[發明專利]一種固井水泥漿侯凝過程中金屬套管變形量測試裝置

有效

• 申請號: 202110224439.2
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112782002B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 程小偉;李進;范宇;鄭友志;靳建洲;張華;張軍;辜濤;于永金;趙軍;徐明;齊奉忠;張弛;劉子帥;劉開強;張春梅
• 申請（專利權）人: 西南石油大學;中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司;中國石油集團工程技術研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/06;G01B5/30
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明涉及一種固井水泥漿侯凝過程中金屬套管變形量測試裝置，包括高溫高壓釜1、空氣壓縮泵2、水泥漿攪拌儲存容器3、液壓增壓機4、套管形變測量尺和計算機與數據顯示系統7,高溫高壓釜1左端設置導熱油進油口21和壓力傳感器20，右端設置導熱油回油口28和加熱器31；釜蓋25設置開孔插入熱電偶23，釜底設置水泥漿泵入口26；釜內有模擬套管漿筒；加熱器、熱電偶、壓力傳感器連接計算機與數據顯示系統7；套管形變測量尺包括橫向形變測量尺33和縱向形變測量尺34，分別檢測模擬套管的橫向和縱向變形量。本發明原理可靠，結構合理，能夠測試不同溫度、壓力下由于固井水泥漿膨脹而引起的套管形變量，測試過程方便快捷，測試結果更加符合井下實際工況。

技術領域

本發明涉及油氣井固井領域模擬測量固井水泥漿在地層侯凝過程中由于水化反應放熱引起金屬套管發生形變的測試裝置。

背景技術

套管在石油與天然氣開采過程中的主要作用是隔離地層壓力和保護油管，一旦套管發生變形、損傷或者開裂會直接影響到油氣井的開采壽命。

石油與天然氣行業中開采的關鍵之一就是套管與水泥的膠結界面，固井水泥進入地層后的侯凝過程中，油氣井固井水泥自身發生的水化反應是一種放熱反應，大量熱量的釋放使其溫度驟升，其體積會發生相應的膨脹。與固井水泥緊密接觸的套管也會在壓力的改變下發生相應的形變，變形量超過標準會使得套管發生損傷，相應的給開采作業增加難度，甚至影響到工程安全。

盡管目前已經開始在多處油氣井使用石油膨脹套管，但是金屬套管變形量的實驗室測試依舊沒有統一的科學評估方法。更多的是停留在數字模擬計算力學導致套管變形方面，但是模擬計算公式設定的參數與現場施工的真實環境總會存在一定的誤差，使得結果始終無法完美契合施工現場，數值擬合所得到的公式在一定條件下較為符合，更換開采場地或者不同條件，公式的適用性就會出現問題。

目前還有通過補貼（補漏）的方式來彌補套管形變過大后出現的裂紋、裂縫，但是無論是采用波紋管補貼技術還是采用套管補貼加固技術，都會存在明顯不足，波紋管管壁薄，容易變形，修復效果受到極大限制，套管補貼加固技術的加固效果也一般。

因此，研發固井水泥漿侯凝過程中套管變形量的測試裝置，對套管形變做出科學的評估與測試，成為當務之急。

發明內容

本發明的目的在于提供一種固井水泥漿侯凝過程中金屬套管變形量測試裝置，該裝置原理可靠，結構合理，能夠滿足地層高溫、高壓的環境，測試不同溫度、壓力下由于固井水泥漿膨脹而引起的套管形變量，測試過程方便快捷，測試結果更加符合井下實際工況。

為達到以上技術目的，本發明采用以下技術方案。

固井水泥漿侯凝過程中金屬套管變形量測試裝置，主要由高溫高壓釜、模擬套管漿筒系統、油井水泥漿攪拌儲存泵入系統、漿筒內部壓力傳感器、套管形變千分尺、反應釜內部熱電偶、反應釜內部壓力傳感器、反應釜溫度控制系統、反應釜壓力控制系統、數據采集單元、數據處理單元組成。

所述高溫高壓釜為楔形槽，便于套管形變千分尺的安裝與測量，釜體兩側有精密度較高的溫度控制系統。

所述模擬套管漿筒系統主要由漿筒（金屬材質，與油井套管一致）、筒蓋、筒蓋固定螺栓、螺栓墊片、橡膠圈、底蓋、底蓋卡銷組成。其中筒蓋固定螺栓為中空設計，可連接插入壓力傳感器，測試漿筒內部的壓力變化。

所述油井水泥漿攪拌儲存泵入系統主要由空氣壓縮泵以及油井水泥漿攪拌儲存容器組成，固井水泥漿攪拌儲存容器內設攪拌器，待油井水泥漿攪拌充分后由空氣壓縮泵將其泵入高溫高壓釜。

所述漿筒內部壓力傳感器由反應釜蓋深入漿筒內部，壓力感應有效端位于傳感器尖部，通過漿筒筒蓋固定螺栓深入漿桶內部，測試侯凝過程中漿筒內部壓力變化。