CN109681164B - 一种模拟套损过程的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模拟套损过程的装置，包括地层模拟装置地层模拟装置从下到上依次包括：密封垫、由若干层高分子板层叠而成的模拟地层，在模拟底层上设置有聚四氟乙烯管，该聚四氟乙烯管的底部贯穿模拟地层后被密封垫密封；通过给该聚四氟乙烯管内注入可塑性材料来模拟地层的形变情况。本发明能够真实模拟由于地层滑移导致的套管形变情况，同时可根据实验要求可实现不同注水压力、不同地层物性以及不同地层形变对套管形变量规律研究。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程领域中，一种模拟套损过程的装置。
背景技术
在油气田开采开发过程中，套损现象时有发生。套损形成的主要原因是在复杂地应力下，上覆岩层及各地层发生不同程度滑移，由此产生的剪切力作用在套管上致使套管变形失效。现有的套损模拟装置通过对模拟套管注水泥、测量套管壁压力分布规律来进行研究，但其模拟方式存在以下缺陷：
1、由于其模拟过程中需要在加注水泥，这就导致模拟套管必将固定于模拟装置中，无法取出套管直接测量得出其形变情况及形变规律；
2、引发套损关键因素为地层滑移，而在现有装置中，无法对地层形变情况进行监测捕捉，这就将套损研究局限于套管上，无法开展地层滑移量与套管形变规律研究。
由于无法对地下套管形变情况进行模拟，现有的研究只能停滞在对其管壁的应力分析，地下套管究竟如何形变，其形变规律如何在模拟研究上仍然处于空白状态，使得套损研究缺少必要的实验支撑。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟套损过程及地层形变量测量的装置，用以模拟套损及地层滑移情况，从而探究套管变形及层间滑移规律。
一种模拟套损过程的装置，包括地层模拟装置地层模拟装置从下到上依次包括：密封垫、由若干层高分子板层叠而成的模拟地层，在模拟地层上设置有聚四氟乙烯管，该聚四氟乙烯管的底部贯穿模拟地层后被密封垫密封；通过给该聚四氟乙烯管内注入可塑性材料来模拟地层的形变情况。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，所述地层模拟装置被安装在地层固定装置上，所述地层固定装置内部为腔体结构，在该地层固定装置上设置有注液口；
在地层模拟装置的上方设置有能够检测其横向滑动的若干红外扫描仪和检测其纵向滑动的若干千分表。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，所述若干千分表分别安装在千分表固定板上，所述若干千分表和千分表固定板构成地层纵向滑移监测装置，该地层纵向滑移监测装置的两端通过地层固定装置顶部的法兰固定，所述千分表的底部正好顶抵在模拟地层的上表面。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，所述若干红外扫描仪固定安装在红外扫描仪固定架上，所述红外扫描仪固定架设置在地层固定装置顶部的法兰上。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，在地层固定装置上设置有能够测量其内部液体压力的内压监测仪。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，包括水箱，水箱的出口管道上连接有地层压力增压泵, 地层压力增压泵的出口与所述注液口连通。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，所述可塑性材料为环氧树脂胶。
有益效果：
1、本发明能够真实模拟由于地层滑移导致的套管形变情况，同时可根据实验要求可实现不同注水压力、不同地层物性以及不同地层形变对套管形变量规律研究；
2、本发明操作流程简单，实验时间较短，在数天内可完成多组数据测量；
3、本发明突破了从单一套管形变分析到真正得出套管形变数据的技术壁垒，为套管强度选型及压裂注水压力设计提供室内支撑。
附图说明
图1是本发明模拟水力压裂下套损过程装置的结构示意图。
图2是本发明模拟水力压裂下套损过程装置的剖面图；
图3是本发明地层纵向滑移测量装置结构示意图；
图4是本发明地层纵向滑移测量装置结构示意图；
图5是红外扫描仪扫描区域地层以实现横向位移监测示意图；
图6是地层模拟装置结构示意图；
图7为图6中A的局部放大图；
图中：1-水箱；2-地层压力增压泵；3-地层固定装置；4-内压监测仪；5-地层固定装置底座；6-地层固定装置环形盖板；7-地层纵向滑移监测装置；8-地层横向滑移监测装置，9-地层模拟装置， 10-千分表；11—千分表固定板；12—钻孔，13—红外扫描仪固定架；14—红外扫描仪，15-密封垫；16-模拟地层；17-聚四氟乙烯管；18-环氧树脂胶。
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，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图7所示，本发明提供一种模拟套损过程的装置，包括地层模拟装置9，所述地层模拟装置9从下到上依次包括：密封垫15、由若干层高分子板层叠而成的模拟地层16，在模拟地层16上设置有聚四氟乙烯管17，该聚四氟乙烯管17的底部贯穿模拟地层16后被密封垫15密封；通过给该聚四氟乙烯管17内注入可塑性材料来模拟地层的形变情况。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，所述地层模拟装置9被安装在地层固定装置3上，所述地层固定装置3内部为腔体结构，在该地层固定装置3上设置有注液口；
