[发明专利]用于评价压裂环境下套管完整性的装置及方法

权利要求书

1.一种用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其特征在于，所述用于评价压裂环境下套管完整性的装置包括：

密封的腔体，其横截面呈矩形，所述腔体内贴设井筒，所述井筒包括岩体和设于所述岩体内的套管，所述套管与所述岩体之间形成水泥环空，所述水泥环空与水泥浆储存罐相连；

地应力供给机构，其包括两个能向所述岩体施加压力的加压板，两个所述加压板设于所述腔体内并相互垂直的贴设于所述岩体的两个侧面；

温度调节机构，其包括铜芯棒和液氮罐，所述铜芯棒的一端插设于所述套管内，所述铜芯棒的另一端与加热平台相连，所述液氮罐能分别与所述套管和所述水泥环空相连；

压力供给机构，其包括第一液压泵和第二液压泵，所述第一液压泵与所述套管相连，所述第二液压泵与所述水泥环空相连；

测量机构，其包括气体流量计、三组应变片和三组热电偶，所述气体流量计与所述水泥环空相连，三组所述应变片和三组所述热电偶均分别设于所述套管的内壁、所述套管的外壁和所述岩体的内壁，所述气体流量计、所述应变片和所述热电偶分别与一计算处理单元电连接。

2.根据权利要求1所述的用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其特征在于，所述腔体的底壁的上表面凸设下环形凸起，所述腔体的顶壁的下表面凸设上环形凸起，所述套管的两端分别卡设于所述上环形凸起和所述下环形凸起。

3.根据权利要求1所述的用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其特征在于，所述腔体的两个侧面分别设有与所述加压板对应的密封板，所述密封板的内壁凹设活塞腔，所述加压板的外壁与活塞的一端相连，所述活塞的另一端密封设于所述活塞腔内并与所述活塞腔的底面围设形成压力室，所述压力室与第三液压泵相连。

4.根据权利要求1所述的用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其特征在于，所述腔体的底壁上设有与所述套管连通的油口，所述温度调节机构还包括油泵和油箱，所述油泵通过设有进油阀的管路与所述油口相连，所述油箱通过设有泄压阀的管路与所述油口相连。

5.根据权利要求1所述的用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其特征在于，所述铜芯棒包括基座和连接于所述基座上的棒体，所述基座的上表面与所述腔体的底壁相连，所述棒体穿过所述腔体的底壁并插设于所述套管内，所述基座的下表面与所述加热平台相连。

6.根据权利要求1所述的用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其特征在于，所述腔体的顶壁设有与所述套管连通的套管注入口和与所述水泥环空连通的环空注入口，所述第一液压泵通过设有套压控制阀的管路与所述套管注入口相连，所述第二液压泵通过设有环压控制阀的管路、所述水泥浆储存罐通过设有水泥浆注入阀的管路及所述液氮罐通过设有液氮罐控制阀的管路分别与所述环空注入口相连；所述腔体的底壁设有与所述水泥环空连通的检测口，所述气体流量计通过设有密封控制阀的管路与所述检测口相连。

7.根据权利要求1所述的用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其特征在于，每组所述应变片包括三个应变片单元，三个所述应变片单元自上而下等间隔设置，每组所述热电偶包括两个热电偶单元，两个所述热电偶单元分别设于两两相邻的所述应变片单元之间。

8.根据权利要求1所述的用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其特征在于，所述岩体内设有通孔，所述套管设于所述岩体的通孔内，所述套管的轴向中心线、所述岩体的通孔的轴向中心线和所述腔体的中心线共线；或所述套管的轴向中心线与所述腔体的中心线共线，且所述岩体的通孔的轴向中心线与所述套管的轴向中心线相偏离。

9.一种用于评价压裂环境下套管完整性的方法，其特征在于，其采用如权利要求1至权利要求8中任一项所述的用于评价压裂环境下套管完整性的装置，所述用于评价压裂环境下套管完整性的方法包括如下步骤：

步骤S1：由水泥浆储存罐向水泥环空内注入水泥浆，加热平台通过铜芯棒将所述套管加热至设定温度，通过第二液压泵向所述水泥环空注入设定压力，直至所述水泥环空内的水泥浆凝固，停止所述加热平台加热；

步骤S2：将液氮罐和气体流量计分别与所述水泥环空连通，通过两个加压板向岩体加压；

步骤S3：所述加热平台将所述套管加热至试验压裂温度，通过第一液压泵向所述套管内施加试验压裂压力，由计算处理单元记录气体流量计、应变片和热电偶的数值。

10.根据权利要求9所述的用于评价压裂环境下套管完整性的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，通过油泵向所述套管内注入矿物油，所述加热平台通过铜芯棒加热所述矿物油，所述矿物油将所述套管加热至所述设定温度。