CN104266930A - 一种固井自修复材料性能的测试方法及测试装置 - Google Patents

Abstract

一种固井自修复材料性能的测试方法，包括分别称量筛筒和自修复材料试样的重量；将该自修复材料试样放入该筛筒内，将该筛筒悬空固定在釜体内；控制釜体内的压力为0.1MPa-10MPa，温度为0-200℃，向釜体内充入模拟气体或液体，使自修复材料试样与该模拟气体或液体发生反应；该反应完成后，称量筛筒和自修复材料试样的重量，计算自修复材料试样的膨胀率；该方法能够评价在油气侵入的情况下，自修复材料遇油气的膨胀效果，操作简便，测试准确。

Description

一种固井自修复材料性能的测试方法及测试装置

技术领域

本发明涉及一种固井自修复材料性能的测试方法及测试装置。 

背景技术

在油田固井过程中，由于外部环境的影响，固井水泥环的封隔性能时常会遭到破坏，即在胶结界面产生微间隙和微裂缝，从而形成井下地层流体(特别是天然气)的窜流通道，造成层间封隔失效；目前解决油气井地层流体窜流问题的基本方法是采用成本较高的挤水泥修井的修复方法，但该方法成功率较低，在施工过程中容易发生事故；因此目前各个研究机构通过研究油气井固井水泥环的自修复机理和技术，建立了一种能够对固井水泥环微裂缝和微间隙进行即时修复的机制，即无论何时、何种原因产生的气窜通道都能够得到及时有效、动态自动修复的机制，始终保证天然气井水泥环的封固有效性，然而，目前并没有一种用于固井自修复材料性能的测试装置及方法，这对研究油气井固井水泥环的自修复性能造成阻碍。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种固井自修复材料性能的测试方法及测试装置，该方法能够评价在油气侵入的情况下，自修复材料遇油气的膨胀效果，操作简便，测试准确。 

本发明所采用的技术方案是：一种固井自修复材料性能的测试方法，包括分别称量筛筒和自修复材料试样的重量；将该自修复材料试样放入该筛筒内，将该筛筒悬空固定在釜体内；控制釜体内的压力为0.1MPa-10MPa，温度为0-200℃，向釜体内充入模拟气体或液体，使自修复材料试样与该模拟气体 或液体发生反应；该反应完成后，称量筛筒和自修复材料试样的重量，计算自修复材料试样的膨胀率。 

较佳地，向釜体内充入模拟液体时，该模拟液体通过釜体进口的速率为0.01ml/min-10ml/min。 

较佳地，计算自修复材料试样的膨胀率，采用的公式如下： 

膨胀率＝(W₃-W₁-W₂)/W₂×100％ 

式中， 

W1为筛筒重量，g； 

W₂为自修复材料试样的重量，g； 

W₃为反应完成后自修复材料试样和筛筒的重量，g。 

较佳地，向釜体内充入模拟气体之前，还包括向釜体内充入模拟气体，排出釜体内的空气。 

一种固井自修复材料性能的测试装置，包括釜体，所述釜体内设有容纳腔体，所述釜体的两端分别设有与所述容纳腔体连通的进口和出口，所述容纳腔体内悬空固定有筛筒，所述筛筒位于所述进口和出口之间，且所述容纳腔体内设有温度传感器。 

较佳地，所述筛筒呈圆柱体，所述釜体的两端分别设有顶盖和底盖，所述顶盖设有所述出口，所述底盖设有所述进口，所述筛筒的顶端通过吊绳悬挂在所述釜体的顶盖上。 

较佳地，所述筛筒呈圆锥体，所述釜体的两端分别设有顶盖和底盖，所述顶盖设有所述进口，所述底盖设有所述出口，所述圆锥体筛筒的底面通过吊绳悬挂在所述釜体的顶盖上。 

较佳地，所述釜体顶盖的下表面设有凹槽，所述凹槽的底端与所述顶盖的进口相通，所述凹槽内设有筛板，所述筛板与所述凹槽的底端之间设有间隙。 

较佳地，所述容纳腔体内设有压力传感器。 

较佳地，所述釜体的外侧缠绕有加热丝。 

本发明的有益效果是：本发明的方法可实现对固井自修复材料遇油气膨胀效果的测试；并实现对固井自修复材料的筛选；所用模拟气可根据实际油气藏组分进行调整，并根据实际环境进行模拟；装置操作简便、安全可靠；且测试周期短。 

