CN113103419A - 热采井水泥环高温养护装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热采井水泥环高温养护装置及其使用方法，所述热采井水泥环高温养护装置包括水泥环形成单元和水泥环养护单元；所述水泥环形成单元包括套管以及套设在所述套管外侧的水泥环模具，所述套管和所述水泥环模具围合形成一环形空间，用于注入水泥以形成所述水泥环；所述水泥环养护单元包括加热控制设备和保温罩，所述加热控制设备连接于所述套管，用于按照预设的温度设定对所述水泥环进行高温养护，所述保温罩包覆于所述水泥环模具外侧，用于在对所述水泥环进行高温养护过程中对所述水泥环进行保温。本发明可真实的反映水泥环在注蒸汽热采过程中，因套管与水泥环的膨胀系数的差异而产生的周期性的热应力对水泥环完整性的影响。

Description

热采井水泥环高温养护装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及水泥环养护设备技术领域，具体涉及一种热采井水泥环高温养护装置及其使用方法。

背景技术

目前，探明的常规原油储量中稠油资源占70％之多。对于稠油油藏，由于稠油流动阻力大，大多采用热力降粘的方式开采，也就是热采，主要是采用注蒸汽热采的方法。注蒸汽热采一般为蒸汽吞吐，在注蒸汽开采过程中，井筒温度高达300℃以上。由于套管与水泥环的热膨胀系数不一致，当井筒温度升高时，水泥环会受到热应力的作用，周期性的注蒸汽使得水泥环受到周期性热应力的作用，从而有可能导致水泥环发生破坏。当起到层间封隔作用的水泥环发生破坏时，则有可能导致蒸汽上窜，影响稠油热采井的开采效率，严重者甚至会导致整个井眼的报废。

现有技术中，对水泥石的高温养护都是将50.8mm×50.8mm×50.8mm的水泥试块放入高温养护釜中进行养护，该设备虽然可以用来测试水泥石高温养护后的性能变化情况，但是由于水泥石在高温养护过程中并没有受到套管或地层的约束，养护过程中水泥石不会发生破坏，这与现场实际水泥环的受力状况完全不相符，导致在现场应用过程中，尽管采用常规的高温养护方法测试的水泥石性能没用问题，但实际生产过程中水泥石往往发生破坏。

发明内容

本发明提供了一种热采井水泥环高温养护装置及其使用方法，旨在解决现有技术中存在的高温养护后的水泥环与现场固井水泥环受力情况不一致，导致在实际使用时水泥环发生破坏的技术问题。

本发明提供了一种热采井水泥环高温养护装置，用于形成水泥环并对所述水泥环进行高温养护，所述热采井水泥环高温养护装置包括水泥环形成单元和水泥环养护单元；

所述水泥环形成单元包括套管以及套设在所述套管外侧的水泥环模具，所述套管和所述水泥环模具围合形成一环形空间，用于注入水泥以形成所述水泥环；

所述水泥环养护单元包括加热控制设备和保温罩，所述加热控制设备连接于所述套管，用于按照预设的温度设定对所述水泥环进行高温养护，所述保温罩包覆于所述水泥环模具外侧，用于在对所述水泥环进行高温养护过程中对所述水泥环进行保温。

在本发明一些可能的实现方式中，所述加热控制设备包括导热油槽、至少一个加热管、进口管线以及出口管线，

所述导热油槽内蓄有导热油；

所述至少一根加热管设置于所述导热油槽内，用于加热所述导热油；

所述进口管线包括连接于所述导热油槽的第一进口端和连接于所述套管的第二进口端，所述导热油通过所述进口管线进入所述套管，对所述套管进行加热；

所述出口管线包括连接于所述导热油槽的第一出口端和连接于所述套管的第二出口端，所述套管内的导热油通过所述出口管线流回至所述导热油槽。

在本发明一些可能的实现方式中，所述加热控制设备还包括依次设置在所述进口管线上的循环泵和第一控制阀以及设置在所述出口管线上的第二控制阀，当所述循环泵、所述第一控制阀和所述第二控制阀开启时，所述导热油在所述导热油槽和所述套管之间循环。

