[发明专利]一种井下环空微裂缝模拟装置

说明书

技术领域

本发明是用于测试环空微裂缝，为改进固井工艺措施及数值模拟计算提供依据，更具体地讲，涉及一种井下环空微裂缝模拟装置。

背景技术

水泥石是一种具有先天缺陷的脆性材料，井下水泥环在射孔弹高能聚流冲击力的作用下，会破裂形成宏观裂纹，油气井开发过程中的后续增产措施使这些裂纹进一步扩大，致使水泥环的封隔作用彻底失效。另外水泥石的收缩使界面产生微间隙，这些都可导致后期发生气水窜，国内关于井下环空微裂缝的实验检验还属空白。

国外并没有专用的环空微裂缝的模拟装置，只是在实验室在用两层套管之间注入水泥浆，待水泥凝固后通过向内层套管加压，然后剖开后观察水泥石内部有没有裂缝，无法模拟井下环境，没有考虑套管受的拉力，也不能实时测量内部裂缝的发育程度，只能定性观察。在检测过程中需要将固结后的水泥环卸出，然后再进行剖开处理，检测周期长，不能全面分析环空微裂缝的开裂情况。

发明内容

为了实现井下环空微裂缝的快速模拟检测，全面掌握井下环空微裂纹的开裂情况，为提高固井质量、改进固井工艺措施及数值模拟计算提供准确的依据。

为实现上述目的，本发明提供了一种井下环空微裂缝模拟装置，所述技术方案如下：一种井下环空微裂缝模拟装置，包括框架、内筒体和外筒体，所述内筒体与外筒体同轴套置并固定于所述框架上，所述内筒体和所述外筒体的下端与所述框架密封连接，所述内筒体与所述外筒体之间形成一用于注入水泥浆的密闭环隙；

所述内筒体的上端伸出所述外筒体的端部，

所述内筒体上设有一施压装置和载荷检测装置，所述施压装置的施压端作用于所述内筒体上，并将所述内筒体的上端开口密封，用于模拟井筒的受力；

所述外筒体上设有加热装置，用于模拟井下温度；

所述密闭环隙的下端设有检测气进口，所述密闭环隙的上端设有检测气收集孔。

所述施压装置包括液压油缸和端盖，所述液压油缸的一端与所述框架固定连接，所述液压油缸所产生的作用力作用于所述端盖的上端面，所述端盖设置于所述内筒体的上端并同其密封连接，所述端盖上成型有压力液进口，所述压力液进口通过管路与液压源连通。

所述载荷检测装置包括：

载荷传感器，设置于所述端盖上，并与所述高位油缸的作用端固定连接；

位移传感器，固定于所述内筒体的延伸端，用于测量内筒体在受一定载荷作用下所产生的位移量。

所述加热装置包括釜体、釜盖和加热器组件，所述釜体和釜盖套置于所述外筒体的外侧，所述釜体、釜盖、外筒体和框架之间形成一密闭的加热环隙，所述加热环隙内设有加热介质，所述加热器组件用于对所述加热介质进行加热。

进一步，所述密闭环隙的下端设有过滤网，所述水泥浆设置于所述过滤网的上方。

所述框架包括支撑杆、上连接板、下连接板和基座，所述上连接板和下连接板分别与所述支撑杆的两端垂直固定连接，所述基座设置于所述下连接板上，所述液压油缸的固定端与所述上连接板固定连接；

所述基座包括釜体基座和筒体基座，所述釜体基座与所述下连接板固定连接，用于固定和密封所述釜体；

所述筒体基座设置于所述釜体基座内，用于固定和密封所述内筒体和外筒体。

其中检测气进口所充气体为氮气。

本发明所提供的技术方案的有益效果是：

本发明通过在内筒体上设置施压装置和载荷检测装置，可以准确地模拟井筒的受力情况，另外在外筒体的外侧固定有加热装置，通过加热装置加热来模拟井下的温度情况，待水泥浆固结后，通过在固结后的水泥浆的底部注入检测气体，然后在固结后水泥浆的上部对检测气体进行收集，若存在检测气体，则通过分析单位时间内收集到的氮气量对环隙裂纹进行定量描述，根据水泥环上部泄露气体量的多少可以判断出井下水泥石的裂纹情况，其操作方便、可模拟井下真实环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的井下环空微裂模拟装置结构图。

图中：

1-框架，11-上连接板，12-下连接板，13-支撑杆，14-基座，141-筒体基座，142-釜体基座；

2-施压装置，21-液压油缸，22-连杆，23-端盖；

3-载荷检测装置，31-载荷传感器，32-位移传感器；