[发明专利]一种用于测试井筒密封完整性的系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于测试井筒密封完整性的系统及方法，包括：密封测试装置，其用于在对井筒环空进行密封后，实施用于模拟井筒复杂工作条件的气窜现象测试；应变采集装置，其用于在实施气窜现象测试过程中，同步采集表征井筒各组成部位处在不同方向下的应力变化特征的光纤反馈信号；解调处理装置，其与应变采集装置通过光纤线缆连接，用于接收光纤反馈信号并进行解调，而后确定各组成部位在不同方向下对应的动态应力数据；密封分析装置，其用于根据动态应力数据，对产生当前气窜现象的密封失效机理进行分析。本发明能够实时连续且精确的测量井筒多向多点应变和温度变化等参数，监测和评价井筒在各种复杂条件下的密封完整性。

技术领域

本发明涉及井筒参数测试技术领域，尤其是涉及一种用于测试井筒密封完整性的系统及方法。

背景技术

近年来非常规油气的开发成为了国内石油行业开发的热点，由于非常规油气(页岩油、页岩气、致密砂岩油、致密砂岩气等)属于低孔低渗储层，需要采用大型水力压裂才能实现经济有效开采。压裂施工荷载使得井筒承受交变应力，可能造成水泥环和套管损伤，引起密封失效，导致层间气窜和环空带压等现象，从而影响油气的安全和高效生产。储气库在天然气用量调峰中起到重要作用，而储气库周期性的强注强采也给储气库井筒带来的循环荷载以及温度变化引起的温度应力，可能破坏井筒的完整性，导致采出率降低。因此，准确的测试实际复杂工况条件下油气井筒的参数以及评价井筒的密封完整性，对研究井筒在复杂应力下的密封失效机理，从而提出改善措施提供科学的依据和指导是至关重要的。

为了评价井筒的密封完整性，近年来，各研究机构设计了水泥环密封性评价装置。这些装置可以测试水泥环的密封完整性现象和规律，但却法精确测试复杂条件下井筒的各种参数，从而准确评价和判定井筒的损伤。即使有些装置对于油气井筒参数的测试，通常采用在井壁和套管表面粘贴应变片的方式，但电阻应变片不抗高温、易受环境的影响，布设困难，一条线上仅能布置一个应变片，且电缆线尺寸大，易影响模拟井筒的受力，可能产生测点失效和数据不可靠等缺点。因而，目前缺乏针对油气井筒在复杂应力条件下的精确测试方案。

因此，现有技术需要开发一种油气井筒参数测试实验仪器和方法，可精确测试模拟井筒在复杂条件下的参数，用来评价井筒的密封完整性等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测试井筒密封完整性的系统，包括：密封测试装置，其用于在对井筒环空进行密封后，实施用于模拟井筒复杂工作条件的气窜现象测试；应变采集装置，其用于在实施气窜现象测试过程中，同步采集表征井筒各组成部位处在不同方向下的应力变化特征的光纤反馈信号；解调处理装置，其与所述应变采集装置通过光纤线缆连接，用于接收所述光纤反馈信号并进行解调，而后确定各组成部位在不同方向下对应的动态应力数据；密封分析装置，其用于根据所述动态应力数据，对产生当前气窜现象的密封失效机理进行分析。

优选地，所述应变采集装置包括：设置在套管外壁处的套管第一周向传感器组、套管第二周向传感器组和套管轴向传感器组，其中，所述套管第一周向传感器组内的各传感器位于套管中部并沿周向方向间隔分布，所述套管第二周向传感器组内的各传感器位于套管端部并沿周向方向间隔分布，所述套管轴向传感器组内的各传感器沿套管的轴向方向间隔分布；设置在外筒外壁处的外筒第一周向传感器组、外筒第二周向传感器组和外筒轴向传感器组，其中，所述外筒第一周向传感器组内的各传感器位于外筒中部并沿周向方向间隔分布，所述外筒第二周向传感器组内的各传感器位于外筒端部并沿周向方向间隔分布，所述外筒轴向传感器组内的各传感器沿外筒的轴向方向间隔分布；以及设置在环空支架处的环空周向传感器组、环空径向传感器组和环空轴向传感器组，其中，所述环空周向传感器组位于环空支架圆盘处并沿圆盘的周向方向间隔分布，所述环空径向传感器组位于环空支架圆盘处并沿圆盘的指定径向方向间隔分布，所述环空轴向传感器组位于环空支架腿部处并沿环空的轴向方向间隔分布。

优选地，所述应变采集装置内的各传感器为光纤光栅压力传感器，其中，每组传感器组通过与当前传感器组相对应的光纤线缆将组内各压力传感器进行测点标定。