在地层模拟装置9的上方设置有能够检测其横向滑动的若干红外扫描仪14和检测其纵向滑动的若干千分表10。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，所述若干千分表10分别安装在千分表固定板11上，所述若干千分表10和千分表固定板11构成地层纵向滑移监测装置7，该地层纵向滑移监测装置7的两端通过地层固定装置3顶部的法兰固定，所述千分表10的底部正好顶抵在模拟地层16的上表面。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，所述若干红外扫描仪14固定安装在红外扫描仪固定架13上，所述红外扫描仪固定架13设置在地层固定装置3顶部的法兰上。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，在地层固定装置3上设置有能够测量其内部液体压力的内压监测仪4。
进一步地，如上所述的模拟套损过程的装置，包括水箱1，水箱1的出口管道上连接有地层压力增压泵2， 地层压力增压泵2的出口与所述注液口连通。
地层压力增压泵2可从与其连接的水箱1中获取水源，为装置提供压力。地层固定装置3内部中空，注入的水压从下至上传递到地层模拟装置9的底面处，模拟地层下垫有密封垫15，为压力系统提供密封。地层模拟装置9通过环形法兰夹持在地层固定装置3之上，在地层固定装置3的环形盖板之上同时放有地层纵向滑移测量装置7及地层横向滑移测量装置8。地层纵向滑移测量装置7由固定板11及千分表10组成，千分表呈横向排列固定于固定板11之上，千分表底部与模拟地层接触，使用时需调零，固定板安装的位置为圆形模拟地层正上方，固定板两端带有钻孔12，环形法兰的螺栓可穿过其中，其上再用螺母拧紧以实现固定；地层横向滑移测量装置8由红外扫描仪固定架13及红外扫描仪14组成，该装置安装在模拟地层正上方，该装置安装在模拟地层正上方，装置装有多个红外扫描仪，红外扫描仪垂直线地层发射扫描射线，当注水压力使地层向上隆起时，地层的横向位移信息通过红外扫描仪反馈至电脑，整合多组扫描仪数据可实现地层横向位移情况，此装置原理类似于鼠标，鼠标下端发射的红外线可捕捉细小的位移信息，该原理可用于捕捉地层横向的细小变化。
本发明述套损模拟实验装置用于套损过程模拟的方法：
第一步：将模拟地层装置9固定，要求将模拟地层16切割为圆形，直径为40cm，模拟地层最下层垫有密封垫13，密封垫直径略大于模拟地层；
第二步：在模拟地层之上钻30个直径为3mm钻孔，要求钻孔均匀分布；
第三步：在钻孔内插入外径为3mm，内径为2mm的聚四氟乙烯管17，要求聚四氟乙烯管插入地层后外露15mm；
第四步：在聚四氟乙烯管内注入环氧树脂胶18，要求环氧树脂胶操作时间为4h，凝固时间为12h，为实验结束后测量方便，需上色；
第五步：在地层固定装置之上安装地层监测装置，要求用于测量纵向位移的千分表10数量在5个以上，用于测量横向位移的红外扫描仪精度为0.001mm；
第六步：打开增压泵2，模拟地层受底部向上的压力驱使下上抬隆起，此时计算机记录地层形变情况，待压力达到实验所需压力后改为稳压，12h后，先卸去压力，取出聚四氟乙烯管，刨开，测量已凝固的环氧树脂胶形变情况，实验结束。
本发明能够真实模拟由于地层滑移导致的套管形变情况，同时可根据实验要求可实现不同注水压力、不同地层物性以及不同地层形变对套管形变量规律研究；譬如，通过给地层固定装置3内注入一定的水，利用内压监测仪4检测其内部的压力，就可以获知在不同压力下地层纵向滑移监测装置7和地层横向滑移监测装置8检测得到的数据，反之亦然。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种模拟套损过程的装置，其特征在于，包括地层模拟装置（9），所述地层模拟装置（9）从下到上依次包括：密封垫（15）、由若干层高分子板层叠而成的模拟地层（16），在模拟地层（16）上设置有聚四氟乙烯管（17），该聚四氟乙烯管（17）的底部贯穿模拟地层（16）后被密封垫（15）密封；通过给该聚四氟乙烯管（17）内注入可塑性材料来模拟地层的形变情况；
所述地层模拟装置（9）被安装在地层固定装置（3）上，所述地层固定装置（3）内部为腔体结构，在该地层固定装置（3）上设置有注液口；
在地层模拟装置（9）的上方设置有能够检测其横向滑动的若干红外扫描仪（14）和检测其纵向滑动的若干千分表（10）。
2.根据权利要求1所述的模拟套损过程的装置，其特征在于，所述若干千分表（10）分别安装在千分表固定板（11）上，所述若干千分表（10）和千分表固定板（11）构成地层纵向滑移监测装置（7），该地层纵向滑移监测装置（7）的两端通过地层固定装置（3）顶部的法兰固定，所述千分表（10）的底部正好顶抵在模拟地层（16）的上表面。
3.根据权利要求1所述的模拟套损过程的装置，其特征在于，所述若干红外扫描仪（14）固定安装在红外扫描仪固定架（13）上，所述红外扫描仪固定架（13）设置在地层固定装置（3）顶部的法兰上。
4.根据权利要求3所述的模拟套损过程的装置，其特征在于，在地层固定装置（3）上设置有能够测量其内部液体压力的内压监测仪（4）。
5.根据权利要求1所述的模拟套损过程的装置，其特征在于，包括水箱（1），水箱（1）的出口管道上连接有地层压力增压泵(2), 地层压力增压泵(2)的出口与所述注液口连通。
6.根据权利要求1所述的模拟套损过程的装置，其特征在于，所述可塑性材料为环氧树脂胶。
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