CN113482581A - 一种双层套管射孔模拟实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双层套管射孔模拟实验装置及方法，所述装置包括双层套管，包括外层套管以及套设在所述外层套管内的内层套管，所述外层套管的底端封堵，所述内层套管和外层套管之间形成有间隙，所述间隙内填充有水泥浆，所述内层套管的顶部插设有堵头，所述堵头上开设有打压孔眼；混凝土靶，沿着包裹在所述双层套管的外侧；射孔器和射孔弹，所述射孔器插设在所述内层套管内中央位置处，所述射孔器的导爆索从所述堵头的顶部延伸出去，所述射孔弹呈相位角放置于所述射孔器内。本发明通过优选高温高压工况射孔抢和射孔弹，模拟双层套管、固井水泥以及地层射孔过程，建立了双层套管射孔穿透与否的临界判据，提供试验数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及油气井采油领域，特别涉及一种双层套管射孔模拟试验装置及方法。
背景技术
射孔是指利用火药或水力等能量射穿套管、水泥环和井壁附近地层，建立地层和井筒之间流体流动通道的一项技术，是油气田完井工程的重要组成部分和试油工艺的关键环节，一般用于套管井，也可用于裸眼井。随着油气勘探开发难度的增加，射孔工艺技术的要求也越来越高。根据油气藏的地质特征、流体特性、油气井类型等因素，选择合理的射孔工艺和优化射孔参数，对增加产能、减少修井补射孔作业及提高油气田开发生产效益有重大作用。
针对深层海洋油气资源高效钻采过程井筒选用悬挂尾管方式进行完井，油层套管和上部套管不可避免的出现重合，射孔过程中需要射穿双层套管，但是现有技术对双层套管能否射穿，射孔抢和射孔弹如何选取，目前未见研究。CN109209274B一种双层套管定向射孔辅助开窗方法，给出了油层套管射孔过程中侧向开窗方法，未涉及双层套管射孔模拟及评价。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种双层套管射孔模拟实验装置及方法，通过优选高温高压工况射孔抢和射孔弹，模拟双层套管、固井水泥以及地层射孔过程，建立了双层套管射孔穿透与否的临界判据，为工程试验提供试验数据支撑。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种双层套管射孔模拟实验装置，包括：
双层套管，主要由外层套管以及套设在所述外层套管内的内层套管组成，所述外层套管的底端封堵，所述内层套管和外层套管之间形成有间隙，所述间隙内填充有用于固井的水泥浆，所述内层套管的顶部插设有堵头，所述堵头上开设有打压孔眼，用于所述内层套管内的加压；
混凝土靶，包裹在所述双层套管的外侧；
射孔器和射孔弹，所述射孔器插设在所述内层套管内中央位置处，所述射孔器的导爆索从所述堵头的顶部延伸出去，所述射孔弹呈相位角放置于所述射孔器内。
进一步地，所述混凝土靶沿着圆周方向包裹在所述外层套管的外侧，所述混凝土靶的直径大于等于1.5m。
进一步地，所述混凝土靶的外侧壁上缠绕有加热带。
进一步地，所述外层套管的底部固定并通过金属板进行封堵，内层套管的底部与所述金属板之间通过焊接支架固定连接，所述焊接支架的底端与所述金属板之间形成通道，所述通道连通所述间隙与所述内层套管。
进一步地，所述支架设置有多个，多个所述支架间隔设置，且一端连接所述内层套管的底部，另一端连接所述金属板，相邻的两个所述支架之间形成所述通道。
进一步地，所述射孔器的上方设有防护板，所述防护板的顶部覆盖有防护沙袋。
进一步地，所述试验装置还包括液压泵以及与所述液压泵连接的高压油管，所述高压油管的一端与所述液压泵的连接，另一端穿过所述堵头与所述内层套管内连通。
一种双层套管射孔模拟实验方法，基于所述的双层套管射孔模拟实验装置，包括步骤：
确定油气井储层温度和压力极值情况，根据所述温度和压力极值情况选择适用的高温高压工况射孔器和射孔弹，将射孔抢和射孔弹装入至所述内层套管内；
向所述内层套管内装水加压，并在水内添加示踪剂，插入所述堵头；
通过所述堵头上开设的打压孔眼向所述内层套管内泵入高压流体进行加压到油气井储层压力极值；
通过雷管引爆射孔弹，实现射孔过程模拟。
进一步地，还包括：将内层套管和外层套管分别拆卸，清洗干净，测量内外层套管对应穿孔的孔径，观察内层套管内部示踪剂分布，测试混凝土靶体的最大穿深；
