CN111305820A - 一种超高温高压气井层间压力封隔评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高温高压气井层间压力封隔评价装置。所述压力封隔评价装置包括模拟超高温高压筒体和气驱液泵；模拟超高温高压筒体的上进液口连通两条上支路，下进液口连通两条下支路；上支路与下支路连通形成环路；两条上支路上分别设有第二和第三控制阀；两条下支路上分别设有第四和第五控制阀；气驱液泵的出口与环路相连通，连通处位于第二和第四控制阀之间；该连通处还连接一泄压管路，泄压管路上设有第六控制阀；第三与第五控制阀之间的管路连接压力变送器和第七控制阀。本发明为固井作业提供可靠的指导，形成足够的水力胶结力，能可靠的封隔开油、气、水层，为油气井长期稳定有效的进行生产奠定基础。

Description

一种超高温高压气井层间压力封隔评价装置

技术领域

本发明涉及一种超高温高压气井层间压力封隔评价装置，属于石油仪器仪表领域。

背景技术

固井是钻井工程中的最后一个环节，也是最重要一个环节，固井的主要任务是在地层与井口之间建立可靠的联系通道，并能可靠的封隔开油、气、水层，为油气井长期稳定有效的进行生产奠定基础。但是由于各方面的原因，还是经常出现一些问题，其中比较突出的问题是水泥浆固井质量差，不能形成足够的剪切胶结力，不能有效的支撑套管；不能形成足够的水力胶结力，不能有效的封隔油、气、水层。

目前没有能够模拟超高温高压井筒工况的环空压力封隔模拟的试验仪器，进行水泥浆环空固井质量模拟评价，为固井作业提供可靠的指导和依据。针对这种情况，需要提供一种能够模拟井筒工况(温度260℃、压力120MPa)的环空压力封隔模拟的试验仪器。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高温高压气井层间压力封隔评价装置，能够进行水泥浆环空固井模拟评价。

