CN111622743A - 可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价方法，釜体由内向外依次为天然岩心、假岩心、加热保温套、支撑架，釜体上部和下部分别设置有椭圆形上圆台和下圆台；天然岩心和假岩心与下釜盖相连，天然岩心和假岩心与下釜盖之间通过密封槽确保密封；加热保温套可以加热釜体内部，模拟地层温度，其内有热电偶和温度传感器，计算机与温度传感器、压力表和流量计电连接，对其温度、压力和流量进行记录和监控。本发明适用范围广，既可模拟不同套管偏心度的第二界面胶结情况，又可以模拟不同井斜角对第二界面胶结质量影响；其测试的准确性高，可应用于指导现场气窜预测。

Description

可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价方法

技术领域

本发明涉及石油钻探技术领域，具体地说，涉及一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置及方法。本专利涉及油气井固井第二界面即岩心与水泥环界面的评价，可模拟出高温高压下固井的完整工艺，并且可模拟出套管任意偏心度以及井斜角工况，并采用气窜方式评价岩心与水泥环界面的胶结情况。

背景技术

水泥环层间胶结质量影响着油气井的寿命及各种增产措施的有效实施。其中，水泥环与地层之间的胶结面被称为固井第二界面，第二界面胶结质量易受其他因素影响，包括地层条件、井眼形状、钻井液泥饼形成情况、隔离液、水泥浆性能等。因此，提高第二界面胶结质量是提高整个固井质量的关键。

目前关于固井第二界面胶结质量评价的装置与方法仍存在许多问题有待解决。目前实验室主要有两类来确定第二界面胶结强度，一是采用剪切胶结强度，二是水力胶结强度。前者目前有较多的研究，如杨振杰(杨振杰，梁红军，李锋，等.固井界面胶结强度试验仪:CN202381076U[P].2012.)、程荣超(程荣超，步玉环，王瑞和.高炉矿渣改善固井水泥界面胶结性能研究[J].天然气工业,2007,27(2):63-66.)、徐璧华(徐璧华，卢翔，谢应权.高温高压下油井水泥环胶结强度测试新方法[J].钻井工程，2016,36(11)：65-69.)等，但测剪切胶结强度方法得到的结果不能代表胶结面可以承受的地层窜流压力，胶结强度的大小与防窜能力没有实质性关系，如胶结面存在裂缝，实际地层已经发生窜流，但是测试显示的剪切胶结强度仍可能很大。可见，该种方法不能准确评价第二界面防窜能力。水力胶结强度评价方法的实质是评价界面的抗窜能力，以窜流压力作为评价固井二界面防窜能力指标，符合井下情况。顾军(顾军，杨卫华，秦文政，等.固井二界面封隔能力评价方法研究[J].石油学报,2008,29(3):451-454.)、步玉环(步玉环，梁岩，杜嘉培，等.地层水扰动下固井二界面养护及胶结质量评价装置及方法：CN107725030A[P].2017)利用水力胶结强度方法测试第二界面的胶结强度，但二者皆没有采用天然岩心模拟地层，其胶结状况与井下第二界面的真实情况存在较大差异，因此实验结果无法真实反映第二界面胶结质量。郭小阳(郭小阳，张凯，李早元，等.高温高压固井一、二界面封固能力测试装置及方法[P].四川：CN104406910A,2015-03-11.)在水力测试方法的基础上做了改进，将测试流体改为气体，相对液体而言，气体压缩系数大，更容易上窜，膨胀后更容易监测窜流情况，更加精确的评价第二界面胶结质量，更准确的测试第二界面胶结质量的突破压力，但是装置未模拟冲洗液与隔离液对泥饼的影响，因此实验评价的第二界面胶结质量与实际存在一定差异。

除上述所分析的缺陷外，目前固井第二界面胶结质量评价未考虑套管偏心和井斜角对第二界面胶结强度的影响，不能充分模拟井下实际工况。同时，未监测出口端窜流流体流量随时间变化关系，没有预测窜流规律，不便于指导现场窜流预测。

发明内容

本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置，包括釜体、控制阀门、泥浆泵、压力表、流量计、集气瓶、中间容器、液压泵、计算机、造斜固定架、支撑架、转动臂和刻度盘；釜体由内向外依次为天然岩心、假岩心、加热保温套、第一支撑架和第二支撑架，釜体上部和下部分别设置有椭圆形上圆台和下圆台；所述天然岩心、假岩心与下釜盖相连，天然岩心、假岩心与下釜盖之间通过密封槽确保密封；加热保温套加热釜体内部，模拟地层温度，其内有热电偶和温度传感器，电连接计算机，对温度进行记录和监控，同时，计算机与第三压力表和流量计电连接、对压力和流量进行记录和监控；

上圆台一侧设置有上调节螺钉，另一侧设置有上固定螺钉，下圆台一侧设置有下调节螺钉，另一侧设置有下固定螺钉，上调节螺钉和下调节螺钉皆设置有偏移距离刻度尺，拧动上调节螺钉或下调节螺钉挤压上釜盖或下釜盖平移；