根据所述最大穿深计算射孔弹穿过内层套管和外层套管时的剩余速度，根据所述剩余速度确定射孔弹射穿内层套管、外层套管和混凝土靶体时的加速度和摩阻系数。
进一步地，还包括：确定所述孔径与最大穿深是否满足射孔工艺要求，如果不满足，则根据所述加速度和模组系数重新选择射孔抢和射孔弹，重复实验，以保证射孔效果。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明通过优选高温高压工况射孔抢和射孔弹，模拟双层套管、固井水泥以及地层射孔过程，建立了双层套管射孔穿透与否的临界判据，为工程试验提供试验数据支撑。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的双层套管射孔模拟实验装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的内层套管和加压装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-外层套管、2-内层套管、3-混凝土靶、4-射孔器、5-射孔弹、6-水泥浆、7-防护板、8-沙袋、9-堵头、10-导爆索、11-密封装置、12-高压油管、13-液压泵。
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，下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例提供的双层套管射孔模拟实验装置，包括双层套管、混凝土靶3、射孔器4和射孔弹5。本发明采用所述双层套管模拟实验装置进行模拟实验，优选射孔器和射孔弹以满足射孔要求，为实际工程提供实验数据支撑。
所述双层套管包括外层套管1以及套设在所述外层套管1内的内层套管2，所述外层套管1的底端封堵。所述内层套管2和外层套管1之间形成有间隙，所述间隙内填充有用于固井的水泥浆6。所述内层套管2的顶部插设有堵头9，为了方便向所述内层套管2内进行加压，所述堵头9上还开设有打压孔眼。所述混凝土靶3包裹在所述双层套管的外侧；所述射孔器4插设在所述内层套管3内中央位置处，所述射孔器4的导爆索10从所述堵头9的顶部延伸出去，所述射孔弹5呈相位角放置于所述射孔器4内。
在进行实验时，引爆所述导爆索10，所述射孔弹5呈角度射穿所述双层套管进入至所述混凝土靶3内模拟射孔实验。
所述外层套管1具体可以采用与固定在地面上的铁板(图中未示出)进行焊接连接。可以理解，这里的铁板还可以采用其他的金属板。所述内层套管2的底部与所述铁板之间通过焊接支架(图中未示出)固定连接，所述内层套管2的底部与所述铁板之间形成通道，所述通道连通所述间隙与所述内层套管2内侧。实验时，按照现场要求的固井工艺将水泥浆6填充到两层套管之间。
为了提高所述内层套管2的安装强度，所述焊接支架可以用设置有多个，多个所述焊接支架间隔设置，且一端连接所述内层套管2的底部，另一端连接所述金属板，相邻的两个所述焊接支架之间形成所述通道。所述焊接支架优选设置为4个。4个所述焊接支架沿着所述内层套管2的圆周方向均匀设置。在进行固井时，固井水泥浆6可以通过所述通道进入至所述间隙内进行固井。
所述混凝土靶3用于模拟储层，所述混凝土3靶沿着圆周方向包裹在所述双层套管的外侧，所述混凝土靶3的直径优选为大于等于1.5m。在形成所述混凝土靶3以及固井水泥浆6后，静置一个星期后，测试固井水泥浆的力学性能，使之满足油气井工况需求。进一步地，为了满足井下储层温度条件，所述混凝土靶的外侧还缠绕有加热带(图中未示出)，在实验过程中保持加温状态，直到实验结束。
所述射孔器4插设在所述内层套管3内中央位置处，所述射孔器4的导爆索10从所述堵头8的顶部延伸出去，所述射孔弹5呈相位角放置于所述射孔器4内。所述射孔弹5以及射孔器4根据油气井储层温度和压力极值情况进行确定。
进一步地，为了防止射孔过程中，射孔器4飞出，所诉射孔器4的上部还铺设有防护板7，所述防护板7上覆盖有一定数量的防护沙袋。
进一步地，所述试验装置还包括加压装置，用于在进行实验时需要对内层套管进行加压，以获得模拟压力极值。所述加压装置包括液压泵13以及高压油管12，所述高压油管12的一端与所述液压泵13连通，另一端穿过所述打压孔眼与所述内层套管2连通。所述堵头9与所述高压油管12之间通过密封装置11进行密封。
基于所述实验装置，本发明的实施例还提供了一种双层套管射孔模拟实验方法，包括步骤：
