CN103293101B - 一种井下环空微裂缝模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下环空微裂缝模拟装置，包括框架、内筒体和外筒体，所述内筒体与外筒体同轴套置并固定于所述框架上，内筒体和外筒体的下端与框架密封连接，内筒体与所述外筒体之间形成一用于注入水泥浆的密闭环隙；内筒体的上端伸出所述外筒体的端部，内筒体上设有一施压装置和载荷检测装置，施压装置的施压端作用于所述内筒体上，并将所述内筒体的上端开口密封，用于模拟井筒的受力；外筒体上设有加热装置，用于模拟井下温度；密闭环隙的下端设有检测气进口，所述密闭环隙的上端设有检测气收集孔；本发明可实现井下环空微裂缝的快速模拟检测，操作方便，为提高固井质量、改进固井工艺措施及数值模拟计算提供准确的依据。

Description

一种井下环空微裂缝模拟装置

技术领域

本发明是用于测试环空微裂缝，为改进固井工艺措施及数值模拟计算提供依据，更具体地讲，涉及一种井下环空微裂缝模拟装置。

背景技术

水泥石是一种具有先天缺陷的脆性材料，井下水泥环在射孔弹高能聚流冲击力的作用下，会破裂形成宏观裂纹，油气井开发过程中的后续增产措施使这些裂纹进一步扩大，致使水泥环的封隔作用彻底失效。另外水泥石的收缩使界面产生微间隙，这些都可导致后期发生气水窜，国内关于井下环空微裂缝的实验检验还属空白。

国外并没有专用的环空微裂缝的模拟装置，只是在实验室在用两层套管之间注入水泥浆，待水泥凝固后通过向内层套管加压，然后剖开后观察水泥石内部有没有裂缝，无法模拟井下环境，没有考虑套管受的拉力，也不能实时测量内部裂缝的发育程度，只能定性观察。在检测过程中需要将固结后的水泥环卸出，然后再进行剖开处理，检测周期长，不能全面分析环空微裂缝的开裂情况。

发明内容

为了实现井下环空微裂缝的快速模拟检测，全面掌握井下环空微裂纹的开裂情况，为提高固井质量、改进固井工艺措施及数值模拟计算提供准确的依据。

为实现上述目的，本发明提供了一种井下环空微裂缝模拟装置，所述技术方案如下：一种井下环空微裂缝模拟装置，包括框架、内筒体和外筒体，所述内筒体与外筒体同轴套置并固定于所述框架上，所述内筒体和所述外筒体的下端与所述框架密封连接，所述内筒体与所述外筒体之间形成一用于注入水泥浆的密闭环隙；

所述内筒体的上端伸出所述外筒体的端部，

所述内筒体上设有一施压装置和载荷检测装置，所述施压装置的施压端作用于所述内筒体上，并将所述内筒体的上端开口密封，用于模拟井筒的受力；

所述外筒体上设有加热装置，用于模拟井下温度；

所述密闭环隙的下端设有检测气进口，所述密闭环隙的上端设有检测气收集孔。

所述施压装置包括液压油缸和端盖，所述液压油缸的一端与所述框架固定连接，所述液压油缸所产生的作用力作用于所述端盖的上端面，所述端盖设置于所述内筒体的上端并同其密封连接，所述端盖上成型有压力液进口，所述压力液进口通过管路与液压源连通。

所述载荷检测装置包括：

载荷传感器，设置于所述端盖上，并与所述高位油缸的作用端固定连接；

位移传感器，固定于所述内筒体的延伸端，用于测量内筒体在受一定载荷作用下所产生的位移量。

所述加热装置包括釜体、釜盖和加热器组件，所述釜体和釜盖套置于所述外筒体的外侧，所述釜体、釜盖、外筒体和框架之间形成一密闭的加热环隙，所述加热环隙内设有加热介质，所述加热器组件用于对所述加热介质进行加热。

进一步，所述密闭环隙的下端设有过滤网，所述水泥浆设置于所述过滤网的上方。

所述框架包括支撑杆、上连接板、下连接板和基座，所述上连接板和下连接板分别与所述支撑杆的两端垂直固定连接，所述基座设置于所述下连接板上，所述液压油缸的固定端与所述上连接板固定连接；