支撑架固定在造斜固定架上，第一支撑架和第二支撑架分别由第一固定螺栓和第二固定螺栓连接，转动转动臂，使刻度指针转角满足所需井斜角，角度在刻度盘上，转动臂由转动臂固定螺栓固定；

上圆台通过上螺栓与上釜盖连接，二者存在上环形密封圈确保密封，上环形密封圈嵌于上釜盖内，并且宽度大于天然岩心的最大平移距离即环空的宽度；上釜盖上存在一条通道即测窜气出口，与天然岩心和上釜盖的间隙相连；

下圆台通过下螺栓与下釜盖连接，二者存在下环形密封圈确保密封，下环形密封圈嵌于下釜盖内，并且宽度大于天然岩心的最大平移距离即釜体环空的宽度；下釜盖上存在三条通道：一是环空排液口，与釜体环空相连，二是测窜气入口，与假岩心中间通道相连，三是围压入口，与围压环空相连；下釜盖上部，在天然岩心与釜体之间的环空内挤入一密封垫，隔离和阻挡水泥流入下部环空排液口的通道；

上圆台和下圆台上都对称存在螺栓平移槽，螺栓平移槽中为上螺栓或下螺栓，所述平移槽长度大于天然岩心平移的最大距离，即釜体环空的宽度，以保证获得尽量大范围的偏心度，且天然岩心居中时，下螺栓位于平移槽的起点；

第二界面是指水泥环与天然岩心形成的胶结面；所述测窜气入口注入高压气体，对第二界面测窜；所述测窜气出口与上釜盖和天然岩心的间隙相连，收集并排出第二界面气窜的气体；

测窜气出口连接三条管线：一是钻井液注入管线，实现钻井液注入，冲洗液、隔离液循环；二是养护施压管线，实现密封槽的密封性检验、水泥环养护、泥饼形成时的施压；三是气窜气体检测管线，实现测窜气体的检测和收集；

环空排液口连接排液管线，实现钻井液排放和冲洗液、隔离液循环；

测窜气入口连接两条管线：一是气窜气体加压管线，实现气窜气体向第二界面输入和加压；二是钻井液滤失管线，实现密封槽密封性检验和钻井液滤液的排放；

围压入口与围压管线相连，确保密封槽与天然岩心和假岩心之间的密封性；

其中，所述钻井液注入管线，检验过密封槽与天然岩心和假岩心之间的密封性后，只打开第二控制阀门，其他控制阀门均关闭，在泥浆泵的作用下，钻井液流经第二控制阀门，由测窜气出口流入釜体环空，关闭第二控制阀门；泥饼形成后，打开第八控制阀门，将钻井液从环空排液口排出，将泥浆泵中的钻井液替换成冲洗液，再打开第二控制阀门，其他控制阀门均关闭，在泥浆泵的作用下，冲洗液流经第二控制阀门，由测窜气出口流入釜体环空，由环空排液口，经第八控制阀门流出釜体环空；冲洗液完成循环后，将泥浆泵中的冲洗液替换成隔离液，在泥浆泵的作用下，隔离液流经第二控制阀门，由测窜气出口流入釜体环空，由环空排液口，经第八控制阀门流出釜体环空；

所述养护施压管线，在检验密封槽密封性前，打开第一控制阀门、和第九控制阀门，其他控制阀门均关闭，利用液压泵，压力流体由第一中间容器，经第一控制阀门和第一压力表，由测窜气入口注入釜体内部；当完成钻井液注入后，打开第一控制阀门，利用液压泵，压力流体由第一中间容器，经第一控制阀门和第一压力表，由测窜气入口注入压力流体，达到模拟井下钻井液所受到的压力条件，模拟泥饼形成；水泥浆注入釜体之后，只打开第一控制阀门和第九控制阀门，其他控制阀门均关闭，此时在液压泵的作用下，打开第一控制阀门，其他控制阀门均关闭，利用液压泵，压力流体由第一中间容器，经第一控制阀门和第一压力表，由测窜气入口注入釜体内部，达到模拟井下水泥所受压力条件；

所述气窜气体加压管线，打开第六控制阀门和第七控制阀门，其他控制阀门均关闭，利用液压泵，经第二中间容器向测窜气入口注入测窜气体，气体经第六控制阀门进入密封槽内，对第二界面胶结质量进行检测；

所述气窜气体检测管线，打开第三控制阀门、第六控制阀门和第七控制阀门，其他控制阀门均关闭，气体由测窜气出口排出，经第三控制阀门和流量计，由装满液体的集气瓶收集；

所述环空排液管线，泥饼形成后，打开第八控制阀门，其他控制阀门均关闭，钻井液从环空排液管线排出；钻井液排出后，将泥浆泵中的钻井液替换成冲洗液，在泥浆泵的作用下，冲洗液经第二控制阀门，由测窜气出口流入釜体内部，由环空排液口流出釜体环空，经第八控制阀门流出环空排液管线；完成冲洗液循环后，将泥浆泵中的冲洗液替换成隔离液，隔离液经第二控制阀门，由测窜气出口流入釜体内部，由环空排液口流出体，经第八控制阀门流出环空排液管线，完成隔离液循环；

