[发明专利]一种模拟泥岩吸水套管损坏的装置以及模拟方法

说明书

一种模拟泥岩吸水套管损坏的装置以及模拟方法。主要为了模拟在向泥岩层注水过程中，泥岩吸水膨胀，会产生一个向各个方向膨胀的应力，对在地层中的井筒产生挤压，而形成套管损坏的过程。其特征在于：该装置由人造泥岩、井筒、密封钢板、压力传感器以及注水装置组成；将井筒内壁水平方向射开一螺纹孔用于固定压力传感器，压力传感器的信号输出端通过电缆连接到外部的显示电路上。用配置好的泥岩将井筒外壁胶结住，在泥岩外部环绕一层密封钢板，形成一个抗压密封的装置，在该装置的外壁呈90^o角方向射开一个螺纹孔，外接注水管线与注水装置相连，泥岩吸水蠕变后，对套管产生非均匀载荷，最大水平地应力与由现场数据获得的最小水平地应力的作用下，等效破坏载荷达到套管的屈服强度时，套管发生破坏，从而模拟泥岩吸水套管损坏。

技术领域

本发明是一种用于进行模拟向泥岩中注水导致泥岩吸水膨胀对套管产生压应力，而使套管产生变形或损坏的一种装置以及模拟方法。

背景技术

随着油田开发的发展，套管损坏是各个油田普遍存在的问题。目前套损速度有逐年增加的趋势，严重影响了各大油田的生产，造成人力、物力和财力的巨大损失。在采油过程中油藏结构变化打破了原地应力场的平衡，泥岩层吸水蠕变产生地层滑动是引起套管损坏的主要原因。目前实验室在研究模拟泥岩吸水套管损坏的装置以及模拟方法时，通常依据去改变套管的结构尺寸、材料性能、地层的载荷等，从而阻止套损的发生。但是这套实验设备造价昂贵，试制周期较长，难以实现模拟真实作用于套管复杂的地层应力，而且实验效果也难以估计。

发明内容

为了解决背景技术中提到的难以解决的问题。本发明提供了一种模拟泥岩吸水套管损坏的装置以及模拟方法，利用该装置可在实验室中实现套损过程的仿真模拟，探究套损机理，分析套损规律。从而解决由于压力过大而形成套损所带来的油田开发过程中的损失，并可以得到进一步的预防，带来更多的经济效益。

本发明的技术方案是：该一种模拟泥岩吸水套管损坏的装置，包括人造泥岩和井筒，此外，所述装置还包括密封钢板、螺纹孔、电缆、压力传感器以及注水装置；

井筒为从井口到井底的筒状四壁，井筒的内径规格为5cm，壁厚5mm，长度为30cm；将井筒内壁水平方向射开一压力传感器固定螺纹孔用于固定压力传感器，压力传感器的信号输出端通过电缆连接到外部的显示电路上；

人造泥岩，长为30cm、宽为20cm、高为30cm；人造泥岩为一种由泥巴及黏土固化而成的沉积岩，其成分与构造和页岩相同；泥岩位于井筒的外壁，在所述泥岩外部环绕密封钢板；

沿所述井筒的轴向方向开有一个螺纹孔，外接注水管线与注水装置相连；

所述注水装置为自动补水装置，包括电磁阀、水箱、液位探测器、水泵、注水管线以及高低液位声光报警器。

利用前述装置进行模拟套管损坏的方法包括如下步骤：

第一步，水箱中的水由水泵抽出，通过与螺纹孔相连的注水管线注入到装置中；将电磁阀一端的信号接收端连入水箱中，液面降低时，接受端与水面分离，高低液位声光报警器响起，水泵正常关闭，电磁阀开始补水，形成一个循环往复的自动补水装置；

第二步，压力传感器感应泥岩注水膨胀时对井筒产生的挤压力，压力传感器感应到的信号通过电缆输出后，在显示屏上显示最大压应力；

第三步，结合第二步获得的最大压应力和由现场数据获得的最小应力按照公式（1）、（2）和（3）计算出等效应力；

套管的等效破坏载荷：

（1）

其中：代表最大压应力；代表最小应力；代表套管的等效破坏载荷

载荷的非均匀系数：