持溫度值T_f恒定；

步驟十二，調(diào)節(jié)電動液壓泵，并按P_c～t曲線施加壓裂時的套管壓力P_c，每200min為一級壓裂周期；第1級壓裂完成后，將釜體在CT掃描機下進行360度掃描，通過CT成像信號處理器得到掃描圖像F₁，觀察并記錄水泥環(huán)內(nèi)部和膠結(jié)面處裂縫發(fā)展情況；同時，查看檢漏瓶中是否有氣泡產(chǎn)生；

步驟十三，重復(fù)步驟十二，繼續(xù)第2級、第3級…壓裂，直到觀察到檢漏瓶中有穩(wěn)定連續(xù)的氣泡產(chǎn)生，表明此時裂縫已發(fā)展為貫通狀態(tài)，記錄此時壓裂級數(shù)為L，并得到水泥環(huán)開始泄漏時的掃描圖像F_L；

步驟十四，將掃描圖像F_L表征的水泥環(huán)泄漏通道導(dǎo)入CFD軟件中計算氣體泄漏速度，進一步驗證水泥環(huán)發(fā)生泄漏時的最大壓裂級數(shù)N；

步驟十五，整個實驗完成后，將裝置恢復(fù)到實驗前的狀態(tài)，以便下次正常使用；

步驟十六，考慮水泥環(huán)彈性模量是影響其力學(xué)性能的主要因素，設(shè)計并配置不同性能的水泥漿，重復(fù)步驟四～步驟十五，可優(yōu)選彈性模量滿足實際多級壓裂要求的水泥漿體系。

2.一種如權(quán)利要求1所述頁巖氣井多級壓裂水泥環(huán)氣密封完整可視評價方法的頁巖氣井多級壓裂水泥環(huán)氣密封完整可視評價裝置，其特征在于，所述頁巖氣井多級壓裂水泥環(huán)氣密封完整可視評價裝置包括：實驗臺；釜體，即為整個裝置的模型，釜體中間底部有一圓柱形，其上有螺孔，以圓心向外形成多個環(huán)，由圓心向外依次是加熱棒、液體腔室、套管、水泥環(huán)、人造地層、環(huán)形密封橡膠條、圍壓腔室、釜體外壁，釜體放置于實驗臺上；加熱棒，其穿過釜體圓形孔，在底部用螺栓連接，連接處添加墊片，加熱棒外接溫度調(diào)節(jié)裝置；液體腔室，其底部外接帶閥門的電動液壓泵；套管，其外上部是水泥環(huán)，下部是釜體形成的高壓氣體腔室，其外連接高壓氮氣瓶，水泥環(huán)底部與高壓氣體腔室之間有帶孔的篩網(wǎng)；水泥環(huán)外是人造地層；人造地層外圍是圍壓腔室，連接帶閥門的圍壓液壓泵，在人造地層與圍壓腔室之間有環(huán)形密封橡膠條；整個釜體上部用密封蓋采用螺紋連接的方式進行密封，密封蓋外接帶閥門的檢漏瓶，檢漏瓶中充滿水；釜體外圍安裝CT掃描機，可掃描釜體內(nèi)每層物質(zhì)，通過CT成像信號處理器生成水泥環(huán)內(nèi)部和膠結(jié)面處的泄漏通道。