所述钻井液滤失管线，对下釜盖密封槽与天然岩心和假岩心密封性进行检验时，打开第五控制阀门，其他控制阀门均关闭，若密封性不良，压力流体由测窜气入口流出，经控制阀门流出钻井液滤失管线；完成钻井液施压后，打开第五控制阀门，在钻井液压力的作用下，滤液由测窜气入口流出，经第五控制阀门流出钻井液滤失管线；

所述围压管线，打开第四控制阀门，利用液压泵，压力流体由围压入口(3)流入围压环空，完成密封；

所述天然岩心为直径25.4mm的小岩心，在现场较容易获得。

本发明同时公开了一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价方法，所述评价方法采用所述的可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置，包括如下步骤：

第一步：调节偏心度

a、将上釜盖与下釜盖都拆下，先将假岩心放入下釜盖密封槽中，再将天然岩心放到假岩心上方，将下釜盖连接至釜体，此时下螺栓无需拧紧；

b、拧动下调节螺钉，此时岩心会随下釜盖平移，以此调节所需偏心度；

c、达到所需偏心度后拧动下固定螺钉将下釜盖固定好，之后立即拧紧下螺栓，并用上调节螺钉将上釜盖调节好，上固定螺钉将上釜盖固定好，之后立即拧紧上螺栓；

第二步：调节井斜角

将第一支撑架和第二支撑架固定在造斜固定架上，拧紧第一固定螺栓和第二固定螺栓使第一支撑架和第二支撑架相连，固定釜体，转动转动臂，使刻度指针转角满足所需井斜角，角度在刻度盘上，再用转动臂固定螺栓固定转动臂；

第三步：密封性检验

a、连接围压管线，打开第四控制阀门，其它控制阀门均关闭，利用液压泵向围压环空内注入压力流体，观察第二压力表的示数，直到示数为2MPa，关闭第四控制阀门；

b、连接养护施压管线，打开第一控制阀门和第九控制阀门，其它控制阀门均关闭，利用液压泵向釜体环空内慢慢注入压力流体，观察釜体环空养护压力值，适时调节密封压力，始终保持密封压力大于釜体压力2MPa，釜体环空压力每升高1MPa，打开第五控制阀门，检验是否有压力流体从测窜入口流出，直到环空养护压力升至后续水泥养护压力且没有液体从测窜气入口流出为止；

第四步：形成泥饼、冲洗液冲洗和隔离液循环

a、根据实验要求确保密封性后，根据钻井液循环管线要求连接好管路，并打开加热保温套加热至实验所需温度20℃-200℃；

b、钻井液在泥浆泵的作用下被吸入，流经第二控制阀门，由测窜气出口流入环空内部，当达到设置钻井液注入量后，关闭第二控制阀门；

c、利用液压泵，通过测窜气出口注入钻井液养护所需压力的压力流体，同时打开第五控制阀门，以便于钻井液滤液能够顺利从测窜口排出；

d、根据实验需要，养护1-3天，同时观察钻井液的滤失情况，养护压力下降应及时调节至所需养护压力，达到养护时间后，关闭第一控制阀门和第五控制阀门，打开第八控制阀门，经过环空排液口将钻井液排净；

e、连接钻井液循环管线，将泥浆泵中的钻井液替换成固井注水泥前常用冲洗液，打开第二控制阀门，冲洗液从测窜气出口流入，从环空排液口流出，冲洗时间根据模拟工况调整，冲洗完成后，将冲洗液替换成隔离液，循环一段时间后将装置内液体排净，冲洗时间根据固井工艺要求调整；

第五步：水泥注入及养护

a、取下下釜盖，根据偏心度确定密封垫的形状，并将其挤入岩心与釜体内侧面之间，再次安装好下釜盖，打开上釜盖，利用管线向环空内由下至上缓慢注入水泥浆，再次安装好上釜盖；

b、打开加热保温套加热至实验设定温度，温度为模拟井段的地层温度，连接养护施压管线，向装置内部泵入水泥浆养护所需压力的液压流体，压力大小根据所模拟的地层压力以及水泥环自重分析计算得出，根据实验需求在设定的条件下养护1-3天；

第六步：第二界面胶结质量检验

连接气体注入管线和检测管线，只打开第六控制阀门和第七控制阀门，其它控制阀门均关闭，利用液压泵，经第二中间容器向测窜入口注入测窜气体，对第二界面胶结质量进行检测，逐渐升高气压，观察测窜气入口处的压力变化即第三压力表的读数以及测窜出口流量计和集气瓶的变化，若观察到第三压力表和流量计读数显著变化或者集气瓶内产生气泡，则表明第二界面已发生气窜，此时测窜入口压力即第三压力表的读数则为该界面抵抗气窜的压力值，该值越大说明界面胶结效果越好。

所述可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价方法，测窜气体使用氮气。

本发明的有益效果是在天然岩心下端设置有假岩心，真实的模拟了泥饼形成过程，增大了天然岩心暴露在釜体环空的面积，保证了岩心环空的密封，提高了测试的准确性。本装置适用范围广，既可模拟不同套管偏心度的第二界面胶结情况，又可以模拟不同井斜角对第二界面胶结质量影响。加热套、流量计、压力表与计算机相连，实时监控装置内温度、压力、第二界面气窜流量的变化，并利用计算机作出气窜流量随时间变化的曲线，准确测量固井第二界面突破压力，直接评价固井第二界面的胶结强度，指导现场气窜预测。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为上釜盖俯视图。

