[发明专利]一种热采井水泥石高温水湿养护模拟试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种热采井水泥石高温水湿养护模拟试验装置及方法。该装置主要由氮气源1、中间水容器5、CO₂气源10、流量计12、密闭釜体A13、压力表17、冷凝器19、加热炉22组成，密闭釜体A13内放置水泥石24，位于加热炉22中，釜体A侧端下部有进水口，该进水口分别连接流量计12和加热压力管汇11，所述加热压力管汇11既连接中间水容器5、氮气源1，还连接CO₂气源10；釜体A侧端上部有出水口，该出水口连接压力表17和冷凝器19，可用于模拟热采井水泥石在不同温度下受酸性介质腐蚀的养护方法。将密闭釜体A13更换为密闭釜体B25，可用于测试高温水湿环境下水泥石的剪切胶结强度及窜通压力。本发明原理可靠，操作简便，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及稠油热采过程中水泥石在高温水湿环境下养护模拟试验装置及方法，可用于测试和评价热采井水泥石受高温水湿环境的影响等方面的试验和研究。

背景技术

超高温水湿环境下的热采井水泥石强度、界面胶结情况、腐蚀情况一直是油气井工程领域面临的重大挑战和难题，准确地模拟水泥石在井下的恶劣服役环境和分析水泥石强度变化、分隔能力性能、腐蚀规律是评价稠油热采井安全情况、指导热采井水泥抗高温和防腐性能的重要前提。稠油热采时期一般分为注水、蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层等，温度超过300℃，有时会达到800℃，并且带有大量水蒸气及酸性腐蚀气体。目前，对于热采井水泥石抗高温性能已经展开了大量的研究，但是对于高温水湿环境或高温水湿腐蚀环境研究还比较少。热采井水泥石不仅在稠油热采时有支撑和保护套管的作用，还是防止稠油开采时地层水蒸气及腐蚀气体窜流的重要井筒封隔屏障单元。随着人们对稠油热采水泥石完整性在井筒完整中作用认识的提高以及我国稠油开发深入和抗高温水泥浆体系、各种抗高温外加剂等产品的研发，模拟热采井水泥石受超高温水湿环境及高温水湿腐蚀环境的影响已成为研究的热点。

热采井水泥石抗高温的实验装置一般分为两种，一种是模拟蒸汽吞吐及蒸汽驱时期（315℃左右），水泥石一般养护在高温高压养护釜（杨远光，陈大钧.高温水热条件下水泥石强度衰退的研究[J]，石油钻采工艺，1992，14（5）：33-39；李早元，张松，张弛，关素敏，程小伟，郭小阳.热力采油条件下粉煤灰改善铝酸盐水泥石耐高温性能及作用机理研究，硅酸盐通报，2012年第5期），但是整个水浴养护期间是不流动的水，难以模拟实际中地层流动水和地层中湿润流动气体相结合的情况。另一种是模拟火烧油层时期（500℃左右），水泥石一般养护在箱式马弗电阻炉（尹虎，钟守明，刘辉，吴继伟，李源.稠油井火驱开发固井水泥浆性能评价与应用，油气地质与采收率，2013，20（4）：99-101），由于超高的温度近500℃，水泥石养护在马弗炉里，水泥石是直接暴露在灼热空气当中干燥灼烧，与高温水湿的实际情况有区别。近几年也有人研究出高低温碳化腐蚀实验的装置（程小伟，张明亮，李早元，张兴国，郭小阳.火烧油层工况下加砂油井水泥石失效演化研究，硅酸盐通报，2016年第4期），但是这种装置不能保持持续高温水湿的环境，并且腐蚀试验只是针对水泥石碳化，没有涉及到高温水湿下的水泥石腐蚀。中国专利“一种超高温油井水泥石养护釜及其使用方法”（CN104070596A）、“一种高温高压固井水泥环力学完整性测试装置及方法”（CN104405366A）、“高温高压固井一、二界面封固能力测试装置及方法”（CN104406910B）等，这些装置一方面不能提供过高的温度（500℃），另一方面不能持续提供热蒸汽或水蒸气和酸性气体的混合湿润气体，故不能完全模拟和反映热采井不同时期采收稠油时井下高温水湿和腐蚀时的实际工况，与此同时，水泥石与套管是连结在一起固在井下，故研究水泥石和套管连结在一起时的抗高温和腐蚀性能极为困难，故而这些装置无法应用于热采井水泥石抗高温及抗腐蚀性能研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热采井水泥石高温水湿养护模拟试验装置，该装置可以模拟稠油热采时期水泥石在井下的实际温度压力环境，更加真实地模拟蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层等作业时温度压力变化对水泥环的影响，也可以测得模拟水泥石与套管接触面的剪切胶结强度、窜通压力，为优化热采井的固井水泥浆配方、提高水泥石的抗高温和抗腐蚀能力提供参考，克服了现有技术的缺陷和不足。