本发明所提供的超高温高压气井层间压力封隔评价装置，包括模拟超高温高压筒体和气驱液泵；

所述气驱液泵的进气口、吸液口和出口分别连接电磁阀、储液罐和第一控制阀；

一旁路连接所述气驱液泵的出口管路和所述储液罐，所述旁路上设有电磁阀；

所述出口管路与所述旁路的连接处位于所述气驱液泵与所述第一控制阀之间；

所述模拟超高温高压筒体的上进液口连通两条上支路，所述模拟超高温高压筒体的下进液口连通两条下支路；所述上支路与所述下支路连通形成一环路；

两条所述上支路上分别设有第二控制阀和第三控制阀；两条所述下支路上分别设有第四控制阀和第五控制阀；

所述气驱液泵的出口与所述环路相连通，连通处位于所述第二控制阀和所述第四控制阀之间；该连通处还连接一泄压管路，所述泄压管路上设有第六控制阀；

所述第三控制阀与所述第五控制阀之间的管路连接一压力变送器和第七控制阀；

所述模拟超高温高压筒体外设有加热装置，对模拟超高温高压筒体进行加热，提供高温环境；

所述加热装置可为电磁加热装置。

上述的压力封隔评价装置中，所述第一控制阀的出口连接压力变送器和安全阀，控制出口管路的连接与断开。

上述的压力封隔评价装置中，一气驱管路与位于所述第二控制阀和所述第四控制阀之间的环路相连通，所述气驱管路上依次设有气体调压阀、单向阀和第八控制阀。

上述的压力封隔评价装置中，所述模拟超高温高压筒体外包覆有电磁加热线圈，所述电磁加热线圈与电磁加热控制器连接。

上述的压力封隔评价装置中，所述模拟超高温高压筒体的结构如下：

由内至外依次为模拟套管、人造井壁、人造井壁支撑筒、夹层和外筒，两端分别设置上端盖和下端盖；

所述模拟套管与所述人造井壁之间的环腔用于填充固井水泥浆；

为了防止固井水泥浆泄漏，在固定水泥浆形成的水泥石的底部设置圆环型垫片；

所述上进液口和所述下进液口分别设于所述上端盖和所述下端盖上，且均与所述环腔相连通。

上述的压力封隔评价装置中，所述夹层与一冷水机的入口和出口连通，以对所述模拟超高温高压筒体进行冷却循环降温。

上述的压力封隔评价装置中，所述入口与所述夹层的连接处位于所述模拟超高温高压筒体的上部，所述出口与所述夹层的连接处位于所述模拟超高温高压筒体的下部。

上述的压力封隔评价装置中，所述模拟超高温高压筒体的下端盖上设有与所述环腔连通的导流孔，所述导流孔连接放液阀，可以排除固井水泥浆凝固后残留的水，也可以释放压力。

采用本发明压力封隔评价装置评价水泥浆环空固井质量时，可按照下述步骤进行：

1)向所述模拟超高温高压筒体内的环腔注入水泥浆，并在底部设置圆环形垫片，以防止固井水泥浆泄漏；

2)利用所述加热装置加热所述模拟超高温高压筒体至所需温度；

3)开启所述第二控制阀和所述第四控制阀，利用所述气驱液泵给所述模拟超高温高压筒体施加模拟环空水泥浆静液柱压力；

4)开启所述第四控制阀，利用所述气驱液泵从所述模拟超高温高压筒体的底部施加液压，同时打开所述第三控制阀，关闭所述第一控制阀和所述第五控制阀；通过所述压力变送器的压力变化，判断固井水泥浆对油气水的封隔情况，从而实现对水泥浆固定质量的判断。

本发明新型超高温高压气井层间压力封隔评价装置，能够进行水泥浆环空固井模拟评价，该装置通过设置实际固井层位的温度压力特征来模拟井下超高温高压状态下的水泥石侯凝过程，设定后的温度压力值在水泥浆整个侯凝过程中始终保持恒定(压力补给装置会在侯凝过程中补压确保压力始终维持设定压力值)，保障水泥浆在侯凝过程中不会因为水泥石收缩产生微裂缝而影响固井质量，水泥石侯凝结束后通过在水泥石环空底部施加气压和液压来判定夹层水泥石是否窜通，从而判断水泥石固井质量的好坏。该装置为固井作业提供可靠的指导，从而确保高质量的完成固井作业，形成足够的剪切胶结力，有效的支撑套管，在地层与井口之间建立可靠的联系通道；形成足够的水力胶结力，能可靠的封隔开油、气、水层，为油气井长期稳定有效的进行生产奠定基础。

附图说明

图1为本发明超高温高压气井层间压力封隔评价装置的结构示意图。

图2为本发明超高温高压气井层间压力封隔评价装置中模拟超高温高压筒体的结构示意图。

图3为水泥浆层间压力封隔评价结果。

图中各标记如下：

1、电磁阀(气阀)，2、气驱液泵，3、电磁阀(液阀)，4、储液罐，5，8，11，12，13，16，19，21控制阀，6，18压力变送器(1)，7、安全阀，9、气体调压阀，10、单向阀，14、模拟超高温高压筒体，15、放液阀，17、电磁加热控制器，20、冷水机，22、模拟套管，23、固井水泥浆，24、人造井壁，25、人造井壁支撑筒，26、夹层，27、外筒，28、下端盖，29、上进液口，30、上端盖，31，34堵头，32、电磁加热线圈，33、下进液口、35、垫片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并部局限于以下实施例。

如图1所示，为本发明提供的新型超高温高压气井层间压力封隔评价装置的结构示意图，包括气驱液泵2、储液罐4、控制阀、压力变送器6、安全阀7、气体调压阀9、模拟超高温高压筒体14、电磁加热控制器17、冷水机20等。具体结构如下：