图3为下釜盖俯视图。

图4为倾斜装置示意图。

图5为倾斜装置俯视图。

图6为造斜固定架右视图(不含支撑架)。

图7为转动臂右视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-7所示，本发明可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置主要由测窜气入口1，环空排液口2，围压入口3，密封垫4，下环形密封圈5、上环形密封圈22，下釜盖6，密封槽7，下调节螺钉8、上调节螺钉20，下固定螺钉9、上固定螺钉21，下螺栓10、上螺栓54，螺栓平移槽11，釜体12，上圆台13，下圆台14，加热保温套15，假岩心16，天然岩心17，釜体环空18，上釜盖19，测窜气出口23，围压环空24，控制阀25(第一)、26(第二)、27(第三)、28(第四)、29(第五)、30(第六)、31(第七)、32(第八)、33(第九)、泥浆泵34，压力表35(第一)、36(第二)、37(第三)，流量计38，集气瓶39，中间容器40(第一)、41(第二)，液压泵42(第一)、43(第二)，计算机44，造斜固定架45，支撑架46(第一)、47(第二)，固定螺栓48(第一)、49(第二)，转动臂50，转动臂固定螺栓51、刻度盘52、刻度指针53、支撑架固定槽57、转动臂固定槽55、底座56组成。

所述釜体由内向外依次为岩心(天然岩心17和假岩心16)，加热保温套15，支撑架46、47；所述天然岩心17为直径25.4mm的小岩心，在现场较容易获得；所述天然岩心17和假岩心16与下釜盖6相连，天然岩心17和假岩心16与下釜盖6之间通过密封槽7确保密封；所述岩心下部可挤入一密封垫4，可阻挡水泥流入下釜盖6并与下釜盖6胶结；所述加热保温套15可以加热釜体内部，模拟地层温度，其内有热电偶和温度传感器，电连接计算机44，对温度进行记录和监控，同时，计算机44与压力表37和流量计38电连接、对其压力和流量进行记录和监控。

所述釜体上部和下部分别设置有椭圆形上圆台13和下圆台14，上圆台13一侧设置有上调节螺钉20，另一侧设置有上固定螺钉21，下圆台14一侧设置有下调节螺钉8，另一侧设置有下固定螺钉9，上圆台上调节螺钉20和下圆台下调节螺钉8皆设置有偏移距离刻度尺，拧动上调节螺钉20或下调节螺钉8可挤压上釜盖或下釜盖平移；釜体与上釜盖和下釜盖皆通过上环形密封圈5、下环形密封圈22密封。

支撑架46、47由支撑架固定槽57固定在造斜固定架45上，支撑架46、47由固定螺栓48、49连接，转动臂50在第二支撑架47上，转动转动臂50，使刻度指针53转角满足所需井斜角，角度在刻度盘52上，转动臂固定螺栓51通过转动臂固定槽55固定转动臂50。

所述上圆台13通过上螺栓54与上釜盖19连接，二者存在上环形密封圈确保密封，所述上环形密封圈22嵌于上釜盖内，并且宽度大于天然岩心的最大平移距离即环空的宽度；所述上釜盖19上存在一条通道即测窜气出口23，与天然岩心17和上釜盖19的间隙相连。

所述下圆台14通过下螺栓10与下釜盖6连接，二者存在下环形密封圈5确保密封，所述下环形密封圈5嵌于下釜盖6内，并且宽度大于天然岩心的最大平移距离即釜体环空18的宽度；所述下釜盖6上存在三条通道：一是环空排液口2，与釜体环空18相连，二是测窜气入口1，与假岩心16中间通道相连，三是围压入口3，与围压环空24相连；所述下釜盖6上部，可在天然岩心17与釜体12之间的环空内挤入一密封垫4，可隔离和阻挡水泥流入下部环空排液口2的通道。

所述上圆台13和下圆台14上都对称存在螺栓平移槽57，螺栓平移槽57中为下螺栓10和上螺栓54，所述平移槽57长度大于天然岩心可平移的最大距离，即釜体环空18的宽度，以保证获得尽量大范围的偏心度，且天然岩心居中时，下螺栓10位于平移槽57的起点。

所述第二界面是指水泥环与天然岩心17形成的胶结面；所述测窜气入口1可注入高压气体，对第二界面测窜；所述测窜气出口与上釜盖19和天然岩心17的间隙相连，收集并排出第二界面气窜的气体。

所述测窜气出口23可连接三条管线：一是钻井液注入管线，可以实现钻井液注入，冲洗液、隔离液循环，二是养护施压管线，可以实现密封槽7的密封性检验、水泥环养护、泥饼形成时的施压，三是气窜气体检测管线，可以实现测窜气体的检测和收集；

