[發明專利]模擬固井水泥環在地層中腐蝕過程的實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201810414485.7
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108593533B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 孫啟冀;周巖;趙洪洋;蔡明鈺;代亭閣;王捷
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

本發明涉及的是模擬固井水泥環在地層中腐蝕過程的實驗裝置及實驗方法，它包括密封蓋、反應容器、第一恒流恒壓泵、第二恒流恒壓泵、實驗試件，實驗試件由固井水泥環套置在套管外構成，螺旋篩管盤繞在固井水泥環與反應容器之間的環形空間內，密封蓋內端面中心設置圓柱形的定位凸起；密封蓋上有進水孔、溢水孔、閥孔，進水孔與第一恒流恒壓泵通過高壓導流線連接，閥孔處安裝有控壓閥；反應容器底部有進液孔，進液孔內部安裝有單向閥，進液孔與第二恒流恒壓泵通過高壓導流線連接，螺旋篩管上端是封閉的，螺旋篩管下端開口連接進液孔，螺旋篩管上均勻分布有若干分液孔。本發明能夠保證地層水中各離子濃度在腐蝕實驗的過程中不會隨著實驗的進行而衰減。

技術領域

本發明涉及化學腐蝕、石油工程等領域中的一種固井水泥環腐蝕實驗技術，具體涉及了模擬固井水泥環在地層中腐蝕過程的實驗裝置及實驗方法。

背景技術

固井水泥環在油氣井生產中發揮著至關重要的作用，其主要目的是保護生產套管柱和封堵相鄰的油、氣、水層。固井水泥裝在凝固后會在整口井的縱向上形成一個水力封隔系統，該系統必須在整個油氣井壽命期間及報廢之后都能夠實現有效的層間封隔。近年來隨著油氣井工程的發展，勘探開發的方向趨于深井化、復雜化，更易引發水泥環密封失效，給油氣井造成嚴重危害。因此，進一步深入研究水泥環密封完整性，對確保油氣井的安全開采具有重要的現實意義。

目前研究認為，油氣井在經過一段時間的生產后，水泥環發生了密封失效，主要是因為水泥環受腐蝕作用所導致的。水泥環腐蝕是指是由CO_2、H₂S等腐蝕氣體在地層水的協同作用下導致的水泥環的力學性質和相關物性發生改變，例如強度降低，滲透率增大等。

然而目前對于水泥環腐蝕問題的研究只是針對水泥環自身，并沒有對套管水泥環膠結面受腐蝕后發生的變化進行研究，而且現階段的實驗設備無法實現水泥環所處的地下環境。可見一種模擬固井水泥環在地層中腐蝕過程的實驗裝置及實驗方法有著重要的應用價值。

目前一些水泥環的腐蝕實驗裝置存在以下幾個缺點：一是無法確定套管水泥環膠結面的腐蝕情況，二是由于腐蝕實驗空間的封閉導致了地層水中各離子濃度隨時間而衰減，使實驗得到的結果缺乏說服力。

發明內容

本發明的目的是提供模擬固井水泥環在地層中腐蝕過程的實驗裝置，這種模擬固井水泥環在地層中腐蝕過程的實驗裝置能夠更加精確的模擬實際地層條件，使研究人員對固井水泥環以及套管水泥環膠結面受CO_2、H₂S等腐蝕氣體在地層水的協同作用下導致的腐蝕問題研究能夠更進一步，從而解決油氣井的水泥環密封失效問題，本發明的另一個目的是提供模擬固井水泥環在地層中腐蝕過程的實驗裝置的實驗方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種模擬固井水泥環在地層中腐蝕過程的實驗裝置包括密封蓋、反應容器、第一恒流恒壓泵、第二恒流恒壓泵、螺旋篩管、實驗試件，實驗試件由固井水泥環套置在套管外構成，實驗試件放置在反應容器內底座上，螺旋篩管盤繞在固井水泥環與反應容器之間的環形空間內，密封蓋內端面中心設置圓柱形的定位凸起，密封蓋蓋在反應容器上通過固定螺栓固定連接，定位凸起卡到套管內，密封蓋與實驗試件通過防腐蝕密封墊密封；密封蓋上有進水孔、溢水孔、閥孔，進水孔與第一恒流恒壓泵通過高壓導流線連接，閥孔處安裝有控壓閥，溢水孔上安裝有密封螺栓；反應容器底部有進液孔，進液孔內部安裝有單向閥，進液孔與第二恒流恒壓泵通過高壓導流線連接，螺旋篩管上端是封閉的，螺旋篩管下端開口連接進液孔，螺旋篩管上均勻分布有若干分液孔，每個分液孔處鑲嵌篩網。

上述方案中進水孔位于密封蓋的圓心處，溢水孔距離圓心的距離小于套管的半徑；閥孔位于溢水孔外側。

上述方案中反應容器底部設置圓形底座，圓形底座有一凹槽，凹槽位于進液孔與底部邊沿之間，第二恒流恒壓泵連接的高壓導流線置于凹槽中，防止高壓導流線長期使用后被壓斷。

上述方案中螺旋篩管上均勻分布60個分液孔，螺旋篩管的螺距160mm，圈數為3。