[发明专利]高温高压固井一、二界面封固能力测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气井工程固井过程中固井一、二界面封固能力测试装置及方法，能模拟在高温高压条件下，二界面泥饼的形成以及对固井一、二界面的封固能力测试。

背景技术

对油气井固井完井工程而言，通常把套管与水泥环之间的胶结面称之为固井一界面，把水泥环与地层之间的胶结面称之为固井二界面。固井一、二界面问题是长期困扰石油工程界且亟待解决的一个复杂性工程难题，它严重制约了石油天然气(含煤层气)勘探开发的效果和效益已是不争的事实。如今我国东部已开发油田大多进入高含水阶段，未开发的油田也多为低渗、特稠油、超稠油，由于井下地质构造等客观因素和人为因素的影响，如：套管在高温高压环境下膨胀，易造成封固一、二界面损坏；套管试压，大规模强化开采措施，如射孔、酸化、压裂等后期作业均会对固井一、二界面带来严重的应力冲击，当一、二界面不能承受强制性的冲击时，将有可能发生破坏。固井二界面封隔失效主要是由于水泥环和地层之间的界面处存在松散的泥饼，使水泥环与地层壁面之间发生不同程度的剥离而形成微裂缝，导致固井二界面胶结强度下降，给被圈闭于地层的流体创造窜流路径。

因此，开展固井一、二界面封固能力评价研究有着非常重要的意义。张玉广提出固井二界面仿真实验系统和评价方法(张玉广，李新宏，高玉堂，等.养护时间和泥饼改性剂对固井二界面胶结强度的影响[J].油田化学，2010，27(2):124-127)，崔茂荣提出了一种的高温高压岩心滤失装置(崔茂荣，马勇.评价钻井液滤饼对固井二界面胶结质量影响的新方法[J].天然气工业，2006,26(12):92-93)，顾军提出了一种固井二界面封固能力仿真评价装置(顾军，杨卫华，秦文政，等.固井二界面封固能力评价方法研究[J].石油学报，2008，29(3):451-454)，但该装置存在许多不足，一是未能实现在本装置内形成泥饼，二是形成的泥饼仅仅是“平行”的理想结构，不符合实际的“环”状结构，三是不能真实模拟高温高压条件下的井况，四是该装置只能评价固井二界面，不能评价固井一界面的封固能力。

这些研究方法和评价装置都力图模拟固井二界面在井下工况下的受力状态，然而也存在大量的弊端。一方面固井二界面的泥饼没能在同一装置内形成，同时无法同时检测固井一界面的封固能力，另一方面这些评价装置都没有遵循实际的组合体结构进行固井一、二界面的评价，且基于实验设备和条件的限制，很少考虑在高温、高压或者在这两者变化条件下对固井一、二界面封固能力的量化评定。

发明内容

本发明的目的在于提供高温高压固井一、二界面封固能力测试装置，该装置能真实地模拟井况下泥饼的形成，并能比较准确地测试固井一、二界面的封固能力，克服了现有技术的缺陷。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置进行高温高压固井一、二界面封固能力测试的方法，该方法原理可靠，能模拟高温高压条件下固井一、二界面处的封固能力，评价结果更为精确。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

高温高压固井一、二界面封固能力测试装置，主要由釜体、外压泵、内压泵、加热带、围压套、内压管、凸型环堵头、凹型环堵头、氮气源、转子流量计、观察锥形瓶、外压力传感器、外电偶、内压力传感器、内电偶、气液排放阀、计算机组成。

所述釜体内部，由外向内依次置有围压套、模拟岩心、人造泥饼、水泥环、内压管，所述内压管连接内压力传感器、内电偶；所述釜体外部，通过围压口连接外压泵，还连接外压力传感器、外电偶以及加热带，所述加热带由环形电阻丝加热元件和保温套组成。

所述釜体顶部的上釜盖有凹型环堵头，凹型环堵头分布有氮气进气口、内压进气口、一界面验气口、二界面验气口；所述釜体底部的下釜盖有凸型环堵头，凸型环堵头分布有一界面进气口、二界面进气口、气液排放阀。

所述釜体内的水泥环通过氮气进气口连接氮气源，内压管通过内压进气口连接内压泵，内压管和水泥环形成的一界面通过一界面验气口，水泥环和人造泥饼形成的二界面通过二界面验气口，分别依次连接控制阀、压力表、转子流量计与观察锥形瓶。

内压管和水泥环形成的一界面，水泥环和人造泥饼形成的二界面分别通过一界面进气口、二界面进气口连接控制阀、氮气源。

所述内压力传感器、内电偶，外压力传感器、外电偶均和计算机相连。

所述凸型环堵头与凹型环堵头均内密封，目的在于让通入泥饼处的气体只沿二界面窜流，同时防止通气时一、二界面的气体相互窜流。