CN114251085A - 一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法及装置，其方法包括以下具体步骤：压实机构向装有沉积物的井筒实验仪的顶部注入液体，以压实所述井筒实验仪内的沉积物；增压机构从所述井筒实验仪的底部注入增压气体，并通过外压力检测机构测量该沉积物各处注入增压气体前后的压力值；根据所测量的所述井筒实验仪内沉积物各处的压力值判断沉积物各处注入增压气体前后的压力值是否一致。本发明的有益效果是能够用于确定钻杆外环空坍塌物的极限承压能力和钻杆内泥浆沉淀后的承压能力，评估气体渗入后的封闭效果，模拟真实报废井井底沉积情况，评估报废老井的井底密封性，并为储气库老井处理提供室内实验依据。
Description
技术领域
本发明涉及油气钻井技术领域，具体涉及一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法及装置。
背景技术
对于天然气产业来说，地下储气库作为其在地下储存的仓库，消费淡季时储注入，使用高峰时采出，具有季节调峰保障供应以及天然气战略储备的重要作用。我国目前建库类型主要以枯竭气藏型储气库为主，因此需对待建库区的一些复杂废弃老井进行处理。若老井井壁长时间不做处理，会发生坍塌，井底坍塌物与流体经过一段时间混合、压实，形成的沉淀物具有一定封堵能力。但储气库建库过程中的上限运行压力会影响到老井、报废井的密封性，因此储气库老井是否会发生气窜，其封堵能力能否起到密封作用，都需要进行评价。
针对以上问题，本发明通过全尺寸井筒管柱的沉积实验，模拟真实报废井井底沉积情况，评估报废老井的井底密封性，并为储气库老井处理提供室内实验依据。选取膨润土、重晶石以及模拟的岩屑沉积物作为坍塌沉积物的组成成分，使用模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价装置，进行钻杆外环空坍塌物封闭能力模拟实验和钻杆内泥浆沉淀物封闭能力模拟实验，来确定钻杆外环空坍塌物的极限承压能力和钻杆内泥浆沉淀后的承压能力，以评估气体渗入后的封闭效果，为储气库老井坍塌沉积物密封性评估工作提供切实可行的技术方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法及装置，旨在解决现有技术中的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1：压实机构向装有沉积物的井筒实验仪的顶部注入液体，以压实所述井筒实验仪内的沉积物；
S2：增压机构从所述井筒实验仪的底部注入增压气体，并通过外压力检测机构测量该沉积物各处注入增压气体前后的压力值；
S3：根据所测量的所述井筒实验仪内沉积物各处的压力值判断沉积物各处注入增压气体前后的压力值是否一致；
当沉积物任意一处注入增压气体前后的压力值一致时，表明沉积物此处未被气体突破；
当沉积物任意一处注入增压气体前后的压力值不一致时，表明沉积物此处已被气体突破。
本发明的有益效果是：测量过程中，通过压实机构压实井筒实验仪内的沉积物，并通过增压机构将增压气体从井筒实验仪的底部送入；然后通过外压力检测机构测量该沉积物各处注入增压气体前后的压力值，并根据所测量的沉积物各处注入增压气体前后的压力值的大小判断该沉积物各处是否被突破，从而模拟老井坍塌密封的情形，进而判断老井井底的密封性。本发明能够用于确定钻杆外环空坍塌物的极限承压能力和钻杆内泥浆沉淀后的承压能力，评估气体渗入后的封闭效果，模拟真实报废井井底沉积情况，评估报废老井的井底密封性，并为储气库老井处理提供室内实验依据。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤S2之前还包括：向所述井筒实验仪内填充沉积物，并密封所述井筒实验仪。
采用上述进一步方案的有益效果是测量之前，通过本领域技术人员所能想到的方式例如人工向井筒实验仪内填充沉积物，并密封井筒实验仪，以模拟老井。
进一步，所述步骤S2还包括：向中井筒实验仪对应沉积物上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力。
采用上述进一步方案的有益效果是测量时，通过向井筒实验仪对应沉积物上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力，以便更好的模拟老井的真实环境，提高评价的精确度，为后续老井密封性的评价提供更为有效的理论依据。
进一步，所述步骤S1还包括在压实沉积物的同时通过所述压实机构从所述井筒实验仪的底部注入保护液体。
采用上述进一步方案的有益效果是测量时，在压实沉积物的同时通过增压机构从井筒实验仪的底部注入保护液体，避免井筒实验仪顶部的压力过大而破坏设备及沉积物，保证实验的顺利进行。
