[发明专利]用于评价压裂环境下套管完整性的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气井技术领域，具体是一种用于评价压裂环境下套管完整性的装置及方法，特别是一种用于评价页岩气井内大规模多级压裂环境下套管完整性的装置及方法。

背景技术

目前，国内外页岩气井的开发主要是通过大规模多级压裂改造储层渗透率实现的，而大规模多级压裂改造技术会对井筒产生循环温度效应及循环高压作用，影响井筒中套管完整性，其中完整性是指井筒与水泥环之间的密封性是否可靠、井筒是否变形。在实际开采中，页岩气井大规模多级压裂阶段多次出现套管变形损坏，主要是压裂产生的裂缝和高温高压环境改变地层应力分布，对套管产生应力集中，引起套管屈服。

现有的针对井筒完整性的实验装置集中研究了压力和温度对水泥环的影响，但是，现有的该些装置只是单纯针对套管或水泥环设定模拟条件，并没有设置地层，也没有针对地层设定压力环境，无法真实的模拟井下井筒环境，且该些装置只能实现单个或几个影响因素的井下环境模拟(例如只考虑了温度、压力因素)，而无法设置非均匀地应力、水泥浆高温高压侯凝及套管偏心等环境，测量系统简易，不能真实、准确、定量的评价井筒完整性。

有鉴于上述现有技术存在的问题，本发明人结合相关制造领域多年的设计及使用经验，提供一种用于评价压裂环境下套管完整性的装置及方法，来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的一目的是提供一种用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其能真实模拟井筒压裂环境，准确、定量的实现对井筒完整性的评价。

本发明的另一目的是提供一种用于评价压裂环境下套管完整性的方法，其能真实模拟井筒压裂环境，准确、定量的实现对井筒完整性的评价。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种用于评价压裂环境下套管完整性的装置，其包括：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。

在优选的实施方式中，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。

在优选的实施方式中，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。

在优选的实施方式中，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。

在优选的实施方式中，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。

在优选的实施方式中，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。

在优选的实施方式中，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。