在本发明一些可能的实现方式中，所述加热控制设备还包括温度控制仪表和温度显示仪表，所述温度控制仪表用于控制所述至少一根加热管的升温速度以及温度保持时间，从而使所述导热油实现预设的温度设定；所述温度显示仪表用于显示所述导热油的当前温度。

在本发明一些可能的实现方式中，所述热采井水泥环高温养护装置还包括放油单元，所述放油单元包括放油管线和设置在所述放油管线上的第三控制阀，所述放油管线包括连接所述套管的第一管线端以及连接外部储油罐的第二管线端，所述第三控制阀用于当所述水泥环养护完毕后开启，将所述套管内的导热油通过所述放油管线导入至所述外部储油罐。

在本发明一些可能的实现方式中，所述套管包括第一开口端和第二开口端，所述热采井水泥环高温养护装置还包括与所述第一开口端密封连接的第一密封盖以及与所述第二开口端密封连接的第二密封盖，所述进口管线通过所述第二密封盖与所述套管连通，所述出口管线通过所述第一密封盖与所述套管连通。

在本发明一些可能的实现方式中，所述第一密封盖包括第一密封盖本体以及与所述第一密封盖本体连通的第一连接接口，所述第一密封盖本体与所述套管密封连接，所述出口管线通过所述第一连接接口与所述套管连通；所述第二密封盖包括第二密封盖本体以及与所述第二密封盖本体连通的第二连接接口，所述第二密封盖本体与所述套管密封连接，所述进口管线通过所述第二连接接口与所述套管连通。

在本发明一些可能的实现方式中，所述热采井水泥环高温养护装置还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈设置于所述第一密封盖本体与所述第二开口端之间，所述第二密封圈设置于所述第二密封盖本体和所述第一开口端之间。

在本发明一些可能的实现方式中，所述热采井水泥环高温养护装置还包括第一保温棉和第二保温棉，所述第一保温棉包覆于所述进口管线外，所述第二保温棉包覆于所述出口管线外。

另一方面，本发明还提供了一种热采井水泥环高温养护装置的使用方法，适用于上述任意一项所述的热采井水泥高温养护装置，热采井水泥环高温养护装置的使用方法包括：

将所述水泥环模具竖直放置，并将所述套管置入所述水泥环模具中，以使所述水泥环模具和所述套管之间围合形成一环形空间；

将水泥浆灌入所述环形空间内，待所述水泥浆固化后形成所述水泥环；

在所述水泥环模具的外侧包覆所述保温罩，并将所述加热控制设备与所述套管连接；

控制所述加热控制设备按照预设的温度设定对所述水泥环进行高温养护；

高温养护完毕后，断开所述加热控制设备与所述套管的连接，拆除所述保温罩和所述水泥环模具，获得经高温养护后的所述水泥环。

本发明通过设置水泥环模具和套管形成水泥环，并通过设置水泥环模具和套管，模拟水泥环在高温养护过程中的受力情景；同时，通过设置加热控制设备对水泥环按照预设的温度设定进行高温养护，可真实的反映水泥环在注蒸汽热采过程中，因套管与水泥环的膨胀系数的差异而产生的周期性的热应力对水泥环完整性的影响，提高高温养护后的水泥环在实际使用过程中的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的热采井水泥环高温养护装置的一个实施例结构示意图；

图2是本发明实施例提供的热采井水泥环高温养护装置的使用方法的一个实施例流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有做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。

为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本发明所公开的原理和特征的最广范围相一致。

本发明实施例提供一种热采井水泥环高温养护装置及其使用方法，以下进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的热采井水泥环高温养护装置的一个实施例结构示意图，如图1所示，热采井水泥环高温养护装置10用于形成水泥环101并对水泥环101进行高温养护，其特征在于，所述热采井水泥环高温养护装置10包括水泥环形成单元100和水泥环养护单元200；