本发明还涉及一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价装置，包括井筒实验仪、增压机构和压实机构，所述井筒实验仪内填充有沉积物，且所述井筒实验仪上安装有检测沉积物各处压力值的外压力检测机构；所述压实机构通过供液管与所述井筒实验仪的顶部连通，用于向所述井筒实验仪的顶部注入液体以压实沉积物；所述增压机构的供气口通过供气管与所述井筒实验仪的底部连通，用于向所述井筒实验仪的底部注入增压气体。
采用上述进一步方案的有益效果是测量过程中，通过压实机构压实井筒实验仪内的沉积物，并通过增压机构将增压气体从井筒实验仪的底部送入；然后通过外压力检测机构测量该沉积物各处注入增压气体前后的压力值，并根据所测量的沉积物各处注入增压气体前后的压力值的大小判断该沉积物各处是否被气体突破，从而模拟老井坍塌密封的情形，进而判断老井井底的密封性。该方案能够用于确定钻杆外环空坍塌物的极限承压能力，评估气体渗入后的封闭效果，模拟真实报废井井底沉积情况，评估报废老井的井底密封性，并为储气库老井处理提供室内实验依据。
进一步，所述井筒实验仪包括用于装沉积物的外筒，所述外筒竖直或倾斜设置，其上端敞口并可拆卸的安装有顶盖，所述供液管的一端与所述外筒的顶部连通，所述供气管的一端与所述外筒的底部连通；所述外筒的底部设有外筒排液口，所述外压力检测机构固定安装在所述外筒上。
采用上述进一步方案的有益效果是测量之前，工作人员可预先取下顶盖，然后向井筒实验仪内填充沉积物，并密封井筒实验仪，以模拟老井，便于为后续实验奠定基础。
进一步，所述外筒的顶部通过管路与所述增压机构的供气口连通。
采用上述进一步方案的有益效果是测量时，通过增压机构向井筒实验仪对应沉积物上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力，以便更好的模拟老井的真实环境，提高评价的精确度，为后续老井密封性的评价提供更为有效的理论依据。
进一步，所述外筒内靠近其底部的位置水平固定安装有隔板，所述隔板上设有至少一个外通气孔，所述外通气孔处固定安装有供增压气体进入所述外筒内的外单向阀，且沉积物位于所述隔板的上方；所述压实机构通过保护管路与所述外筒底部对应所述隔板下方的位置连通，且所述压实机构与所述外筒底部的连通处安装有排水管，所述排水管处安装有阀门。
采用上述进一步方案的有益效果是测量时，在压实沉积物的同时通过增压机构从井筒实验仪的底部注入保护液体，避免井筒实验仪顶部的压力过大而破坏设备及沉积物，保证实验的顺利进行；然后，当沉积物压实后，开启排水管上的阀门，以将外筒底部的保护液排出，保证后续实验的顺利进行；最后，当外筒底部的液体排出后，通过增压机构向外筒的底部注入增压气体，此时增压气体通过外单向阀进入外筒内。
进一步，所述井筒实验仪还包括用于装沉积物的内筒，所述内筒固定安装在所述外筒内对应所述隔板上方的位置，其轴线与所述外筒的轴线平行；所述内筒的上端敞口并紧贴所述顶盖，且其顶部分别通过管路与所述供气管和所述供液管连通；所述隔板上设有至少一个与所述内筒连通的内通气孔，所述内通气孔处固定安装有供增压气体进入所述内筒内的内单向阀；所述内筒的底部与内排液管的一端连通，所述内排液管的另一端向下延伸至所述外筒外。
采用上述进一步方案的有益效果是测量时，通过压实机构向内筒的顶部注入液体，以压实沉积物；然后，增压机构通过内单向阀向内筒内注入增压气体，以检测沉积物是否被气体突破；该方案能够用于确定钻杆内泥浆沉淀后的承压能力，评估气体渗入后的封闭效果，模拟真实报废井井底沉积情况，评估报废老井的井底密封性，并为储气库老井处理提供室内实验依据。
进一步，所述内筒的顶部固定安装有内压力检测件。
采用上述进一步方案的有益效果是测量时，通过内压力检测件检测内筒顶部的压力，以判断内筒内沉积物是否被气体突破，检测方便。
附图说明
图1为本发明评价方法的流程图；
图2为本发明评价装置的结构示意图；
图3为本发明中井筒实验仪的结构示意图；
图4是实验沉积物底部注气、气体置换现象图；
图5是实验沉积物底部注气、气体突破过程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、沉积物；2、外筒；3、顶盖；4、外筒排液口；5、隔板；6、外单向阀；7、内筒；8、内单向阀；9、内排液管；10、排水管；11、气瓶；12、气体增压泵；13、气瓶进口阀；14、压力表；15、静音空压机；16、驱动调压阀；17、驱动进口阀；18、高压气体储罐；19、高压气出口阀；20、气体减压阀；21、出口总阀；22、注液泵；23、水箱；24、单向阀；25、井底进气阀；26、井底压力测量仪；27、井底放空阀；28、顶部进气阀；29、外筒顶部阀；30、安全阀；31、外筒顶部进液阀；32、井底底部进液阀；33、内筒顶部进液阀；34、内筒顶部压力测量仪；35、内筒顶部阀；36、顶部放空阀；37、外筒顶部压力测量仪；38、控制器；39、压力传感器。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1：压实机构向装有沉积物1的井筒实验仪的顶部注入液体，以压实井筒实验仪内的沉积物1；