所述环空排液口2可连接排液管线，可以实现钻井液排放和冲洗液、隔离液循环；

所述测窜气入口1可连接两条管线：一是气窜气体加压管线，可以实现气窜气体向第二界面输入和加压，二是钻井液滤失管线，可以实现密封槽7密封性检验和钻井液滤液的排放；

所述围压入口3与围压管线相连，可以确保密封槽7与岩心(天然岩心17和假岩心16)之间的密封性。

所述钻井液注入管线，检验过密封槽7与岩心(天然岩心17和假岩心16)的密封性后，只打开控制阀门26，其他控制阀门均关闭，在泥浆泵34的作用下，钻井液流经控制阀门26，由测窜气出口23流入釜体环空18；泥饼形成后，打开控制阀门32，将钻进液从环空排液口2排出，将泥浆泵34中的钻井液替换成冲洗液，打开控制阀门26、32，其他控制阀门均关闭，在泥浆泵34的作用下，冲洗液流经控制阀门26，由测窜气出口23流入釜体环空，由环空排液口2，经控制阀门32流出釜体环空18；冲洗液完成循环后，将泥浆泵34中的冲洗液替换成隔离液，打开控制阀门26、32，其他控制阀门均关闭，在泥浆泵34的作用下，隔离液流经控制阀门2，由测窜气出口23流入釜体环空18，由环空排液口2，经控制阀门32流出釜体环空18。

所述水泥养护施压管线，在检验密封槽密封性前，打开控制阀门25、33，其他控制阀门均关闭，利用液压泵42，压力流体由中间容器40，经控制阀门25和压力表35，由测窜气入口1注入釜体内部，与密封槽密封管线配合，完成密封槽7与岩心(天然岩心17和假岩心16)密封性的检验；当完成钻井液注入后，打开控制阀门25，利用液压泵42，压力流体由中间容器40，经控制阀门25和压力表35，由测窜气入口1注入压力流体，达到模拟井下钻井液所受到的压力条件，模拟泥饼形成；水泥浆注入釜体之后，只打开控制阀门25、33，其他控制阀门均关闭，此时在液压泵42的作用下，打开控制阀门25，其他控制阀门均关闭，利用液压泵42，压力流体由中间容器40，经控制阀门25和压力表35，由测窜气入口1注入釜体内部，达到模拟井下水泥所受压力条件。

所述气窜气体加压管线，打开控制阀门30、31，其他控制阀门均关闭，利用液压泵42，经中间容器41向测窜气入口1注入测窜气体(氮气)，气体经控制阀门30进入密封槽7内，对第二界面胶结质量进行检测。

所述气窜气体检测管线，打开控制阀门27，30，31，其他控制阀门均关闭，气体由测窜气出口23排出，经控制阀门27和流量计38，由装满液体的集气瓶39收集。

所述环空排液管线，泥饼形成后，打开控制阀门32，其他控制阀门均关闭，钻井液从环空排液管线排出；钻井液排出后，将泥浆泵34中的钻井液替换成冲洗液，在泥浆泵34的作用下，冲洗液经控制阀门26，由测窜气出口23流入釜体内部，由环空排液口2流出体，经控制阀门32流出环空排液管线。完成冲洗液循环后，将泥浆泵34中的冲洗液替换成隔离液，隔离液经控制阀门26，由测窜气出口流入釜体内部，由环空排液口流出体，经控制阀门32流出环空排液管线，完成隔离液循环。

所述钻井液滤失管线，对下釜盖密封槽7与岩心(天然岩心17和假岩心16)密封以及压力流体注入釜体后，打开控制阀门29，其他控制阀门均关闭，若密封槽7与岩心(天然岩心17和假岩心16)密封性不良，压力流体由测窜气入口1流出，经控制阀门29流出钻井液滤失管线；完成钻井液施压后，打开控制阀门29，其他控制阀门均关闭，在钻井液压力的作用下，滤液由测窜气入口1流出，经控制阀门29流出钻井液滤失管线。

所述围压管线，打开控制阀门28，利用液压泵43，压力流体由围压入口3流入围压环空24，完成密封。

步骤：

1.调节偏心度：

(1)将上釜盖19与下釜盖6都拆下，先将假岩心16放入下釜盖密封槽7中，再将天然岩心17放到假岩心16上方，将下釜盖6连接至釜体12，此时下釜盖螺栓10无需拧紧。

(2)拧动下调节螺钉8，由于螺栓10未拧紧，此时岩心会随下釜盖6平移，以此调节所需偏心度。

(3)达到所需偏心度后拧动下固定螺钉9将下釜盖6固定好，之后立即拧紧螺栓10，并用上釜盖调节螺钉20将上釜盖19调节好，上釜盖固定螺钉21将上釜盖19固定好，之后立即拧紧上釜盖螺栓46。

2.调节井斜角：

将支撑架46、47固定在造斜固定架45上，拧紧固定螺栓48、49使支撑架46和支撑架47相连，固定釜体12，转动转动臂50，使刻度指针53转角满足所需井斜角，角度在刻度盘52上，再用转动臂固定螺栓51固定转动臂50。

3.密封性检验：

(1)连接施压管线，打开控制阀门28，其它控制阀门均关闭，利用液压泵43向下围压环空24内注入压力流体，观察压力表36的示数，直到示数为2MPa，关闭控制阀门28。