水泥环形成单元100包括套管110以及套设在套管110外侧的水泥环模具120，套管110和水泥环模具120围合形成一环形空间，用于注入水泥以形成水泥环101；

水泥环养护单元200包括加热控制设备210和保温罩220，加热控制设备210连接于套管110，用于按照预设的温度设定对水泥101环进行高温养护，保温罩220包覆于水泥环模具120外侧，用于在对水泥环101进行高温养护过程中对水泥环101进行保温。

其中，预设的温度设定指的在模拟实际场景的周期性注蒸汽时，水泥环101受到的周期性热应力。例如：若在实际场景的周期性注蒸汽时，水泥环101首先受到持续1小时300摄氏度的热应力，然后受到持续2小时的100摄氏度的热应力，则预设的温度设定为1小时300摄氏度的温度，然后再是2小时100摄氏度的温度。也就是说：预设的温度设定与实际场景的周期性注蒸汽时，水泥环101受到的热应力相同。

进一步地，加热控制设备210可拆卸连接于套管110，用于在对水泥环101进行高温养护完毕后，将加热控制设备210拆除。具体地，加热控制设备210可与套管110通过螺纹连接实现可拆卸连接。

本发明实施例设置水泥环模具120和套管110形成水泥环101，并通过设置水泥环模具120和套管110，模拟水泥环101在高温养护过程中的受力情景；同时，通过设置加热控制设备210对水泥环101按照预设的温度设定进行高温养护，可真实的反映水泥环101在注蒸汽热采过程中，因套管110与水泥环101的膨胀系数的差异而产生的周期性的热应力对水泥环101完整性的影响，提高高温养护后的水泥环101在实际使用过程中的安全性。

其中，水泥环模具120材质为Q235碳钢，其由两个对称的半圆型圆柱通过螺栓组装在一起，形成一个空心的圆柱形模腔。

进一步地，在本发明的一些实施例中，如图1所示，加热控制设备210包括导热油槽211、至少一个加热管212、进口管线213以及出口管线214，

导热油槽211内蓄有导热油；

至少一根加热管212设置于所述导热油槽211内，用于加热所述导热油；

进口管线213包括连接于导热油槽211的第一进口端2131和连接于套管110的第二进口端2132，导热油通过进口管线213进入套管110，对套管110进行加热；

出口管线124包括连接于导热油槽211的第一出口端2141和连接于套管110的第二出口端2142，套管110内的导热油通过出口管线214流回至导热油槽211。

本发明实施例通过设置导热油作为加热载体，并通过导热油在套管110和导热油槽211之间的循环对套管110进行加热，提高了加热的均匀性，同时，也可以准确反映在实际场景中热流体在套管中流动加热的效果，提高了热采井水泥环高温养护装置与实际场景受力的一致性。

应当理解的是：加热管212设置的数量与导热油槽211内导热油的体积以及导热油的升温速率相关，导热油槽211内导热油的体积越大，加热管212设置的数量越多，导热油的升温速率越快，加热管212设置的数量也越多。

在本发明的一个实施例中，加热控制设备210包括两根加热管212，且两根加热管212平行设置在导热油槽211内。

需要说明的是：为了确保导热油加热过程中的安全性，导热油的液位应高于加热管212的高度。即：加热管212应完全浸没于导热油中。通过上述设置，既可进一步提高导热油的升温速率，也可避免加热管212干烧，提高加热管212在工作过程中的安全性。

进一步地，在本发明的一些实施例中，如图1所示，加热控制设备210还包括依次设置在进口管线213上的循环泵215和第一控制阀216以及设置在出口管线214上的第二控制阀214，当循环泵215、第一控制阀216和第二控制阀217开启时，导热油在导热油槽211和套管110之间循环。