S2：通过增压机构从井筒实验仪的底部注入增压气体，并通过外压力检测机构测量该沉积物1各处注入增压气体前后的压力值；
S3：根据所测量的井筒实验仪内沉积物1各处的压力值判断沉积物1各处注入增压气体前后的压力值是否一致，
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值一致时，表明沉积物1此处未被气体突破；
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值不一致时，表明沉积物1此处已被气体突破。
本实施例测量的过程中，通过压实机构压实井筒实验仪内的沉积物1，并通过增压机构将增压气体从井筒实验仪的底部送入；然后通过外压力检测机构测量该沉积物1各处注入增压气体前后的压力值，并根据所测量的沉积物1各处注入增压气体前后的压力值的大小判断该沉积物1各处是否被气体突破，从而模拟老井坍塌密封的情形，进而判断老井井底的密封性。本实施例能够用于确定钻杆外环空坍塌物的极限承压能力和钻杆内泥浆沉淀后的承压能力，评估气体渗入后的封闭效果，模拟真实报废井井底沉积情况，评估报废老井的井底密封性，并为储气库老井处理提供室内实验依据。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例中，步骤S1之前还包括：向井筒实验仪内填充沉积物1，并密封井筒实验仪。测量之前，通过本领域技术人员所能想到的方式例如人工向井筒实验仪内填充沉积物1，并密封井筒实验仪，以模拟老井，保证后续实验的顺利进行。
基于上述方案，其具体步骤为：
S1：向井筒实验仪内填充沉积物1，并密封井筒实验仪；通过压实机构向装有沉积物1的井筒实验仪的顶部注入液体，以压实井筒实验仪内的沉积物1；
S2：通过增压机构从井筒实验仪的底部注入增压气体，并通过外压力检测机构测量该沉积物1各处注入增压气体前后的压力值；
S3：根据所测量的井筒实验仪内沉积物1各处的压力值判断沉积物1各处注入增压气体前后的压力值是否一致，
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值一致时，表明沉积物1此处未被气体突破；
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值不一致时，表明沉积物1此处已被气体突破。
实施例3
在实施例1至实施例2任一项的基础上，本实施例中，步骤S2还包括：向中井筒实验仪对应沉积物1上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力。测量时，通过向井筒实验仪对应沉积物1上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力，以便更好的模拟老井的真实环境，提高评价的精确度，为后续老井密封性的评价提供更为有效的理论依据。
基于上述方案，其具体步骤为：
S1：向井筒实验仪内填充沉积物1，并密封井筒实验仪；通过压实机构向装有沉积物1的井筒实验仪的顶部注入液体，以压
实井筒实验仪内的沉积物1；
S2：向中井筒实验仪对应沉积物1上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力；通过增压机构从井筒实验仪的底部注入增压气体，并通过外压力检测机构测量该沉积物1各处注入增压气体前后的压力值；
S3：根据所测量的井筒实验仪内沉积物1各处的压力值判断沉积物1各处注入增压气体前后的压力值是否一致，
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值一致时，表明沉积物1此处未被气体突破；
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值不一致时，表明沉积物1此处已被气体突破。
实施例4
在实施例1至实施例3任一项的基础上，本实施例中，步骤S1还包括在压实沉积物1的同时通过压实机构从井筒实验仪的底部注入保护液体。测量时，在压实沉积物1的同时通过增压机构从井筒实验仪的底部注入保护液体，避免井筒实验仪顶部的压力过大而破坏设备及沉积物1，保证实验的顺利进行。
基于上述方案，其具体步骤为：
S1：向井筒实验仪内填充沉积物1，并密封井筒实验仪；通过压实机构向装有沉积物1的井筒实验仪的顶部注入液体，以压实井筒实验仪内的沉积物1；同时，通过压实机构从井筒实验仪的底部注入保护液体；
S2：向中井筒实验仪对应沉积物1上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力；通过增压机构从井筒实验仪的底部注入增压气体，并通过外压力检测机构测量该沉积物1各处注入增压气体前后的压力值；
S3：根据所测量的井筒实验仪内沉积物1各处的压力值判断沉积物1各处注入增压气体前后的压力值是否一致，
