CN108982225B - 一种侧向非均布载荷作用下射孔套管-水泥环应变模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种侧向非均布载荷作用下射孔套管‑水泥环应变模拟试验装置，具体的说是模拟并测量射孔套管‑水泥环在地层侧向非均布载荷作用下的应变反应。它包括：通过支架固定的外箱体与顶盖和底座，内置射孔的套管‑水泥环，支架包括水平方向分隔层和垂向分隔层，将加压舱分割为多个加压室，每个加压室内置弹性软箱体，弹性软箱体可以更换，通过给每一个弹性软箱体注入不同压力的流体来模拟水平和竖直方向上的地层非均布载荷，弹性软箱体内侧对应套管‑水泥环的射孔部位开设有圆孔，用以模拟射孔地层，顶盖有三通装置，三通装置的排压孔和排压阀用于套管内流体的排出，测线孔用以套管‑水泥环的应变测量。

Description

一种侧向非均布载荷作用下射孔套管-水泥环应变模拟试验 装置

所属技术领域

本发明涉及一种侧向非均布载荷作用于套管—水泥环的试验装置，具体的说是模拟套管—水泥环在地层侧向非均布载荷作用下的应力应变情况。

背景技术

对于固井来说，最重要的就是套管和水泥的胶结情况以及套管和水泥环与周围地层的实际作用情况。固井施工后，要在套管和井壁之间的环空形成一个完整的水泥环，并且在套管与水泥环、水泥环与地层之间形成良好的胶结，以保证封隔油气水层，使其在各个空间互不窜通。而且在固井过程中，套管起着保护井眼、加固井壁、隔绝井中的油、气、水层以及封固复杂地层的作用。而在固井完成后，套管和水泥环会受到来自周围地层的载荷作用。由于地层条件复杂，套管和水泥环在这些载荷作用下，套管和水泥环往往会受到挤压与变形。特别是在地层非均布载荷的作用下，更加会加速套管和水泥环的破坏，严重的话更会导致套管和水泥环损坏，从而导致固井失败，影响油气田的开采。由于地层运动以及地层倾角的作用，导致固井套管和水泥环在水平面上所受到的载荷是不均匀的。目前对于非均布载荷对于套管和水泥环的研究还仅仅是理论研究阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够模拟非均布载荷作用下套管发生应变的试验装置。利用这种装置，可模拟地层非均布载荷作用下，套管和水泥环周围所受横向非均布载荷和纵向非均布载荷的应变过程，为研究非均布载荷作用下套管和水泥环的破坏提供试验依据。

本发明采用如下技术方案：

一种侧向非均布载荷作用下射孔套管-水泥环应变模拟试验装置，包括支架、上部三通装置、上盖、套管-水泥环、带孔软箱体、加压舱、注水通道、外箱体，其特征在于：所述支架包括水平分隔层，垂直分隔层以及可以固定软箱体的内外圆环；支架上部有厚隔板，垂直分割层将整个支架分成四个部分，用以模拟层间不同地应力作用，水平分割层将支架在水平方向上分成两个部分，用以加载水平方向上的侧向非均布外力荷载；内外圆环之间安放软箱体，软箱体带有一通向外部的注水通道，软箱体内侧有圆孔，用以模拟射孔地层；上部三通用以连接装置内部，可以泄压并可以连接外部计算机，用以测量套管—水泥环内部应力应变情况。

本发明的上述技术方案与现有技术相比，能够模拟地层在水平方向和垂直方向上的非均布外力载荷，进行非均布载荷作用下套管—水泥环应力应变模拟试验，通过测量分析套管的应变和变形特征及破坏过程，为埋套管—水泥环破坏成因及影响因素提供试验依据。

作为本发明的一种优选方式，所述加压舱可以加载垂直和水平方向上的非均布外力载荷。

作为本发明的一种优选方式，所述软箱体内侧射孔。

作为本发明的一种优选方式，所述套管—水泥环固定装置下部与底座利用凹槽固定，上部与上盖内外固定。

作为本发明的一种优选方式，所述软箱体可以在安放套管—水泥环直接进行安装，便于更换和安装。

附图说明

图1是本发明的剖面图。

图2是本发明的外观示意图。

图3是本发明的上部三通装置的剖面图。

图4是本发明中上盖的剖面图。

图5是本发明中支架的剖面图。

图6是本发明中软箱体的结构示意图。

图7是本发明中的底座的结构示意图。

图中：1上盖、2厚隔板、3外圆环、4软箱体、5上部三通装置、6外箱体、7加压舱、8垂直层间隔板、9套管、10水泥环、11底座、12螺孔、13凹槽、14卡槽(加压舱在底座上的)、15渗水孔、16卡槽(软箱体)、17通孔、18卡槽(上盖套管)、19卡槽(加压舱在上盖上的)、20外支撑柱、21水平分隔板、22螺孔、23内支撑柱、24内圆环、25、26通线孔、27泄压阀、28泄压孔、29加压孔、30注水管道、31注水阀。

具体实施方式

下面结合附图详述本发明：

本发明的实施例中，底座11与支架之间通过螺丝连接，支架上部有一厚隔板3，隔板上部有上盖1，加压舱7和底座11与上盖1之间采用卡槽14和19固定，外箱体7与底座11和上盖1之间采用螺纹连接，上盖1上安装三通装置5。支架将整个装置内部在同一水平面上通过水平分隔板21将其分为两个空间，在垂直面上通过垂直层间隔板8分成四个空间，每个空间内安装一个软箱体4，加压舱7将整个支架密封，外箱体7、底座11和上盖1将整个装置密封，加压舱7和外箱体6在每一个空间内留有注水管道孔和加压孔，这样可以模拟水平和竖直方向上非均布外力载荷对套管水泥环的应力应变影响。

作为本发明的一种优选结构，软箱体内部有射孔，外部有注水管道，可以模拟地层流体流入套管内部。

作为本发明的一种优选结构，非均布载荷加载空间为四层八个，可以模拟同层非均布载荷、邻层在垂直方向上的非均布载荷、最上层以及最下层在垂直方向上的非均布载荷和带有隔层的水平以及垂直方向上的非均布载荷对套管水泥环的影响。

作为本发明的一种优选结构，上盖对于套管水泥环的固定采用内外固定。

作为本发明的一种优选结构，上部三通装置可以接通装置内部用以泄压和连接外部计算机，用以分析套管的应力应变情况。

Claims (1)

1.一种侧向非均布载荷作用下射孔套管-水泥环应变模拟试验装置，包括通过支架固定的外箱体与顶盖和底座，构成可内置射孔套管-水泥环的多个加压室，每个加压室内置弹性软箱体，顶盖有三通装置，外箱体有注液管和注液压力阀以及安全阀，其特征在于：所述支架包括水平分隔层和垂直分隔层，以及可以固定弹性软箱体的内外圆环；垂直分割层将整个支架分成四个部分，用以加载层间侧向非均布载荷，水平分割层将支架在水平方向上分成两个部分，用以加载水平方向上的侧向非均布载荷；顶盖三通装置的测线孔用以测量套管-水泥环的应变，三通装置的排压孔和排压阀用以套管内流体的排出；

弹性软箱体采用内外圆环固定，可以安装和更换，弹性软箱体带有一个通向外部的注液管，用于注入流体模拟地层压力，弹性软箱体对应于套管-水泥环的射孔部位开有圆孔，用以模拟射孔地层。