气驱液泵2的进气口接有电磁阀(气阀)1，吸液口接有储液罐4，出口接有控制阀5，旁路接有电磁阀(液阀)3，控制阀5出口接有压力变送器6，控制阀5与安全阀7、控制阀8、控制阀11、控制阀12、控制阀13连接。气体调压阀9与单向阀10连接，单向阀10与控制阀11连接。

如图2所示，模拟超高温高压筒体14的上进液口29与控制阀13、控制阀16连接，下进液口33与控制阀12、控制阀21连接，控制阀16与控制阀21连接，控制阀16与控制阀21之间旁路连接有压力变送器18和控制阀19。模拟超高温高压筒体14的最内层为模拟套管22，其次是固井水泥浆23(其底部设有圆环形垫片35)，再次是人造井壁24，然后是人造井壁支撑筒25，再然后是夹层26，最外层是外筒27，外筒27外面缠绕有电磁加热线圈32，电磁加热线圈32接有电磁加热控制器17；两端分别设置上端盖30和下端盖28，上进液口29和下进液口33分别设于上端盖30和下端盖28上，且均与模拟套管22与人造井壁24之间的环腔相连通。下端盖28上设有导流孔(图中未标)，该导流孔与放液阀15连接(释放侯凝施加的压力)。外筒27侧面下部与冷水机20的出口连接，外筒27侧面上部与冷水机20的入口连接，均与夹层26相连通，对模拟超高温高压筒体14进行冷却循环降温。

采用上述新型超高温高压气井层间压力封隔评价装置进行模拟环空压力封隔试验时，可按照下述步骤进行：

先通过人造井壁支撑筒25和辅助工具制作人造井壁24，然后将人造井壁支撑筒25和人造井壁24一同装入模拟超高温高压筒体14内，在模拟超高温高压筒体14内装入模拟套管22，然后从模拟超高温高压筒体14向人造井壁24与模拟套管22的环空注入水泥浆，然后上紧模拟超高温高压筒体14的上端盖30，通过电磁加热线圈32和电磁加热控制器17给模拟超高温高压筒体14加热模拟超高温高压井筒环境温度，通过气驱液泵2给模拟超高温高压筒体14加压模拟环空水泥浆静液柱压力，此时开启控制阀12、13，控制阀16和21处于关闭状态，从控制阀12和13上下同时补给压力，水泥浆经过一段时间的侯凝后，完成胶结(整个侯凝过程中为防止水泥石收缩，控制阀12和13一直处于开的状态，控制阀16和21处于关闭状态，程序设定井底模拟压力后，压力补偿通过控制阀12和13一直维持设定的恒压直至整个侯凝过程完成)，此时打开控制阀8，卸掉上部压力(打开控制阀8后，由于控制阀12和13处于同一压力路径，实际凝固后的水泥石上下端压力都已卸掉)。

打开控制阀5、控制阀12，通过气驱液泵2从底部给模拟超高温高压筒体14加液压，或者打开控制阀11、控制阀12，通过调节气体调压阀9从底部给模拟超高温高压筒体14加气压，同时打开控制阀16，此时控制阀13和21处于关闭状态，上述两种加压方式即液压路径和气压路径加压都是从水泥石所在环空底部加压(下进液口33处)，关闭控制阀13为了避免压力走水泥石上部，关闭控制阀21也是防止压力从控制阀21走到水泥石上部，开启控制阀16可以判断底部施加的压力是否已经从水泥石所在的环空缝隙通道窜至上部，窜通后压力从开启的控制阀16通道通过，即压力变送器18显示压力读数，判定水泥石窜通，固井质量是否出现问题。通过观察压力变送器18的压力变化情况，判断固井水泥浆23对油气水的封隔情况，从而判断水泥浆固井质量的好坏。