通过上述设置，可提高通过导热油在导热油槽211和套管110之间循环的可控性，避免当发生意外状况时，加热过程不能及时停止的问题，实现提高加热控制设备210加热过程中的安全性的技术效果。

进一步地，如图1所示，加热控制设备210还包括温度控制仪表218和温度显示仪表219，温度控制仪表218用于控制至少一根加热管212的升温速度以及温度保持时间，从而使导热油实现预设的温度设定；温度显示仪表219用于显示导热油的当前温度。

通过设置温度控制仪表218控制加热管212的升温速度以及温度保持时间，进而可以控制导热油的升温速度以及温度保持时间，使导热油的温度模拟实际场景的周期性注蒸汽时，水泥环101受到周期性热应力作用时的效果，进一步提高水泥环101高温养护的可靠性。

需要说明的是：在本发明的一些实施例中，温度控制仪表218的温控方式为程序控温，进一步提高温控的精确性。

进一步地，在本发明的一些实施例中，如图1所示，热采井水泥环高温养护装置10还包括放油单元300，放油单元300包括放油管线310和设置在放油管线310上的第三控制阀320，放油管线310包括连接套管110的第一管线端311以及连接外部储油罐(图中未示出)的第二管线端312，第三控制阀320用于当水泥环101养护完毕后开启，将套管110内的导热油通过放油管线310导入至外部储油罐。

通过上述设置，可在水泥环101高温养护完毕后，将套管110内的导热油进行收集并存储，避免导热油泄露和浪费。

进一步地，为了避免在对水泥环101高温养护的过程中，发生导热油泄露的问题，在本发明的一些实施例中，如图1所示，套管110包括第一开口端111和第二开口端112，热采井水泥环高温养护装置10还包括与第一开口端111密封连接的第一密封盖400以及与第二开口端112密封连接的第二密封盖500，进口管线213通过第二密封盖500与套管110连通，出口管线214通过第一密封盖400与套管110连通。

通过设置第一密封盖400和第二密封盖500实现对套管110的密封，避免套管110内的导热油发生泄露；进一步地，通过设置第一密封盖400和第二密封盖500实现对套管110的密封还可减轻导热油从导热油槽211到套管110内发生的温降，进一步提高对套管110的加热速率，提高对水泥环101的高温养护效率。

具体地，如图1所示，第一密封盖400包括第一密封盖本体410以及与第一密封盖本体410连通的第一连接接口420，第一密封盖本体410与套管110密封连接，出口管线214通过第一连接接口420与所述套管110连通；第二密封盖500包括第二密封盖本体510以及与第二密封盖本体510连通的第二连接接口520，第二密封盖本体510与套管110密封连接，进口管线213通过第二连接接口520与套管110连通。

在本发明的一些实施例中，为了进一步提高套管110的密封性，如图1所示，热采井水泥环高温养护装置10还包括第一密封圈600和第二密封圈700，第一密封圈600设置于第一密封盖本体410与第二开口端112之间，第二密封圈700设置于第二密封盖本体520和第一开口端111之间。

其中，由于在高温养护过程中，套管110的温度很高，因此，第一密封圈600和第二密封圈700均为耐高温石墨密封圈。

进一步地，在本发明的一些实施例中，热采井水泥环高温养护装置10还包括第一保温棉和第二保温棉，第一保温棉包覆于进口管线213外，第二保温棉包覆于出口管线214外。

通过上述设置，可降低导热油在进口管线213和出口管线214之间流动时，与进口管线213、出口管线214以及周围环境发生热交换的速率，保证导热油的温度，进一步提高加热套管110的速率，从而提高对水泥环101进行高温养护的速率。

另一方面，本发明实施例还提供了一种热采井水泥环高温养护装置的使用方法，适用于上述任一实施例中所述的热采井水泥高温养护装置10，如图2所示，热采井水泥环高温养护装置的使用方法包括：

