[發明專利]一種淺層固井水泥氣密性測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201910167047.X
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109827717B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 吳怡;耿亞楠;劉書杰;周建良;徐國賢;謝仁軍;張興全
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油集團有限公司;中海油研究總院有限責任公司
• 主分類號: G01M3/26
• 分類號: G01M3/26;G01M3/06
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 孫楠

本發明涉及一種淺層固井水泥氣密性測試裝置及方法，其包括實驗箱、膠結筒、模擬套筒以及注氣加壓設備；實驗箱為開口向上的箱體；膠結筒放置在實驗箱中心，膠結筒底部與實驗箱底部內壁不接觸，膠結筒外壁與實驗箱內壁之間形成用于填裝實驗用土的第一環空；模擬套筒同軸插設在膠結筒內部，模擬套筒上部伸出膠結筒，且模擬套筒外壁與膠結筒內壁之間形成用于填充達到侯凝標準的水泥漿的第二環空，模擬套筒上部外壁與實驗箱上部內壁之間形成用于填充水或鉆井液的第三環空；注氣加壓設備通過快插接頭與模擬套筒內部連通。本發明可以廣泛應用于淺層固井水泥氣密性測試領域。

技術領域

本發明涉及鉆井技術領域，特別涉及一種淺層固井水泥氣密性測試裝置及方法。

背景技術

隨著鉆探開發的持續深入發展，面臨的井下地質條件越來越惡劣，固井過程中，水泥漿被注入套管與井壁之間的環空，水泥漿在井下高溫高壓的環境下最終凝固形成與井壁和套管之間具有一定密封性能的水泥環。在淺層固井初期，淺層流和淺層氣容易氣竄，產生竄槽，影響水泥石膠結強度，降低了水泥的環空封堵性能，給鉆井作業帶來安全隱患，因此水泥環的密封性能是影響井筒完整性和固井質量的重要因素之一。然而，現有技術中并沒有對淺層固井實驗中水泥環的氣密性進行測試的裝置，導致無法對井筒完整性和固井質量進行評價。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種淺層固井水泥氣密性測試裝置及方法，該裝置通過記錄的侯凝時間、氣泡返出位置和采集到的精確壓力值，實現了對水泥氣密性的測量與評價，且操作方便。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種淺層固井水泥氣密性測試裝置，其包括：實驗箱、膠結筒、模擬套筒以及注氣加壓設備；所述實驗箱為開口向上的箱體；所述膠結筒放置在所述實驗箱中心，所述膠結筒底部與所述實驗箱底部內壁不接觸，所述膠結筒外壁與所述實驗箱內壁之間形成用于填裝實驗用土的第一環空；所述模擬套筒同軸插設在所述膠結筒內部，所述模擬套筒上部伸出所述膠結筒，且所述模擬套筒外壁與所述膠結筒內壁之間形成用于填充達到侯凝標準的水泥漿的第二環空，所述模擬套筒上部外壁與所述實驗箱上部內壁之間形成用于填充水或鉆井液的第三環空；所述注氣加壓設備通過快速接頭與所述模擬套筒內部連通。

所述膠結筒包括膠結筒筒體、膠結筒底座和膠結筒上蓋；所述膠結筒底座用于在向所述膠結筒內注入水泥漿時，對所述膠結筒筒體底部進行密封；所述膠結筒上蓋用于封蓋盛滿水泥漿的所述膠結筒筒體頂部。

所述膠結筒上蓋上設置有用于測試氣密性時排出氣體的排氣孔。

所述模擬套筒包括底部開口的套筒筒體和套筒上蓋，所述套筒筒體和套筒上蓋密封連接。

所述套筒筒體和套筒上蓋焊接密封。

所述快速接頭通過螺紋、墊圈與模擬套筒的套筒上蓋密封連接。

所述注氣加壓設備包括加壓泵、注氣套管和壓力計；所述加壓泵一端與氣源相連，另一端與所述注氣套管相連，所述注氣套管另一端通過所述快速接頭與所述模擬套筒的內腔相連通；所述壓力計設置在所述注氣套管上。

一種淺層固井水泥氣密性測試方法，其包括以下步驟：

1)在實驗箱下覆土層后，插入膠結筒，在膠結筒周邊敷設土層，并反復壓實靜置；

2)取出膠結筒，插入模擬套筒，注入在膠結筒中配置成型的水泥，并在土層上方注水形成水層，等待侯凝時間點；

3)到達侯凝時間點后，通過注氣加壓設備向模擬套筒內緩慢注氣加壓；

4)憋壓預設時間后，觀察泥線處剛剛出現氣泡返出時，氣壓大小和氣泡返出位置；

5)持續注氣預設時間，連續觀察氣泡數量、位置及氣壓大小的變化情況，驗證第一膠結面和第二膠結面的固井密封性。