(2)打开控制阀门25、33，其它控制阀门均关闭，利用液压泵42向釜体环空18内慢慢注入压力流体，观察釜体环空养护压力值，并始终保持密封压力大于釜体压力2MPa，釜体环空18压力每升高1MPa，打开控制阀门29，检验是否有压力流体从测窜入口流出，直到环空养护压力升至后续水泥养护压力且没有液体从测窜气入口流出为止。

4.形成泥饼、冲洗液冲洗和隔离液循环：

(1)根据实验要求确保密封性后，根据钻井液循环管线要求连接好管路，并打开加热保温套15加热至实验所需温度。

(2)钻井液在泥浆泵34的作用下被吸入，流经控制阀26，由测窜气出口23流入环空内部，当达到设置钻井液注入量后，关闭控制阀门26。

(3)利用液压泵42，通过测窜气出口23注入钻井液养护所需压力的压力流体，同时打开阀门29，以便于钻井液滤液能够顺利从测窜口排出。

(4)根据实验需要，养护一段时间，同时观察钻井液的滤失情况，养护压力下降应及时调节至所需养护压力，达到养护时间后，关闭控制阀门25和29，打开控制阀门32，经过环空排液口2将钻井液排净。

(5)连接钻井液循环管线，将泥浆泵34中的钻井液替换成固井注水泥前常用冲洗液，打开控制阀门26，冲洗液从测窜气出口23流入，从环空排液口2流出，冲洗时间根据模拟工况调整。冲洗完成后，将冲洗液替换成隔离液，循环一段时间后将装置内液体排净，冲洗时间根据固井工艺要求调整。

5.水泥注入及养护：

(1)取下下釜盖6，根据偏心度确定密封垫4的形状，并将其挤入岩心与釜体内侧面之间，再次安装好下釜盖6，打开上釜盖19，利用管线向环空内由下至上缓慢注入水泥浆，再次安装好上釜盖19。

(2)打开加热保温套15加热至实验设定温度，温度为模拟井段的地层温度，连接养护施压管线，向装置内部泵入水泥浆养护所需压力的液压流体，压力大小根据所模拟的地层压力以及水泥环自重分析计算得出，根据实验需求在设定的条件下养护一定时间。

6.第二界面胶结质量检验：

(1)连接气体注入管线和检测管线，只打开控制阀门30、31，其它控制阀门均关闭，利用液压泵42，经中间容器41向测窜入口注入测窜气体(氮气)，对第二界面胶结质量进行检测，逐渐升高气压，观察测窜气入口1处的压力变化即压力表37的示数以及测窜出口流量计38和集气瓶39的变化，若观察到压力表37和流量计38示数显著变化或者集气瓶内产生气泡，则表明第二界面已发生气窜，此时测窜入口压力即压力表37的示数则为该界面抵抗气窜的压力值，该值越大说明界面胶结效果越好。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价方法，其特征在于：所述评价方法采用的可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置为：包括釜体、控制阀门、泥浆泵(34)、压力表、流量计(38)、集气瓶(39)、中间容器、液压泵、计算机(44)、造斜固定架(45)、支撑架、转动臂(50)和刻度盘(52)；其特征在于：釜体由内向外依次为天然岩心(17)、假岩心(16)、加热保温套(15)、第一支撑架(46)和第二支撑架(47)，釜体上部和下部分别设置有椭圆形上圆台(13)和下圆台(14)；所述天然岩心(17)、假岩心(16)与下釜盖(6)相连，天然岩心(17)、假岩心(16)与下釜盖(6)之间通过密封槽(7)确保密封；加热保温套(15)加热釜体内部，模拟地层温度，其内有热电偶和温度传感器，电连接计算机(44)，对温度进行记录和监控，同时，计算机(44)与第三压力表(37)和流量计(38)电连接、对压力和流量进行记录和监控；

上圆台(13)一侧设置有上调节螺钉(20)，另一侧设置有上固定螺钉(21)，下圆台(14)一侧设置有下调节螺钉(8)，另一侧设置有下固定螺钉(9)，上调节螺钉(20)和下调节螺钉(8)皆设置有偏移距离刻度尺，拧动上调节螺钉(20)或下调节螺钉(8)挤压上釜盖或下釜盖平移；

支撑架固定在造斜固定架(45)上，第一支撑架(46)和第二支撑架(47)分别由第一固定螺栓(48)和第二固定螺栓(49)连接，转动转动臂(50)，使刻度指针(53)转角满足所需井斜角，角度在刻度盘(52)上，转动臂由转动臂固定螺栓(51)固定；

上圆台(13)通过上螺栓(54)与上釜盖(19)连接，二者存在上环形密封圈确保密封，上环形密封圈(22)嵌于上釜盖内，并且宽度大于天然岩心的最大平移距离即环空的宽度；上釜盖(19)上存在一条通道即测窜气出口(23)，与天然岩心(17)和上釜盖(19)的间隙相连；