附图说明

附图1为本发明固井自修复材料性能测试装置一实施例的结构示意图； 

附图2为本发明固井自修复材料性能测试装置另一实施例的结构示意图； 

附图3为本发明固井自修复材料性能测试装置另一实施例的结构示意图。 

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明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。 

如图1所示的实施例，一种固井自修复材料性能的测试装置，包括釜体3，釜体3呈圆柱体，其内设有容纳腔体，容纳腔体内设有压力传感器，釜体3上、下两端均设有开口，在釜体3上、下两端的开口处分别固定有顶盖2和底盖4，顶盖2和底盖4与釜体3上、下两端可为螺纹连接，也可为通过法兰连接，在顶盖2和底盖4上分别设有与容纳腔体连通的出口1和进口5，所述顶盖上还设有与所述容纳腔体连通的温度传感器插孔8，插孔8内设有温度传感器，在顶盖2的内表面固定有吊环6，筛筒7通过吊绳悬挂在吊环6上，并筛筒7悬挂在出口1和进口5之间，该筛筒呈圆柱体，用于检测自修复材料在模拟气体下的膨胀效果测试。 

如图2所示的实施例，在上述实施例1的基础上，本实施例中釜体的顶盖2设有进口5，釜体的底盖4设有出口1，顶盖2上设置的筛筒7呈圆锥体，圆锥体筛筒7的底面设有开口，该开口通过吊绳悬挂在顶盖2的吊环6上， 使圆锥体筛筒7的尖锐部向下设置，在釜体顶盖2的下表面设有凹槽，所述凹槽的底端与所述顶盖的进口5相通，所述凹槽内设有筛板9，所述筛板9与所述凹槽的底端之间设有间隙，且筛板9与圆锥体筛筒7底面的开口相对，使进口5充入的模拟液体可以沿着筛板9上的通孔流入筛筒7内，保证模拟液体均匀的进入，使筛筒7内全部的自修复材料能够与模拟液体反应，本实施例，适用于检测自修复材料在模拟液体下的膨胀效果测试。 

如图3所示的实施例，在上述实施例1的基础上，顶盖2上还设有与所述容纳腔体连通的温度传感器插孔8，插孔8内设有温度传感器11，在釜体3的外侧缠绕有加热丝10，加热丝10外侧包裹有保温层13，加热丝10和保温层13均与温控仪12电连接，且温控仪12与温度传感器11电连接，温控仪12可根据温度传感器11检测的容纳腔体内的温度，控制加热丝10和保温层13的功率，保证试验在要求的温度下进行测试。 

实施例1： 

一种固井自修复材料在模拟气体下的性能测试方法，该筛筒7为圆柱体，称量筛筒7的重量为160g，记为W₁；称取自修复材料试样A重量为37.26g，记为W₂；将自修复材料试样A装入筛筒7中，并将筛筒7悬挂在釜体3顶盖的吊环6上，盖上顶盖2，保持釜体3竖直，使筛筒7悬空，分别打开出口1和进口5，通过进口5注入模拟气体，排出釜体3内的空气，10min后，关闭出口1，继续通过进口5注入模拟气体，控制釜体3内的气体压力达到0.6Mpa，关闭进口5，控制釜体3内的温度为30℃，使自修复材料试样在压力0.6Mpa、温度30℃的条件下与模拟气体充分反应24h，反应完毕后，打开出口1及进口5，通过出口1注入氮气，排出釜体3内的模拟气体，10min后，打开顶盖2，取下筛筒7，称量筛筒7和自修复材料试样的重量为219.35g，记为W3；通过公式(W₃-W₁-W₂)/W₂×100％＝59.3％，得出自修复材料试样A的膨胀率为59.3％。 