所述基座包括釜体基座和筒体基座，所述釜体基座与所述下连接板固定连接，用于固定和密封所述釜体；

所述筒体基座设置于所述釜体基座内，用于固定和密封所述内筒体和外筒体。

其中检测气进口所充气体为氮气。

本发明所提供的技术方案的有益效果是：

本发明通过在内筒体上设置施压装置和载荷检测装置，可以准确地模拟井筒的受力情况，另外在外筒体的外侧固定有加热装置，通过加热装置加热来模拟井下的温度情况，待水泥浆固结后，通过在固结后的水泥浆的底部注入检测气体，然后在固结后水泥浆的上部对检测气体进行收集，若存在检测气体，则通过分析单位时间内收集到的氮气量对环隙裂纹进行定量描述，根据水泥环上部泄露气体量的多少可以判断出井下水泥石的裂纹情况，其操作方便、可模拟井下真实环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的井下环空微裂模拟装置结构图。

图中：

1-框架，11-上连接板，12-下连接板，13-支撑杆，14-基座，141-筒体基座，142-釜体基座；

2-施压装置，21-液压油缸，22-连杆，23-端盖；

3-载荷检测装置，31-载荷传感器，32-位移传感器；

4-内筒体；5-外筒体；6-高压油管；7-外筒体盖；

8-加热装置，81-釜盖，82-釜体，83-加热器组件；

9-加热环隙；

10-手柄；20-过滤网；30-密闭环隙；40-检测气进口；50-检测气收集孔；

60-压力液进口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明所提供的井下环空微裂缝模拟装置，包括框架1、内筒体4和外筒体5，所述内筒体4与外筒体5同轴套置并固定于所述框架1上，所述内筒体4和所述外筒体5的下端与所述框架1密封连接，所述内筒体4与所述外筒体5之间形成一用于注入水泥浆的密闭环隙30；所述内筒体4的上端伸出所述外筒体5的端部，所述内筒体4上设有一施压装置2和载荷检测装置3，所述施压装置2的施压端作用于所述内筒体4上，并将所述内筒体4的上端开口密封，用于模拟井筒的受力；

所述外筒体5上设有加热装置8，用于模拟井下温度；

所述密闭环隙30的下端设有检测气进口40，所述密闭环隙30的上端设有检测气收集孔50。

加热装置8包括釜体82、釜盖81和加热器组件83，所述釜体82和釜盖81套置于所述外筒体5的外侧，所述釜体82、釜盖81、外筒体5和框架1的釜体基座142之间形成一密闭的加热环隙9，釜体82上设有一手柄10，加热环隙9内装有加热介质，所述加热器组件83用于对所述加热介质进行加热，这里的加热介质为加热油。

其中的框架1包括支撑杆13、上连接板11、下连接板12和基座14，所述上连接板11和下连接板12分别与所述支撑杆13的两端垂直固定连接，所述基座14设置于所述下连接板12上，所述液压油缸21的固定端与所述上连接板11固定连接；基座14包括釜体基座142和筒体基座141，所述釜体基座142与所述下连接板12固定连接，用于固定和密封所述釜体82；

所述筒体基座141设置于所述釜体基座142内，用于固定所述内筒体4和外筒体5，并且筒体基座141将内筒体4的下端和外筒体5的下端密封。

其中的施压装置2包括液压油缸21和端盖23，所述液压油缸21的一端与所述框架1的上连接板11固定连接，液压油缸21的所产生的作用力通过连杆22作用于端盖23的上端面，端盖23设置于内筒体4的上端并同其密封连接，端盖23上成型有压力液进口60，压力液进口60通过高压油管6与液压源连通，通过对内筒体4施加压力来模拟井下井筒的受力情况。