S201、将水泥环模具120竖直放置，并将套管110置入水泥环模具120中，以使水泥环模具120和套管110之间围合形成一环形空间；

其中，水泥环模具120由两个对称的半圆型圆柱通过螺栓组装在一起，形成一个空心的圆柱形模腔；因此，在将水泥环模具120竖直放置之前，需要先将两个半圆型圆柱通过螺栓组装成水泥环模具120。

进一步地，为了便于水泥环101高温养护完毕后水泥环模具120的拆除，应当在水泥环模具120的内表面涂刷适量机油。

S202、将水泥浆灌入环形空间内，待水泥浆固化后形成水泥环101；

需要说明的是：为了避免当水泥浆灌入环形空间内时，水泥浆从环形空间的下方漏出，应当在将水泥浆灌入环形空间之前，在环形空间的底部加入少量的建筑砂子，用于防止水泥浆的漏失。

S203、在水泥环模具120的外侧包覆保温罩220，并将加热控制设备210与套管110连接；

通过设置保温罩220，可在对水泥环101进行高温养护过程中对水泥环101进行保温。

S204、控制加热控制设备210按照预设的温度设定对水泥环101进行高温养护；

应当理解的是，在对水泥环101进行高温养护之前，需先对水泥环101常温养护7天左右，在养护过程中，为保证水泥环101充分水化，需定期给水泥环101进行浇水养护。

应当说明的是：加热控制设备210预设的温度设定与水泥环101在实际场景中收到的温度一致，保证高温养护的可靠性。

进一步说明的是：在对水泥环101进行高温养护之前，还需要对热采井水泥环高温养护装置10的密封情况进行检查，当密封情况良好的情况下再对水泥环101进行高温养护。

具体地，在对水泥环101进行高温养护的过程中，通过设置温度控制仪表218控制加热管212的升温速度以及温度保持时间，从而使导热油实现预设的温度设定；通过设置温度显示仪表219显示导热油的当前温度。

S205、高温养护完毕后，断开加热控制设备210与套管110的连接，拆除保温罩220和水泥环模具120，获得经高温养护后的水泥环101。

本发明实施例通过设置水泥环模具120和套管110形成水泥环101，并通过设置水泥环模具120和套管110，模拟水泥环101在高温养护过程中的受力情景；同时，通过设置加热控制设备210对水泥环101按照预设的温度设定进行高温养护，可真实的反映水泥环101在注蒸汽热采过程中，因套管110与水泥环101的膨胀系数的差异而产生的周期性的热应力对水泥环101完整性的影响，提高高温养护后的水泥环101在实际使用过程中的安全性，同时也可为水泥浆体系配方的选择提供实验数据。进一步地，通过设置导热油作为加热载体，并通过导热油在套管110和导热油槽211之间的循环对套管110进行加热，提高了加热的均匀性，同时，也可以准确反映在实际场景中热流体在套管中流动加热的效果，提高了热采井水泥环高温养护装置与实际场景受力的一致性。更进一步的，通过设置温度控制仪表218和温度显示仪表219对导热油的温度进行控制和观察，实现高温养护过程中温度的可控性，并且，通过设置温度控制仪表218的温控方式为程序控温，进一步提高温控的精确性。

以上对本发明实施例所提供的一种热采井水泥环高温养护装置及其使用方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种热采井水泥环高温养护装置，用于形成水泥环并对所述水泥环进行高温养护，其特征在于，所述热采井水泥环高温养护装置包括水泥环形成单元和水泥环养护单元；

所述水泥环形成单元包括套管以及套设在所述套管外侧的水泥环模具，所述套管和所述水泥环模具围合形成一环形空间，用于注入水泥以形成所述水泥环；

所述水泥环养护单元包括加热控制设备和保温罩，所述加热控制设备连接于所述套管，用于按照预设的温度设定对所述水泥环进行高温养护，所述保温罩包覆于所述水泥环模具外侧，用于在对所述水泥环进行高温养护过程中对所述水泥环进行保温。

