CN108487880A - 一种油气井固井二界面窜流实验装置 - Google Patents
一种油气井固井二界面窜流实验装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种油气井固井二界面窜流实验装置，包括支架和釜体，所述支架支撑所述釜体，所述釜体包括罐体，所述罐体内设胶筒，所述胶筒内设有水泥柱，所述胶筒两端均设有滤网且均用活塞密封，一活塞上设有进液口，另一活塞上设有出液口，所述进液口、所述胶筒和所述出液口依次连通，所述进液口连接水罐，所述水罐连接氮气罐，所述胶筒内填充满岩芯试样，氮气压缩所述水罐内的水形成的水流于所述岩芯试样与所述水泥柱的胶结面流过从而将所述贴合面溶蚀冲开。本发明的有益效果：实现可调控的温度和压力条件，来模拟井底固井二界面发生窜流过程，为固井防窜提供理论基础，有利于提高固井质量、延长油气井寿命和提高油田开采效率。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探与开发领域，尤其涉及一种油气井固井二界面窜流实验装置。
背景技术
固井二界面窜流问题一直是是石油工程固井领域面临的一个工程技术难题，它严重制约了我国油气资源的开发。据统计，大约25％的完钻井在生产期的某些时候均会出现不同程度地环空气窜现象。研究表明，固井二界面是固井后流体窜流的主要通道，且在油田现场实验中已被证明，即不论在水泥环和井壁之间有多么薄的泥饼存在均会形成微裂缝并发生不同程度的剥离现象，最终会导致固井二界面胶结强度严重下降，会使被地层圈闭的流体在固井二界面发生窜流。很多油田步入了注水开发阶段，加上能源需求加剧，对薄差难采储层的开发势在必行，因酸化、压裂液等高压流体作业所引发的界面层间窜问题也就更为普遍。
从国内外的研究看固井效果良好的环空仍会发生层间窜和管外冒问题的主要原因是界面封隔失效，新近发展的现代测井技术也检测到固井二界面处存在明显的流体窜通的声波异常。相关研究表明不管多薄的泥饼都会与互不相容的水泥浆在两相接触的胶结界面形成絮凝物，进而导致水泥环与地层岩石不能直接接触，两相过渡区存在不同程度的剥离而形成微裂缝和空隙。固井界面的胶结优劣情况成为评价固井质量好坏的主要内容，因此固井二界面层间窜问题的研究已经成为固井后层间窜问题研究的核心部分。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种油气井固井二界面窜流实验装置。11.本发明的实施例提供一种油气井固井二界面窜流实验装置，包括支架和釜体，所述支架支撑所述釜体，所述釜体包括罐体，所述罐体内设胶筒，所述胶筒内设有水泥柱，所述胶筒两端均设有滤网且均用活塞密封，一活塞上设有进液口，另一活塞上设有出液口，所述进液口、所述胶筒和所述出液口依次连通，所述进液口连接水罐，所述水罐连接氮气罐，所述胶筒内填充满岩芯试样，氮气压缩所述水罐内的水形成的水流于所述岩芯试样与所述水泥柱的胶结面流过从而将所述贴合面溶蚀冲开。
进一步地，所述水罐内设有加热器。
进一步地，所述进液口与所述水罐连接构成第一连通通道，所述第一连通通道上设有调压阀。
进一步地，所述第一连通通道上还设有压力传感器、流量计和阀门，所述压力传感器连接计算机。
进一步地，所述釜体被加热套包裹，所述加热套连接温度传感器，所述温度传感器连接所述计算机。
进一步地，所述胶筒与所述罐体之间形成围压腔，所述围压腔上部设有排气孔，底部设有吸气孔，所述吸气孔连接环压泵构成第二连通通道，所述第二连通通道上设有围压调节器和第二压力释放阀，所述围压调节器连接所述计算机。
进一步地，所述出液口连接采液瓶，所述采液瓶放置于电子天平上，所述电子天平连接所述计算机。
进一步地，所述罐体与两所述活塞之间均设有中空的密封堵头，两所述密封堵头均抵住所述胶筒将所述胶筒固定，所述密封堵头与所述活塞之间均设有用于固定活塞的定位堵头。
进一步地，所述水罐还连接着第一压力释放阀，所述氮气罐连接着压力表。
