[发明专利]一种用于模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试装置

说明书

本发明提供一种用于模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试装置，包括模拟井筒系统、地层岩心模拟系统、地层流体注入系统、窜流检测系统、加热及温度控制系统和声波测井分析系统。其中，地层岩心模拟系统、地层流体注入系统、窜流检测系统、加热及温度控制系统和声波测井分析系统分别与模拟井筒系统连接。本发明提供的用于模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试装置，能够模拟真实岩层、地层流体渗流等实验条件，可研究高温、高压、动态地层水、高压气层、真实岩心界面等条件下的界面演化规律，从而进一步揭示复杂条件下水泥环长效密封机理，为相关固井工艺优化提供指导与参考。

技术领域

本发明属于石油勘探技术领域，具体涉及一种用于模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试装置。

背景技术

在石油工业中，固井作业的主要目的是在套管与裸眼岩层之间的环空形成一个完整的水泥环密封系统，从而封隔井眼内的油、气、水层，达到支撑套管、保持井眼稳定的目标。因此，固井水泥环密封能力对油气井建井寿命具有至关重要的影响。随着我国在油气勘探开发领域的不断深入，高温高压超深井、复杂结构井、非常规井、储气库井等类型不断增多，固井面临的井下地质及工况条件日益复杂，高压水层、气层窜流现象时有发生，对水泥环长效密封能力形成了巨大的挑战，需要进一步攻关提高复杂条件下的水泥环密封完整性技术。

针对套管-水泥石-岩层密封系统，由于油井水泥石本体具有高强度、低渗透的特点，不易形成层间窜流，因此，水泥环密封能力主要取决于界面密封能力。受限于井场试验测试条件，研发可模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试实验装置，对于提高水泥环长效密封能力技术研究具有重要意义。

目前，水泥环完整性室内实验装置已可基本实现在等同于真实的地层温度、压力下进行完整性测试，可以模拟套管-水泥石界面的裂隙演化及水泥石失效过程。但是，针对水泥石-岩层界面，由于外层缸筒的存在，目前的装置尚未能充分模拟真实岩层、地层流体渗流等实验条件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够模拟真实岩层、地层流体渗流等实验条件的水泥环密封测试装置。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试装置，包括模拟井筒系统、地层岩心模拟系统、地层流体注入系统、窜流检测系统、加热及温度控制系统和声波测井分析系统。其中，地层岩心模拟系统、地层流体注入系统、窜流检测系统、加热及温度控制系统和声波测井分析系统分别与模拟井筒系统连接。

根据本发明的用于模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试装置，通过模拟井筒可以模拟密闭环形空间，提供高温高压养护环境；通过地层岩心模拟系统，能够放置砂岩、泥岩、页岩、盐膏岩、碳酸盐岩、花岗岩等岩芯，用以近似模拟真实岩层；通过地层流体注入系统，用以模拟水泥石-岩心界面的动态地层水、气养护环境；通过窜流检测系统，用以模拟地层高温环境；通过声波测井分析系统，用以模拟现场声波测定水泥环胶结质量技术。因此，本发明涉及的用于模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试装置，可研究高温、高压、动态地层水、高压气层、真实岩心界面等条件下的界面演化规律，从而进一步揭示复杂条件下水泥环长效密封机理，为相关固井工艺优化提供指导与参考。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本发明的用于模拟真实地层界面条件的水泥环密封测试装置，在一个优选的实施方式中，模拟井筒系统包括外层套管、内层套管、上堵头和下底座。其中，内层套管布置在外层套管内。上堵头布置在外层套管和内层套管的顶部。下底座布置在外层套管和内层套管的底部。

内外层钢制套管、底座与上堵头共同构成了密闭的环形空间，用以灌注水泥。这种结构形式的模拟井筒系统，结构简单，便于制造，能够很好地实现密闭环形空间。内层套管用于模拟固井用套管，可直接取材于钻井井场套管，从而确保实验的真实性。外层套管主要用以支撑地层岩心模拟系统。上堵头可与窜流检测系统及地层流体注入系统相连。下底座可与地层流体注入系统相连。