[實用新型]干熱巖地層高溫高壓環(huán)境井筒套管-水泥環(huán)膠結(jié)面測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920765478.1
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN210087307U
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙新波;李凱;孔亮;張立松;張兆軍
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: E21B47/005
• 分類號: E21B47/005
• 代理公司: 青島合創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37264
• 代理人: 傅培

本實用新型所述干熱巖地層高溫高壓環(huán)境井筒套管?水泥環(huán)膠結(jié)面測試裝置水平方向上以套管為中心，由內(nèi)到外依次包括套管、水泥環(huán)、地層巖石、水平加載傳力構(gòu)件和保溫層；所述保溫層的內(nèi)側(cè)均勻設(shè)置加熱裝置。加熱裝置采用電熱合金絲為加熱元件，保溫層采用陶瓷纖維板?微孔絕熱板為保溫材料。水平加載傳力構(gòu)件與液壓油缸相連接獲取水平方向的壓力；垂向加載傳力構(gòu)件與萬能試驗機相連獲取垂直方向的壓力。套管通過水管與水泵相連，組成循環(huán)系統(tǒng)。所述測試裝置還包括用于監(jiān)控膠結(jié)面的破裂情況的滲漏測試系統(tǒng)。所述測試裝置不但環(huán)境溫度可以達(dá)到干熱巖地層溫度的要求，而且提供了精確的非均勻地應(yīng)力場載荷的施加，從而得到真實的干熱巖室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于干熱巖工程固井領(lǐng)域，具體涉及干熱巖地層高溫、高壓環(huán)境下井筒套管-水泥環(huán)膠結(jié)強度的測試裝置及方法。

背景技術(shù)

地?zé)豳Y源是一種新型、清潔的可再生能源，是目前可以有效解決傳統(tǒng)化石燃料，解決能源短缺和空氣污染的綠色新能源之一。大量的地?zé)崮軆Υ嬗跀?shù)千米深的干熱巖（HDR）地?zé)豳Y源中，所以干熱巖也被稱為增強型地?zé)豳Y源。干熱巖本身是內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體，很少存在孔隙或裂隙，滲透性能極差，其溫度一般大于200℃，絕大部分為中生代以來的中酸性侵入巖，但也可以是中新生代的變質(zhì)巖，甚至是厚度巨大的塊狀沉積巖。因此，只有借助外部水力壓裂等儲層改造技術(shù)才可以實現(xiàn)地?zé)豳Y源的商業(yè)化開發(fā)。

目前，開發(fā)干熱巖資源最主要的方法是水力壓裂法。“水力壓裂法”通過注入井高壓注入常溫壓裂液，實現(xiàn)壓裂干熱巖地?zé)醿拥哪康模唤柚谒毫蚜芽p，可建立儲層地?zé)峤粨Q通道，從而擴大儲層換熱面積，加速注入流體與周圍巖體的熱交換速率。同時還需在裂縫改造區(qū)域鉆生產(chǎn)井，實現(xiàn)流體循環(huán)提取，通過生產(chǎn)井采出的高溫流體經(jīng)生產(chǎn)過程冷卻后還可再次回注到注入井中，再次充當(dāng)注入流體，從而達(dá)到循環(huán)利用的目的。

然而，井筒系統(tǒng)中的套管-水泥環(huán)膠結(jié)面等結(jié)構(gòu)在干熱巖儲層中的環(huán)境非常惡劣，由于膠結(jié)面結(jié)構(gòu)為井筒系統(tǒng)最薄弱結(jié)構(gòu)，在使用過程中極易出現(xiàn)膠結(jié)面破裂，從而帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，研究套管-水泥環(huán)膠結(jié)面在干熱巖地層中的膠結(jié)強度，對于干熱巖資源的利用具有非常重要的意義。發(fā)明專利申請201710916807.3公開了“干熱巖增強型地?zé)嵯到y(tǒng)的水力壓裂模擬實驗裝置及方法”，該申請模擬干熱巖高壓高溫生成環(huán)境，通過設(shè)計多級活塞來對巖芯施加精確應(yīng)力，并采用耐壓耐溫多孔板來保持干熱巖流體的滲透性，并通過導(dǎo)流槽外接到流體采集室，同時在真三軸高壓斧內(nèi)部嵌入可調(diào)節(jié)聲發(fā)射探頭來監(jiān)測水力壓裂過程中裂縫擴展時的聲發(fā)射事件，利用該裝置可以實現(xiàn)三軸圍壓條件對巖石水力壓裂-聲發(fā)射-熱能采收效率等信息的一體化采集，研究干熱巖水力裂縫的起裂與擴展情況。該申請以水力壓裂腔為依托，通過多級活塞施加壓力來實現(xiàn)三維壓力；選用8個活塞施壓，在一定程度上解決了壓力不均勻的問題，但是在活塞施壓的過程中，水力壓裂腔本身會分擔(dān)一定的壓力，同時還會產(chǎn)生一定程度的變形，使得三個方向上的壓力彼此干擾，從而降低了三個方向上施加地應(yīng)力的精確度。而作為模擬裝置，能否精確模擬特定的實驗環(huán)境，是衡量模擬裝置的重要指標(biāo)；也是研究井筒套管-水泥環(huán)在干熱巖地層中的膠結(jié)強度的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中模擬裝置所存在的問題，本實用新型提供了干熱巖地層高溫高壓環(huán)境井筒套管-水泥環(huán)膠結(jié)面測試裝置，不但環(huán)境溫度可以達(dá)到干熱巖地層溫度的要求，而且提供了精確的非均勻地應(yīng)力場載荷的施加，從而得到真實的干熱巖室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)。

本實用新型的技術(shù)方案：

干熱巖地層高溫高壓環(huán)境井筒套管-水泥環(huán)膠結(jié)面測試裝置，所述測試裝置水平方向上以套管為中心，由內(nèi)到外依次包括套管、水泥環(huán)、地層巖石、水平加載傳力構(gòu)件和保溫層；所述保溫層的內(nèi)側(cè)均勻設(shè)置加熱裝置。所述加熱裝置采用電熱合金絲為加熱元件，所述保溫裝置采用陶瓷纖維板-微孔絕熱板為保溫材料。