进一步地，所述胶筒内所述水泥柱与两所述滤网的结合处均设有垫圈。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明一种油气井固井二界面窜流实验装置实现了可调控的温度和压力条件，来模拟井底温压条件下固井二界面发生窜流的过程，为固井二界面的研究提供设备支持，保证二界面研究的科学性和准确性，有助于固井二界面的研究工作的发展，另外通过实验反映第二胶结面的胶结质量，以及固井后隔层界面流体窜流过程中泥饼的溶蚀破坏情况，为固井防窜提供理论基础，有利于提高固井质量、延长油气井寿命和提高油田开采效率。
附图说明
图1是本发明一种油气井固井二界面窜流实验装置的示意图；
图2是图1中釜体的示意图；
图3是图1中橡胶垫片的示意图；
图4是支架1的主视图；
图5是支架1的俯视图。
图中：1-支架、2-釜体、3-加热套、4-温度传感器、5-转轴、6-导轨、7-螺栓、8-罐体、9-胶筒、10-水泥柱、11-岩芯试样、12-滤网、13-活塞、14-橡胶垫圈、15-环形孔、16-密封堵头、17-O形密封圈、18-定位堵头、19-进液口、20-出液口、21-水罐、22-加热器、23-第一压力释放阀、24-氮气罐、25-压力表、26-调压阀、27-压力传感器、28-流量计、29-阀门、30-采液瓶、31-电子天平、32-排气孔、33-吸气孔、34-环压泵、35-围压调节器、36-第二压力释放阀、37-计算机。
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描述。
请参考图1～图5，本发明的实施例提供了一种油气井固井二界面窜流实验装置，包括支架1和釜体2，所述釜体2外围包裹着加热套3，所述加热套3连接温度传感器4，所述加热套3上设有两连接孔，所述支架1上设有相对的两转轴5，两所述转轴5分别接入两所述连接孔且可绕两所述连接孔连线转动，所述支架1上所述加热套3两侧向下各设有一弧形导轨6，所述导轨6上均刻有角度刻度0°～90°，所述釜体2转动到预设位置通过两螺栓7分别旋入两所述导轨6抵住所述加热套3从而将所述釜体2固定。
所述釜体2包括罐体8，所述罐体8内部设胶筒9，两端设有内螺纹，所述胶筒9内设有水泥柱10，所述胶筒9内填充满岩芯试样11，所述胶筒9两端均设有滤网12且均用活塞13密封，所述胶筒9内所述水泥柱10与两所述滤网12的结合处均设有橡胶垫圈14，所述橡胶垫圈14中心设有环形孔15，所述罐体8与两所述活塞13之间均设有中空的密封堵头16，所述密封堵头16设有外螺纹和内螺纹，两所述密封堵头16均通过螺纹旋入所述罐体8抵住所述胶筒9将所述胶筒9固定，所述密封堵头16与所述罐体8的结合处均设有O形密封圈17，所述密封堵头16与所述活塞13之间均设有定位堵头18，所述定位堵头18设有外螺纹，所述定位堵头18旋入所述密封堵头16内固定所述活塞13。
一活塞13上设有进液口19，所述进液口13于所述活塞13靠近所述胶筒9一端呈环形，另一活塞上设有出液口20，所述出液口20于所述活塞13靠近所述胶筒9一端呈环形，所述进液口19、所述胶筒9和所述出液口20依次连通，所述进液口19连接水罐21，所述水罐21内设有加热器22，所述水罐21连接着第一压力释放阀23，所述水罐21连接氮气罐24，所述氮气罐24连接着压力表25，所述进液口19与所述水罐21连接构成第一连通通道，所述第一连通通道上设有调压阀26、压力传感器27、流量计28和阀门29，所述出液口20连接采液瓶30，所述采液瓶30放置于电子天平31上，所述加热器22可调控水温，所述调压阀26可调节压力条件，模拟井底温压条件下固井二界面发生窜流的过程。
所述胶筒9与所述罐体8之间形成围压腔，所述围压腔上部设有排气孔32，底部设有吸气孔33，所述吸气孔33连接环压泵34构成第二连通通道，所述第二连通通道上设有围压调节器35和第二压力释放阀36。
12.所述围压调节器35、所述温度传感器4、所述电子天平31和所述压力传感器27均连接计算机37，氮气压缩所述水罐21内的水形成的水流于所述岩芯试样11与所述水泥柱10的胶结面流过从而将所述贴合面溶蚀冲开，所述计算机37对实验压力﹑温度和窜流量的采集﹑记录﹑处理﹑绘图和保存，根据窜流压力的大小评价样品的二界面胶结质量好坏，根据窜流量随时间的变化曲线评价固井二界面窜流通道的发育情况及演变过程。