本实施例中模拟气组分含量如表1： 

表1 模拟气组分含量 

该实验结果表明，自修复材料试样A与模拟气充分反应后，膨胀率为59.3％，说明该材料已实现遇油气膨胀，可以应用于固井水泥浆中作为自修复材料，达到防止油气串流的效果。 

实施例2： 

一种固井自修复材料在模拟液体下的性能测试方法，该筛筒7为圆锥体，称量筛筒7的重量为110g，记为W₁；称取自修复材料试样B的重量为10g，记为W₂；将自修复材料试样B装入筛筒7中；并将筛筒7悬挂在釜体3顶盖的吊环6上，盖上顶盖2，保持釜体3竖直，使筛筒7悬空，控制釜体3内的温度为30℃，打开进口5，通过进口5以0.1ml/min速率缓慢注入白油，当出口1有白油流出时，反应完毕，静置24h后，打开顶盖2，取下筛筒7，称量筛筒7和自修复材料试样的重量为200g，记为W₃，通过公式(W₃-W₁-W₂)/W₂×100％＝900％ 

该实验结果表明，材料B与白油充分反应后，膨胀率为900％，说明该材料可以实现遇油气膨胀，可以应用于固井水泥浆中作为自修复材料达到防止油气串流的效果。 

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。 

Claims (10)

1.一种固井自修复材料性能的测试方法，其特征在于：包括

分别称量筛筒和自修复材料试样的重量；

将该自修复材料试样放入该筛筒内，将该筛筒悬空固定在釜体内；

控制釜体内的压力为0.1MPa-10MPa，温度为0-200℃，向釜体内充入模拟气体或液体，使自修复材料试样与该模拟气体或液体发生反应；

该反应完成后，称量筛筒和自修复材料试样的重量，计算自修复材料试样的膨胀率。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：

向釜体内充入模拟液体时，该模拟液体通过釜体进口的速率为0.01ml/min-10ml/min。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：计算自修复材料试样的膨胀率，采用的公式如下：

膨胀率＝(W₃-W₁-W₂)/W₂×100％

式中，

W1为筛筒重量，g；

W₂为自修复材料试样的重量，g；

W₃为反应完成后自修复材料试样和筛筒的重量，g。

4.根据权利要求1或3所述的测试方法，其特征在于：向釜体内充入模拟气体之前，还包括向釜体内充入模拟气体，排出釜体内的空气。

5.一种固井自修复材料性能的测试装置，其特征在于：包括釜体，所述釜体内设有容纳腔体，所述釜体的两端分别设有与所述容纳腔体连通的进口和出口，所述容纳腔体内悬空固定有筛筒，所述筛筒位于所述进口和出口之间，且所述容纳腔体内设有温度传感器。

6.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于：所述筛筒呈圆柱体，所述釜体的两端分别设有顶盖和底盖，所述顶盖设有所述出口，所述底盖设有所述进口，所述筛筒的顶端通过吊绳悬挂在所述釜体的顶盖上。

7.根据权利要求5所述的测试装置，其特征在于：所述筛筒呈圆锥体，所述釜体的两端分别设有顶盖和底盖，所述顶盖设有所述进口，所述底盖设有所述出口，所述圆锥体筛筒的底面通过吊绳悬挂在所述釜体的顶盖上。

8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于：所述釜体顶盖的下表面设有凹槽，所述凹槽的底端与所述顶盖的进口相通，所述凹槽内设有筛板，所述筛板与所述凹槽的底端之间设有间隙。

9.根据权利要求6-8任一所述的测试装置，其特征在于：所述容纳腔体内设有压力传感器。

10.根据权利要求6-8任一所述的测试装置，其特征在于：所述釜体的外侧缠绕有加热丝。