[發明專利]用于固井環空加壓的實驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201911292719.6
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN111088977B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 唐世忠;李娟;滕國權;李早元;吳華;馮波;呂照鵬;張曉峰;鄭麗娜;郭偉明
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B33/13;G01N33/38
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 賈敏

1.一種用于固井環空加壓的實驗裝置，其特征在于，所述實驗裝置包括實驗釜、傳感器模塊、環空壓力調節模塊、至少兩個水層壓力調節模塊；

所述實驗釜包括釜體、套管柱、彈性封隔圈、上釜蓋和下釜蓋，所述套管柱同軸插裝在所述釜體中，所述釜體和所述套管柱之間形成柱形的環空，所述彈性封隔圈同軸密封設置在所述環空內且靠近所述環空的第一端，所述上釜蓋可拆卸地密封安裝在所述環空的第一端，所述下釜蓋可拆卸地密封安裝在所述環空的第二端；

所述環空壓力調節模塊包括環空泵，所述環空泵的輸出端穿過所述上釜蓋與所述彈性封隔圈和所述上釜蓋之間的環空連通；

各所述水層壓力調節模塊沿所述環空的長度方向依次間隔布置，所述水層壓力調節模塊包括水層泵、限壓閥、中間液壓缸和巖心夾持腔，對于任一個所述水層壓力調節模塊，所述水層泵的輸出端和所述限壓閥的輸入端均與所述中間液壓缸的第一無桿腔連通，所述巖心夾持腔設置在所述釜體的外壁上，所述巖心夾持腔與所述彈性封隔圈和所述下釜蓋之間的環空連通，所述中間液壓缸的第二無桿腔與所述巖心夾持腔連通；

所述傳感器模塊包括水層壓力傳感器和環空壓力傳感器，所述水層壓力傳感器與各所述巖心夾持腔一一對應，每個所述水層壓力傳感器均設置在所述環空中，且各所述水層壓力傳感器分別和各自對應的所述巖心夾持腔位于同一水平面上，所述環空壓力傳感器設置在所述環空中且靠近所述環空的第二端。

2.根據權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，所述實驗裝置還包括溫度調節模塊，所述溫度調節模塊緊貼所述釜體設置且沿所述環空的長度方向延伸。

3.根據權利要求2所述的實驗裝置，其特征在于，所述溫度調節模塊包括電伴熱帶和冷卻水管，所述電伴熱帶和所述冷卻水管均緊貼所述釜體設置且沿所述環空的長度方向延伸，所述電伴熱帶和所述冷卻水管間隔布置。

4.根據權利要求1-3任一項所述的實驗裝置，其特征在于，所述限壓閥的閾值大于所述水層泵的輸出壓力0.05Mpa。

5.根據權利要求1-3任一項所述的實驗裝置，其特征在于，所述上釜蓋上設置有第一放空閥，所述第一放空閥穿過所述上釜蓋與所述彈性封隔圈和所述上釜蓋之間的環空連通。

6.根據權利要求1-3任一項所述的實驗裝置，其特征在于，每個所述水層壓力調節模塊均包括第二放空閥，所述第二放空閥連通在所述中間液壓缸和所述巖心夾持腔之間的管路上。

7.根據權利要求1-3任一項所述的實驗裝置，其特征在于，每個所述水層壓力調節模塊均包括截止閥，所述截止閥連通在所述中間液壓缸和所述巖心夾持腔之間的管路上。

8.根據權利要求1-3任一項所述的實驗裝置，其特征在于，所述中間液壓缸和所述巖心夾持腔之間的管路上、所述環空泵的輸出端均設置有液壓表。

9.一種用于固井環空加壓的實驗方法，其特征在于，所述實驗方法適用于權利要求1-8任一項所述的實驗裝置，所述實驗方法包括：

將套管套裝在所述套管柱上，將樣本巖心夾裝在所述巖心夾持腔中；

向所述環空中注入水泥漿；

將所述彈性封隔圈和所述上釜蓋依次安裝在所述環空的第一端；

根據井筒的實際參數，確定環空模擬壓力，通過所述環空泵對所述環空進行加壓，使得所述環空的壓力等于所述環空模擬壓力；

根據各水層的實際參數，確定各水層模擬壓力，通過各所述水層泵對各自對應的所述巖心夾持腔進行加壓，使得各所述巖心夾持腔的壓力等于對應的水層模擬壓力；

候凝所述水泥漿并計時，直至任一個所述水層壓力傳感器所檢測到的壓力值等于對應的所述水層模擬壓力，停止計時以得到環空加壓起始時間，通過所述環空壓力傳感器得到環空加壓基準值；

增大所述環空泵的輸出壓力，使得所述環空壓力傳感器所檢測到的壓力值始終等于所述環空加壓基準值，所述環空泵增大的輸出壓力為環空加壓值；

根據實際井筒中水泥漿的垂深、所述釜體中水泥漿的垂深、所述釜體的橫截面直徑和所述實際井筒的橫截面直徑之比、所述環空加壓值，計算得到實際環空加壓值。

10.根據權利要求9所述的實驗方法，其特征在于，所述實驗方法包括：

通過以下公式計算得到所述實際環空加壓值：

其中，ΔP_實際為所述實際環空加壓值，H為所述實際井筒中水泥漿的垂深，h為所述釜體中水泥漿的垂深，ε為所述釜體的橫截面直徑和所述實際井筒的橫截面直徑之比，ΔP_模擬為所述環空加壓值。