下圆台(14)通过下螺栓(10)与下釜盖(6)连接，二者存在下环形密封圈(5)确保密封，下环形密封圈(5)嵌于下釜盖(6)内，并且宽度大于天然岩心的最大平移距离即釜体环空(18)的宽度；下釜盖(6)上存在三条通道：一是环空排液口(2)，与釜体环空(18)相连，二是测窜气入口(1)，与假岩心(16)中间通道相连，三是围压入口(3)，与围压环空(24)相连；下釜盖(6)上部，在天然岩心(17)与釜体(12)之间的环空内挤入一密封垫(4)，隔离和阻挡水泥流入下部环空排液口(2)的通道；

上圆台(13)和下圆台(14)上都对称存在螺栓平移槽(57)，螺栓平移槽(57)中为上螺栓(54)或下螺栓(10)，所述平移槽(57)长度大于天然岩心平移的最大距离，即釜体环空(18)的宽度，以保证获得尽量大范围的偏心度，且天然岩心居中时，下螺栓(10)位于平移槽(57)的起点；

第二界面是指水泥环与天然岩心(17)形成的胶结面；所述测窜气入口(1)注入高压气体，对第二界面测窜；所述测窜气出口与上釜盖(19)和天然岩心(17)的间隙相连，收集并排出第二界面气窜的气体；

测窜气出口(23)连接三条管线：一是钻井液注入管线，实现钻井液注入，冲洗液、隔离液循环；二是养护施压管线，实现密封槽(7)的密封性检验、水泥环养护、泥饼形成时的施压；三是气窜气体检测管线，实现测窜气体的检测和收集；

环空排液口(2)连接排液管线，实现钻井液排放和冲洗液、隔离液循环；

测窜气入口(1)连接两条管线：一是气窜气体加压管线，实现气窜气体向第二界面输入和加压；二是钻井液滤失管线，实现密封槽(7)密封性检验和钻井液滤液的排放；

围压入口(3)与围压管线相连，确保密封槽(7)与天然岩心(17)和假岩心(16)之间的密封性；

其中，

所述钻井液注入管线，检验过密封槽(7)与天然岩心(17)和假岩心(16)之间的密封性后，只打开第二控制阀门(26)，其他控制阀门均关闭，在泥浆泵(34)的作用下，钻井液流经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入釜体环空(18)，关闭第二控制阀门(26)；泥饼形成后，打开第八控制阀门(32)，将钻井液从环空排液口(2)排出，将泥浆泵(34)中的钻井液替换成冲洗液，再打开第二控制阀门(26)，其他控制阀门均关闭，在泥浆泵(34)的作用下，冲洗液流经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入釜体环空，由环空排液口(2)，经第八控制阀门(32)流出釜体环空(18)；冲洗液完成循环后，将泥浆泵(34)中的冲洗液替换成隔离液，在泥浆泵(34)的作用下，隔离液流经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入釜体环空(18)，由环空排液口(2)，经第八控制阀门(32)流出釜体环空(18)；

所述养护施压管线，在检验密封槽密封性前，打开第一控制阀门(25)、和第九控制阀门(33)，其他控制阀门均关闭，利用液压泵(42)，压力流体由第一中间容器(40)，经第一控制阀门(25)和第一压力表(35)，由测窜气入口(1)注入釜体内部；当完成钻井液注入后，打开第一控制阀门(25)，利用液压泵(42)，压力流体由第一中间容器(40)，经第一控制阀门(25)和第一压力表(35)，由测窜气入口(1)注入压力流体，达到模拟井下钻井液所受到的压力条件，模拟泥饼形成；水泥浆注入釜体之后，只打开第一控制阀门(25)和第九控制阀门(33)，其他控制阀门均关闭，此时在液压泵(42)的作用下，打开第一控制阀门(25)，其他控制阀门均关闭，利用液压泵(42)，压力流体由第一中间容器(40)，经第一控制阀门(25)和第一压力表(35)，由测窜气入口(1)注入釜体内部，达到模拟井下水泥所受压力条件；

所述气窜气体加压管线，打开第六控制阀门(30)和第七控制阀门(31)，其他控制阀门均关闭，利用液压泵(42)，经第二中间容器(41)向测窜气入口(1)注入测窜气体，气体经第六控制阀门(30)进入密封槽(7)内，对第二界面胶结质量进行检测；

所述气窜气体检测管线，打开第三控制阀门(27)、第六控制阀门(30)和第七控制阀门(31)，其他控制阀门均关闭，气体由测窜气出口(23)排出，经第三控制阀门(27)和流量计(38)，由装满液体的集气瓶(39)收集；

所述环空排液管线，泥饼形成后，打开第八控制阀门(32)，其他控制阀门均关闭，钻井液从环空排液管线排出；钻井液排出后，将泥浆泵(34)中的钻井液替换成冲洗液，在泥浆泵(34)的作用下，冲洗液经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入釜体内部，由环空排液口(2)流出釜体环空，经第八控制阀门(32)流出环空排液管线；完成冲洗液循环后，将泥浆泵(34)中的冲洗液替换成隔离液，隔离液经第二控制阀门(26)，由测窜气出口流入釜体内部，由环空排液口流出体，经第八控制阀门(32)流出环空排液管线，完成隔离液循环；