载荷检测装置3包括：载荷传感器31和位移传感器32。

其中的载荷传感器设置于端盖23与连杆22之间，通过向内筒体4内注入压力油，通过载荷传感器31可以检测出内筒体4所受到的载荷大小；

位移传感器32，固定于内筒体4的延伸端，用于检测内筒体4的轴向伸缩量。

所述密闭环隙30的下端设有过滤网20，水泥浆设置于过滤网20的上方。

其中的检测气进口所充入的气体为氮气，也可以为其它安全气体。

实际使用时，先将预先配置好的水泥浆注入内筒体4和外筒体5之间的密闭环隙30，通过液压油缸21可向内筒体4施加一定的压力和拉力，模拟井下套管所受压力和拉力。同时通过加热器组件83将釜体82和外筒体5之间的加热油加热至设定值，通过端盖23上预开的压力液进口60和高压油管6向其内部注入液体模拟井筒内液压，通过外筒体盖7上预开的检测气收集孔50向密闭环隙30内注入液体，模拟密闭环隙30内的压力，待水泥浆凝固后，通过基座14上预开的检测气进口40向密闭环隙中注入氮气，外筒体盖7上预开的检测气收集孔50可收集测量泄露的氮气，以此来测试水泥环内部微裂缝的存在。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种井下环空微裂缝模拟装置，包括框架、内筒体和外筒体，所述内筒体与外筒体同轴套置并固定于所述框架上，所述内筒体和所述外筒体的下端与所述框架密封连接，所述内筒体与所述外筒体之间形成一用于注入水泥浆的密闭环隙；

其特征在于，所述内筒体的上端伸出所述外筒体的端部，

所述内筒体上设有一施压装置和载荷检测装置，所述施压装置的施压端作用于所述内筒体上，并将所述内筒体的上端开口密封，用于模拟井筒的受力；

所述外筒体上设有加热装置，用于模拟井下温度；

所述密闭环隙的下端设有检测气进口，所述密闭环隙的上端设有检测气收集孔，待水泥浆固结后，通过在固结后的水泥浆的底部注入检测气体，然后在固结后水泥浆的上部对检测气体进行收集，若存在检测气体，则通过分析单位时间内收集到的检测气体量对环隙裂纹进行定量描述，根据水泥环上部泄露气体量的多少可以判断出井下水泥石的裂纹情况。

2.根据权利要求1所述的井下环空微裂缝模拟装置，其特征在于，

所述施压装置包括液压油缸和端盖，所述液压油缸的一端与所述框架固定连接，所述液压油缸所产生的作用力作用于所述端盖的上端面，所述端盖设置于所述内筒体的上端并同其密封连接，所述端盖上成型有压力液进口，所述压力液进口通过管路与液压源连通。

3.根据权利要求2所述的井下环空微裂缝模拟装置，其特征在于，

所述载荷检测装置包括：

载荷传感器，设置于所述端盖上，并与所述液压油缸的作用端固定连接；

位移传感器，固定于所述内筒体的延伸端，用于测量内筒体在受一定载荷作用下所产生的位移量。

4.根据权利要求2所述的井下环空微裂缝模拟装置，其特征在于，

所述加热装置包括釜体、釜盖和加热器组件，所述釜体和釜盖套置于所述外筒体的外侧，所述釜体、釜盖、外筒体与框架之间形成一密闭的加热环隙，所述加热环隙内设有加热介质，所述加热器组件用于对所述加热介质进行加热。

5.根据权利要求4所述的井下环空微裂缝模拟装置，其特征在于，

所述密闭环隙的下端设有过滤网，水泥浆设置于所述过滤网的上方。

6.根据权利要求5所述的井下环空微裂缝模拟装置，其特征在于，

所述框架包括支撑杆、上连接板、下连接板和基座，所述上连接板和下连接板分别与所述支撑杆的两端垂直固定连接，所述基座设置于所述下连接板上，所述液压油缸的固定端与所述上连接板固定连接；

所述基座包括釜体基座和筒体基座，所述釜体基座与所述下连接板固定连接，用于固定和密封所述釜体；

所述筒体基座设置于所述釜体基座内，用于固定和密封所述内筒体和外筒体。

7.根据权利要求1-6任一所述的井下环空微裂缝模拟装置，其特征在于，

所述检测气进口所充入的气体为氮气。