本发明一种油气井固井二界面窜流实验装置的使用方法如下：
(1)于胶筒9内填充岩芯试样11，组装釜体2；
(2)将釜体2安放于加热套3内，调节加热套3转动到合适位置，通过螺栓7固定；
(3)打开环压泵34，调节围压调节器35到设定值，所述排气孔32出现液体时，堵住排气孔32；
(4)加热器22对水罐21内的水加热到设定温度，打开氮气罐24，调节调压阀26设定流体压力；
(5)流体经第一连通通道流入胶筒9且流过水泥柱10和岩芯试样11贴合面，然后经出液口20流入采液瓶30，计算机37对实验压力﹑温度和窜流量的采集﹑记录﹑处理﹑绘图和保存。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
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 (10)
1.一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：包括支架和釜体，所述支架支撑所述釜体，所述釜体包括罐体，所述罐体内设胶筒，所述胶筒内设水泥柱，所述胶筒两端均设有滤网且均用活塞密封，一活塞上设有进液口，另一活塞上设有出液口，所述进液口、所述胶筒和所述出液口依次连通，所述进液口连接水罐，所述水罐连接氮气罐，所述胶筒内填充满岩芯试样，氮气压缩所述水罐内的水形成的水流于所述岩芯试样与所述水泥柱的胶结面流过从而将所述贴合面溶蚀冲开。
2.如权利要求1所述的一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：所述水罐内设有加热器。
3.如权利要求1所述的一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：所述进液口与所述水罐连接构成第一连通通道，所述第一连通通道上设有调压阀。
4.如权利要求3所述的一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：所述第一连通通道上还设有压力传感器、流量计和阀门，所述压力传感器连接计算机。
5.如权利要求4所述的一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：所述釜体被加热套包裹，所述加热套连接温度传感器，所述温度传感器连接所述计算机。
6.如权利要求4所述的一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：所述胶筒与所述罐体之间形成围压腔，所述围压腔上部设有排气孔，底部设有吸气孔，所述吸气孔连接环压泵构成第二连通通道，所述第二连通通道上设有围压调节器和第二压力释放阀，所述围压调节器连接所述计算机。
7.如权利要求4所述的一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：所述出液口连接采液瓶，所述采液瓶放置于电子天平上，所述电子天平连接所述计算机。
8.如权利要求1所述的一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：所述罐体与两所述活塞之间均设有中空的密封堵头，两所述密封堵头均抵住所述胶筒将所述胶筒固定，所述密封堵头与所述活塞之间均设有用于固定活塞的定位堵头。
9.如权利要求1所述的一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：所述水罐还连接着第一压力释放阀，所述氮气罐连接着压力表。
10.如权利要求1所述的一种油气井固井二界面窜流实验装置，其特征在于：所述胶筒内所述水泥柱与两所述滤网的结合处均设有垫圈。
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