所述钻井液滤失管线，对下釜盖密封槽(7)与天然岩心(17)和假岩心(16)密封性进行检验时，打开第五控制阀门(29)，其他控制阀门均关闭，若密封性不良，压力流体由测窜气入口(1)流出，经控制阀门(29)流出钻井液滤失管线；完成钻井液施压后，打开第五控制阀门(29)，在钻井液压力的作用下，滤液由测窜气入口(1)流出，经第五控制阀门(29)流出钻井液滤失管线；

所述围压管线，打开第四控制阀门(28)，利用液压泵(43)，压力流体由围压入口(3)流入围压环空(24)，完成密封；

所述天然岩心(17)为直径25.4mm的小岩心，在现场较容易获得；

所述评价方法包括如下步骤：

第一步：调节偏心度

a、将上釜盖(19)与下釜盖(6)都拆下，先将假岩心(16)放入下釜盖密封槽(7)中，再将天然岩心(17)放到假岩心(16)上方，将下釜盖(6)连接至釜体(12)，此时下釜盖螺栓(10)无需拧紧；

b、拧动下调节螺钉(8)，此时岩心会随下釜盖(6)平移，以此调节所需偏心度；

c、达到所需偏心度后拧动下固定螺钉(9)将下釜盖(6)固定好，之后立即拧紧下螺栓(10)，并用上调节螺钉(20)将上釜盖(19)调节好，上固定螺钉(21)将上釜盖(19)固定好，之后立即拧紧上螺栓(54)；

第二步：调节井斜角

将第一支撑架(46)和第二支撑架(47)固定在造斜固定架(45)上，拧紧第一固定螺栓(48)和第二固定螺栓(49)使第一支撑架(46)和第二支撑架(47)相连，固定釜体(12)，转动转动臂(50)，使刻度指针(53)转角满足所需井斜角，角度在刻度盘(52)上，再用转动臂固定螺栓固定转动臂；

第三步：密封性检验

a、连接围压管线，打开第四控制阀门(28)，其它控制阀门均关闭，利用液压泵(43)向围压环空(24)内注入压力流体，观察第二压力表(36)的示数，直到示数为2MPa，关闭第四控制阀门(28)；

b、连接养护施压管线，打开第一控制阀门(25)和第九控制阀门(33)，其它控制阀门均关闭，利用液压泵(42)向釜体环空(18)内慢慢注入压力流体，观察釜体环空养护压力值，适时调节密封压力，始终保持密封压力大于釜体压力2MPa，釜体环空(18)压力每升高1MPa，打开第五控制阀门(29)，检验是否有压力流体从测窜入口流出，直到环空养护压力升至后续水泥养护压力且没有液体从测窜气入口流出为止；

第四步：形成泥饼、冲洗液冲洗和隔离液循环

a、根据实验要求确保密封性后，根据钻井液循环管线要求连接好管路，并打开加热保温套(15)加热至实验所需温度20℃-200℃；

b、钻井液在泥浆泵(34)的作用下被吸入，流经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入环空内部，当达到设置钻井液注入量后，关闭第二控制阀门(26)；

c、利用液压泵(42)，通过测窜气出口(23)注入钻井液养护所需压力的压力流体，同时打开第五控制阀门(29)，以便于钻井液滤液能够顺利从测窜口排出；

d、根据实验需要，养护1-3天，同时观察钻井液的滤失情况，养护压力下降应及时调节至所需养护压力，达到养护时间后，关闭第一控制阀门(25)和第五控制阀门(29)，打开第八控制阀门(32)，经过环空排液口(2)将钻井液排净；

e、连接钻井液循环管线，将泥浆泵(34)中的钻井液替换成固井注水泥前常用冲洗液，打开第二控制阀门(26)，冲洗液从测窜气出口(23)流入，从环空排液口(2)流出，冲洗时间根据模拟工况调整，冲洗完成后，将冲洗液替换成隔离液，循环一段时间后将装置内液体排净，冲洗时间根据固井工艺要求调整；

第五步：水泥注入及养护

a、取下下釜盖(6)，根据偏心度确定密封垫(4)的形状，并将其挤入岩心与釜体内侧面之间，再次安装好下釜盖(6)，打开上釜盖(19)，利用管线向环空内由下至上缓慢注入水泥浆，再次安装好上釜盖(19)；

b、打开加热保温套(15)加热至实验设定温度，温度为模拟井段的地层温度，连接养护施压管线，向装置内部泵入水泥浆养护所需压力的液压流体，压力大小根据所模拟的地层压力以及水泥环自重分析计算得出，根据实验需求在设定的条件下养护1-3天；

第六步：第二界面胶结质量检验

连接气体注入管线和检测管线，只打开第六控制阀门(30)和第七控制阀门(31)，其它控制阀门均关闭，利用液压泵(42)，经第二中间容器(41)向测窜入口注入测窜气体，对第二界面胶结质量进行检测，逐渐升高气压，观察测窜气入口(1)处的压力变化即第三压力表(37)的读数以及测窜出口流量计(38)和集气瓶(39)的变化，若观察到第三压力表(37)和流量计(38)读数显著变化或者集气瓶内产生气泡，则表明第二界面已发生气窜，此时测窜入口压力即第三压力表(37)的读数则为该界面抵抗气窜的压力值，该值越大说明界面胶结效果越好。

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