[发明专利]模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置及实验方法

说明书

本发明涉及的是模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置及实验方法，它包括密封盖、反应容器、第一恒流恒压泵、第二恒流恒压泵、实验试件，实验试件由固井水泥环套置在套管外构成，螺旋筛管盘绕在固井水泥环与反应容器之间的环形空间内，密封盖内端面中心设置圆柱形的定位凸起；密封盖上有进水孔、溢水孔、阀孔，进水孔与第一恒流恒压泵通过高压导流线连接，阀孔处安装有控压阀；反应容器底部有进液孔，进液孔内部安装有单向阀，进液孔与第二恒流恒压泵通过高压导流线连接，螺旋筛管上端是封闭的，螺旋筛管下端开口连接进液孔，螺旋筛管上均匀分布有若干分液孔。本发明能够保证地层水中各离子浓度在腐蚀实验的过程中不会随着实验的进行而衰减。

技术领域

本发明涉及化学腐蚀、石油工程等领域中的一种固井水泥环腐蚀实验技术，具体涉及了模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置及实验方法。

背景技术

固井水泥环在油气井生产中发挥着至关重要的作用，其主要目的是保护生产套管柱和封堵相邻的油、气、水层。固井水泥装在凝固后会在整口井的纵向上形成一个水力封隔系统，该系统必须在整个油气井寿命期间及报废之后都能够实现有效的层间封隔。近年来随着油气井工程的发展，勘探开发的方向趋于深井化、复杂化，更易引发水泥环密封失效，给油气井造成严重危害。因此，进一步深入研究水泥环密封完整性，对确保油气井的安全开采具有重要的现实意义。

目前研究认为，油气井在经过一段时间的生产后，水泥环发生了密封失效，主要是因为水泥环受腐蚀作用所导致的。水泥环腐蚀是指是由CO_2、H₂S等腐蚀气体在地层水的协同作用下导致的水泥环的力学性质和相关物性发生改变，例如强度降低，渗透率增大等。

然而目前对于水泥环腐蚀问题的研究只是针对水泥环自身，并没有对套管水泥环胶结面受腐蚀后发生的变化进行研究，而且现阶段的实验设备无法实现水泥环所处的地下环境。可见一种模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置及实验方法有着重要的应用价值。

目前一些水泥环的腐蚀实验装置存在以下几个缺点：一是无法确定套管水泥环胶结面的腐蚀情况，二是由于腐蚀实验空间的封闭导致了地层水中各离子浓度随时间而衰减，使实验得到的结果缺乏说服力。

发明内容

本发明的目的是提供模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置，这种模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置能够更加精确的模拟实际地层条件，使研究人员对固井水泥环以及套管水泥环胶结面受CO_2、H₂S等腐蚀气体在地层水的协同作用下导致的腐蚀问题研究能够更进一步，从而解决油气井的水泥环密封失效问题，本发明的另一个目的是提供模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置的实验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种模拟固井水泥环在地层中腐蚀过程的实验装置包括密封盖、反应容器、第一恒流恒压泵、第二恒流恒压泵、螺旋筛管、实验试件，实验试件由固井水泥环套置在套管外构成，实验试件放置在反应容器内底座上，螺旋筛管盘绕在固井水泥环与反应容器之间的环形空间内，密封盖内端面中心设置圆柱形的定位凸起，密封盖盖在反应容器上通过固定螺栓固定连接，定位凸起卡到套管内，密封盖与实验试件通过防腐蚀密封垫密封；密封盖上有进水孔、溢水孔、阀孔，进水孔与第一恒流恒压泵通过高压导流线连接，阀孔处安装有控压阀，溢水孔上安装有密封螺栓；反应容器底部有进液孔，进液孔内部安装有单向阀，进液孔与第二恒流恒压泵通过高压导流线连接，螺旋筛管上端是封闭的，螺旋筛管下端开口连接进液孔，螺旋筛管上均匀分布有若干分液孔，每个分液孔处镶嵌筛网。

上述方案中进水孔位于密封盖的圆心处，溢水孔距离圆心的距离小于套管的半径；阀孔位于溢水孔外侧。

上述方案中反应容器底部设置圆形底座，圆形底座有一凹槽，凹槽位于进液孔与底部边沿之间，第二恒流恒压泵连接的高压导流线置于凹槽中，防止高压导流线长期使用后被压断。

上述方案中螺旋筛管上均匀分布60个分液孔，螺旋筛管的螺距160mm，圈数为3。