2.根据权利要求1所述的热采井水泥环高温养护装置，其特征在于，所述加热控制设备包括导热油槽、至少一个加热管、进口管线以及出口管线，

所述导热油槽内蓄有导热油；

所述至少一根加热管设置于所述导热油槽内，用于加热所述导热油；

所述进口管线包括连接于所述导热油槽的第一进口端和连接于所述套管的第二进口端，所述导热油通过所述进口管线进入所述套管，对所述套管进行加热；

所述出口管线包括连接于所述导热油槽的第一出口端和连接于所述套管的第二出口端，所述套管内的导热油通过所述出口管线流回至所述导热油槽。

3.根据权利要求2所述的热采井水泥环高温养护装置，其特征在于，所述加热控制设备还包括依次设置在所述进口管线上的循环泵和第一控制阀以及设置在所述出口管线上的第二控制阀，当所述循环泵、所述第一控制阀和所述第二控制阀开启时，所述导热油在所述导热油槽和所述套管之间循环。

4.根据权利要求3所述的热采井水泥环高温养护装置，其特征在于，所述加热控制设备还包括温度控制仪表和温度显示仪表，所述温度控制仪表用于控制所述至少一根加热管的升温速度以及温度保持时间，从而使所述导热油实现预设的温度设定；所述温度显示仪表用于显示所述导热油的当前温度。

5.根据权利要求3所述的热采井水泥环高温养护装置，其特征在于，所述热采井水泥环高温养护装置还包括放油单元，所述放油单元包括放油管线和设置在所述放油管线上的第三控制阀，所述放油管线包括连接所述套管的第一管线端以及连接外部储油罐的第二管线端，所述第三控制阀用于当所述水泥环养护完毕后开启，将所述套管内的导热油通过所述放油管线导入至所述外部储油罐。

6.根据权利要求2所述的热采井水泥环高温养护装置，其特征在于，所述套管包括第一开口端和第二开口端，所述热采井水泥环高温养护装置还包括与所述第一开口端密封连接的第一密封盖以及与所述第二开口端密封连接的第二密封盖，所述进口管线通过所述第二密封盖与所述套管连通，所述出口管线通过所述第一密封盖与所述套管连通。

7.根据权利要求6所述的热采井水泥环高温养护装置，其特征在于，所述第一密封盖包括第一密封盖本体以及与所述第一密封盖本体连通的第一连接接口，所述第一密封盖本体与所述套管密封连接，所述出口管线通过所述第一连接接口与所述套管连通；所述第二密封盖包括第二密封盖本体以及与所述第二密封盖本体连通的第二连接接口，所述第二密封盖本体与所述套管密封连接，所述进口管线通过所述第二连接接口与所述套管连通。

8.根据权利要求7所述的热采井水泥环高温养护装置，其特征在于，所述热采井水泥环高温养护装置还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈设置于所述第一密封盖本体与所述第二开口端之间，所述第二密封圈设置于所述第二密封盖本体和所述第一开口端之间。

9.根据权利要求2所述的热采井水泥环高温养护装置，其特征在于，所述热采井水泥环高温养护装置还包括第一保温棉和第二保温棉，所述第一保温棉包覆于所述进口管线外，所述第二保温棉包覆于所述出口管线外。

10.一种热采井水泥环高温养护装置的使用方法，适用于权利要求1-9任意一项所述的热采井水泥高温养护装置，其特征在于，包括：

将所述水泥环模具竖直放置，并将所述套管置入所述水泥环模具中，以使所述水泥环模具和所述套管之间围合形成一环形空间；

将水泥浆灌入所述环形空间内，待所述水泥浆固化后形成所述水泥环；

在所述水泥环模具的外侧包覆所述保温罩，并将所述加热控制设备与所述套管连接；

控制所述加热控制设备按照预设的温度设定对所述水泥环进行高温养护；

高温养护完毕后，断开所述加热控制设备与所述套管的连接，拆除所述保温罩和所述水泥环模具，获得经高温养护后的所述水泥环。

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