1、确定油气井储层温度和压力极值情况，根据所述温度和压力极值情况选择适用的高温高压工况射孔器4和射孔弹5，将射孔器4和射孔弹5装入至所述内层套管2内；
2、向所述内层套管2内装水加压，并在水内添加示踪剂，插入所述堵头；
3、通过所述堵头9上开设的打压孔眼向所述内层套管2内泵入高压流体进行加压到油气井储层压力极值；
4、通过雷管引爆射孔器4，所述射孔弹5穿过所述双层套管，实现射孔过程模拟；
5、内层套管2和外层套管1分别拆卸，清洗干净，测量内外层套管对应穿孔的孔径，根据所述内层套管2内部示踪剂分布情况，测试混凝土靶3的最大穿深；
6、根据所述最大穿深计算射孔弹5穿过内层套管2和外层套管1时的剩余速度，根据所述剩余速度确定射孔弹射穿内层套管2、外层套管1和混凝土靶3时的加速度和摩阻系数；
7、确定所述孔径与最大穿深是否满足射孔工艺要求，如果不满足，则根据所述初速度和摩阻系数重新选择射孔枪和射孔弹，重复上述实验步骤，以保证射孔效果。
本发明提供的双层套管射孔模拟实验装置和实验方法，通过优选高温高压工况射孔器4和射孔弹5，模拟双层套管、固井水泥浆6以及地层射孔过程，建立了双层套管射孔穿透与否的临界判据，为工程试验提供试验数据支撑，并最终优选射孔器和射孔弹以满足射孔要求，为实际工程提供实验数据支撑。
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 (10)
1.一种双层套管射孔模拟实验装置，其特征在于，包括：
双层套管，主要由外层套管以及套设在所述外层套管内的内层套管组成，所述外层套管的底端封堵，所述内层套管和外层套管之间形成有间隙，所述间隙内填充有用于固井的水泥浆，所述内层套管的顶部插设有堵头，所述堵头上开设有打压孔眼，用于所述内层套管内的加压；
混凝土靶，包裹在所述双层套管的外侧；
射孔器和射孔弹，所述射孔器插设在所述内层套管内中央位置处，所述射孔器的导爆索从所述堵头的顶部延伸出去，所述射孔弹呈相位角放置于所述射孔器内。
2.根据权利要求1所述的双层套管射孔模拟实验装置，其特征在于，所述混凝土靶沿着圆周方向包裹在所述外层套管的外侧，所述混凝土靶的直径大于等于1.5m。
3.根据权利要求2所述的双层套管射孔模拟实验装置，其特征在于，所述混凝土靶的外侧壁上缠绕有加热带。
4.根据权利要求1所述的双层套管射孔模拟实验装置，其特征在于，所述外层套管的底部固定并通过金属板进行封堵，内层套管的底部与所述金属板之间通过焊接支架固定连接，所述焊接支架的底端与所述金属板之间形成通道，所述通道连通所述间隙与所述内层套管。
5.根据权利要求4所述的双层套管射孔模拟实验装置，其特征在于，所述支架设置有多个，多个所述支架间隔设置，且一端连接所述内层套管的底部，另一端连接所述金属板，相邻的两个所述支架之间形成所述通道。
6.根据权利要求1所述的双层套管射孔模拟实验装置，其特征在于，所述射孔器的上方设有防护板，所述防护板的顶部覆盖有防护沙袋。
7.根据权利要求1所述的双层套管射孔模拟实验装置，其特征在于，所述试验装置还包括液压泵以及与所述液压泵连接的高压油管，所述高压油管的一端与所述液压泵的连接，另一端穿过所述堵头与所述内层套管内连通。
8.一种双层套管射孔模拟实验方法，基于权利要求1至7任一项所述的双层套管射孔模拟实验装置，其特征在于，包括：
确定油气井储层温度和压力极值情况，根据所述温度和压力极值情况选择适用的高温高压工况射孔器和射孔弹，将射孔抢和射孔弹装入至所述内层套管内；
向所述内层套管内装水加压，并在水内添加示踪剂，插入所述堵头；
通过所述堵头上开设的打压孔眼向所述内层套管内泵入高压流体进行加压到油气井储层压力极值；
通过雷管引爆射孔弹，实现射孔过程模拟。
9.根据权利要求8所述的双层套管射孔模拟实验方法，其特征在于，还包括：将内层套管和外层套管分别拆卸，清洗干净，测量内外层套管对应穿孔的孔径，观察内层套管内部示踪剂分布，测试混凝土靶体的最大穿深；
根据所述最大穿深计算射孔弹穿过内层套管和外层套管时的剩余速度，根据所述剩余速度确定射孔弹射穿内层套管、外层套管和混凝土靶体时的加速度和摩阻系数。
10.根据权利要求9所述的双层套管射孔模拟实验方法，其特征在于，还包括：确定所述孔径与最大穿深是否满足射孔工艺要求，如果不满足，则根据所述加速度和模组系数重新选择射孔抢和射孔弹，重复实验，以保证射孔效果。
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