[发明专利]高温高压泥饼界面胶结模拟评价装置

说明书

技术领域

本申请专利发明属于石油勘探开发领域石油钻井科研和生产实验仪器，涉及在实验室环境下模拟现场压力和温度条件，测试井下固井第一、二界面胶结质量的评价仪器。

背景技术

油(气)井固井质量的好坏可通过第一界面(水泥环与套管)和第二界面(水泥环与地层)的胶结质量来评价。在施工现场对油(气)井固井界面胶结质量的测定仪器，均采用大型的仪器车和电缆，主要有声幅测井、声波变密度测井、MAK-2声波和伽马密度测井等方法，一台仪器车需要大量的资金投入，无法应用于科研及实验室模拟评价。目前，由于声波测井的局限性，关于井下界面胶结质量的实验室模拟评价还没有统一的方法和标准，室内测试井眼二界面胶结质量的方法，普遍采用的自制简易试验装置，即简单的养护-加压的机械式力学方法，与现场实际条件相差很大，且没有充分考虑压力、温度等环境因素对实验结果的影响，实验数据精度差。目前国内外还没有统一成型的相对精密的实验室仪器对泥饼质量和固化胶结质量进行模拟评价。

发明内容

本发明为了解决目前国内外缺乏对泥饼质量和固化胶结质量进行试验室模拟评价装置的问题，提出一种能模拟井下条件在室内进行测试：1、油(气)井水泥浆固井后第一界面、泥饼二界面的剪切胶结强度；2、油(气)井水泥浆固井后第二界面的水力胶结强度；3、不同冲洗液对模拟环空的冲洗、顶替效果实验的评价装置。

本发明的高温高压泥饼界面胶结模拟评价装置，所述评价装置主要包括高温高压釜19、模拟井筒13、中间容器22、加热和冷却系统、压力源和压力系统、数据采集控制器23、计算机30和输出设备31，所述模拟井筒组13基本组成包括模拟钻杆62或模拟套管14和刚性模拟井筒67，模拟钻杆拧入釜体中心孔的丝扣64中，模拟钻杆上设有接头66、釜体中心孔的接头上设有堵丝69，模拟井筒下端配备密封环71，模拟井筒13放在高温高压釜19中，高温高压釜19配有高温高压釜盖18，高温高压釜盖18上设有釜中心接头53、釜侧孔接头54和釜体排气孔16，模拟钻杆通过釜体中心孔装入高温高压釜19，釜侧孔接头54可以与各种压力源连接，中间容器22配有中间容器中心接头58和中间容器侧孔接头59，高温高压釜19和中间容器22通过连接管线17连接，连接管线17的一端与高温高压釜19的釜中心接头53连接，另一端与中间容器中心接头58连接，数据采集系统可以采集评价装置的压力、温度、模拟套管的位移，将采集的数据输送到计算机30，可以通过输出设备31打印出来。

可以根据实验要求和步骤更换钻杆或模拟套管。如图2、3所示。

所述加热和冷却系统包括高温高压釜19的釜体加热套51、釜体冷却水进回管线32、33。

所述压力源包括氮气源1、压缩空气2、水源3和增压泵8，所述压力系统包括连接氮气源1、压缩空气2、水源3和增压泵8以及高温高压釜19、中间容器22的各条管线。

所述装置还包括泥饼清洗管路包括水源3、水源阀37，清洗水管线接头27、气源顶替阀57、高温高压釜19、模拟井筒13、中间容器22、连接管线17、接在釜侧孔接头54上的软管和空的容器。

在本发明中引入了力学剪切测定界面胶结质量的方法，实现了以往不能满足的高温高压的实验条件，实现了钻井液井筒式滤失、钻井液冲洗顶替、固井液注入等连续性实验操作的创新，可模拟评价油田实际井下粘稠钻井液、泥饼等对固井质量的影响，不同冲洗液对环空冲洗效果的评价等。对固井液与套管、固井液与井壁之间的界面剪切胶结强度和水力胶结强度选择性测定，为钻井液及泥饼的综合评价、固井液配方优选、冲洗液配方优选提供实验数据；可优化钻井液和固井液的配方设计，优选井下顶替效率参数，对提高现场固井施工质量、防止层间窜槽及保护油气层具有重要的指导作用。

本发明区别于其它装置的特征如下：

(一)设计独特的多功能高温高压釜体总成

调节温控和压力系统模拟井下条件，在该釜体内可完成模拟井下条件的钻井液滤失形成泥饼、利用循环系统冲洗液对钻井液及虚泥饼的冲洗顶替、水泥浆的注入、模拟井眼环空的养护固化等施工过程，为与钻井相关的钻井液泥饼性能、固井清洗液、特种固井液性能相关评价实验提供试验平台。

(二)设计并制作了具有仿真的渗透性模拟井筒

可依据地质要求选用不同渗透性参数的环形井筒，模拟钻井过程中泥饼的形成、水泥浆在井眼环空中的失水情况，钻井液用量0.8～5L。

(三)仿真的钻井液冲洗、顶替循环系统