利用本发明超高温高压气井层间压力封隔评价装置，对常规水泥浆体系的层间压力封隔能力进行室内评价：水泥浆体系配方(各助剂均为本领域常规助剂)为水泥45.3％、热稳定剂20.49％、消泡剂0.47％、降失水剂3.29％、防气窜剂4.70％、缓凝剂0.94％、水20.15％，固化温度和压力分别为260℃、120MPa，养护时间为7天，使用该层间压力封隔评价装置测试水泥环在一定压差的下层间突破能力，如图3所示，最大突破压差为1.82MPa，层间压力封隔能力评价结果为较差。

Claims (9)

1.一种超高温高压气井层间压力封隔评价装置，包括模拟超高温高压筒体和气驱液泵；

所述气驱液泵的进气口、吸液口和出口分别连接电磁阀、储液罐和第一控制阀；

一旁路连接所述气驱液泵的出口管路和所述储液罐，所述旁路上设有电磁阀；

所述出口管路与所述旁路的连接处位于所述气驱液泵与所述第一控制阀之间；

所述模拟超高温高压筒体的上进液口连通两条上支路，所述模拟超高温高压筒体的下进液口连通两条下支路；所述上支路与所述下支路连通形成一环路；

两条所述上支路上分别设有第二控制阀和第三控制阀；两条所述下支路上分别设有第四控制阀和第五控制阀；

所述气驱液泵的出口与所述环路相连通，连通处位于所述第二控制阀和所述第四控制阀之间；该连通处还连接一泄压管路，所述泄压管路上设有第六控制阀；

所述第三控制阀与所述第五控制阀之间的管路连接一压力变送器和第七控制阀；

所述模拟超高温高压筒体外设有加热装置。

2.根据权利要求1所述的压力封隔评价装置，其特征在于：所述第一控制阀的出口连接压力变送器和安全阀。

3.根据权利要求1或2所述的压力封隔评价装置，其特征在于：一气驱管路与位于所述第二控制阀和所述第四控制阀之间的环路相连通，所述气驱管路上依次设有气体调压阀、单向阀和第八控制阀。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的压力封隔评价装置，其特征在于：所述模拟超高温高压筒体外包覆有电磁加热线圈，所述电磁加热线圈与电磁加热控制器连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的压力封隔评价装置，其特征在于：所述模拟超高温高压筒体的结构如下：

由内至外依次为模拟套管、人造井壁、人造井壁支撑筒、夹层和外筒，两端分别设置上端盖和下端盖；

所述模拟套管与所述人造井壁之间的环腔用于填充固井水泥浆；

所述上进液口和所述下进液口分别设于所述上端盖和所述下端盖上，且均与所述环腔相连通。

6.根据权利要求5所述的压力封隔评价装置，其特征在于：一冷水机的入口和出口均与所述夹层相连通。

7.根据权利要求6所述的压力封隔评价装置，其特征在于：所述入口与所述夹层的连接处位于所述模拟超高温高压筒体的上部，所述出口与所述夹层的连接处位于所述模拟超高温高压筒体的下部。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的压力封隔评价装置，其特征在于：所述模拟超高温高压筒体的下端盖上设有与所述固井水泥浆所在的所述环腔连通的导流孔，所述导流孔连接放液阀。

9.一种水泥浆环空固井质量的评价方法，包括如下步骤：

1)向权利要求1-8中任一项所述压力封隔评价装置中的所述模拟超高温高压筒体内的环腔注入水泥浆，并在底部设置圆环形垫片；

2)利用所述加热装置加热所述模拟超高温高压筒体至所需温度；

3)开启所述第二控制阀和所述第四控制阀，利用所述气驱液泵给所述模拟超高温高压筒体施加模拟环空水泥浆静液柱压力；

4)开启所述第四控制阀，利用所述气驱液泵从所述模拟超高温高压筒体的底部施加液压，同时打开所述第三控制阀，关闭所述第一控制阀和所述第五控制阀；通过所述压力变送器的压力变化，判断固井水泥浆对油气水的封隔情况，从而实现对水泥浆固定质量的判断。

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