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值一致时，表明沉积物1此处未被气体突破；
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值不一致时，表明沉积物1此处已被气体突破。
实施例5
如图2和图3所示，本实施例还提供一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价装置，包括井筒实验仪、增压机构和压实机构，井筒实验仪内填充有沉积物1，且井筒实验仪上安装有检测沉积物1各处压力值的外压力检测机构；压实机构通过供液管与井筒实验仪的顶部连通，用于向井筒实验仪的顶部注入液体以压实沉积物1；增压机构的供气口通过供气管与井筒实验仪的底部连通，用于向井筒实验仪的底部注入增压气体。测量过程中，通过压实机构压实井筒实验仪内的沉积物1，并通过增压机构将增压气体从井筒实验仪的底部送入；然后通过外压力检测机构测量该沉积物各处注入增压气体前后的压力值，并根据所测量的沉积物1各处注入增压气体前后的压力值的大小判断该沉积物1各处是否被气体突破，从而模拟老井坍塌密封的情形，进而判断老井井底的密封性。该方案能够用于确定钻杆外环空坍塌物的极限承压能力，评估气体渗入后的封闭效果，模拟真实报废井井底沉积情况，评估报废老井的井底密封性，并为储气库老井处理提供室内实验依据。
优选地，本实施例中，上述增压机构包括气瓶11和空气增压机，空气增压机的进气口通过管路与气瓶11连通，其出气口与供气管的对应端连通。测量时，气瓶11内储存有气体，该气体由空气增压机增压并通过供气管送至井筒实验仪内。
上述空气增压机包括静音空压机15和气体增压泵12，气体增压泵12的进气口和出气口份别与气瓶11和供气管的对应端连通，且气瓶11的出气口和气体增压泵12之间的管路上固定安装有气瓶进口阀13和压力表14；静音空压机15、驱动调压阀16和驱动进口阀17及气体增压泵12依次通过管路连接，且驱动调压阀16和驱动进口阀17之间的管路上固定安装有压力表14。
优选地，本实施例中，增压机构还包括高压气体储罐18，高压气体储罐18分别通过进气管和出气管与气体增压泵12和供气管的对应端连体，且进气管上固定安装有压力表14，出气管上依次固定安装有高压气出口阀19、气体减压阀20、压力表14和出口总阀21。
优选地，本实施例中，压实机构包括注液泵22和水箱23，注液泵22的入口通过管路与水箱23的底部连通，其出口与供液管的对应端连通，且其出口处固定安装有单向阀24。测量时，通过注液泵22将水箱23内的水送至井筒实验仪内。
优选地，本实施例中，外压力检测机构包括多个压力传感器39，多个压力传感器39均分为多组压力传感器组，多个压力传感器组沿外筒2的轴向均匀间隔分布，且每组压力传感器组中的多个压力传感器39沿外筒2的周向均匀间隔分布。
另外，上述压力传感器39的数量优选18个。
实施例6
在实施例5的基础上，本实施例中，井筒实验仪包括用于装沉积物1的外筒2，外筒2竖直或倾斜设置，其上端敞口并可拆卸的安装有顶盖3，供液管的一端与外筒2的顶部连通，供气管的一端与外筒2的底部连通；外筒2的底部设有外筒排液口4，排液口4处安装有阀门。测量之前，工作人员可预先取下顶盖3，然后向外筒2内填充沉积物1，并密封外筒2，以模拟老井，便于为后续实验奠定基础。
上述外筒2模拟的是老井；另外，上述外筒2的底部可以敞口，也可以通过螺栓可拆卸的安装底盖，方便拆装。
优选地，本实施例中，供气管靠近外筒2底部的位置沿增压气体输送的方向依次间隔固定安装有井底进气阀25、井底压力测量仪26和井底放空阀27。
实施例7
在实施例6的基础上，本实施例中，外筒2的顶部通过管路与增压机构的供气口连通。测量时，通过增压机构向外筒2对应沉积物1上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力，以便更好的模拟老井的真实环境，提高评价的精确度，为后续老井密封性的评价提供更为有效的理论依据。
优选地，本实施例中，外筒2的顶部与供气管连通的管路上沿增压气体输送的方向依次间隔固定安装有顶部进气阀28和外筒顶部阀29，且该管路对应外筒顶部阀29的位置还固定安装有安全阀30。
另外，外筒2的顶部连通有外筒顶部压力测量仪37。
实施例8
在实施例6至实施例7任一项的基础上，本实施例中，外筒2内靠近其底部的位置水平固定安装有隔板5，隔板5与外筒2一体成型；隔板5上设有至少一个外通气孔，外通气孔处固定安装有供增压气体进入外筒2内的外单向阀6，且沉积物1位于隔板5的上方；压实机构通过保护管路与外筒2底部对应隔板5下方的位置连通，且压实机构与外筒2底部的连通处安装有排水管10，排水管10处安装有阀门。测量时，在压实沉积物1的同时通过增压机构从外筒2的底部注入保护液体，避免外筒2顶部的压力过大而破坏设备及沉积物1，保证实验的顺利进行；然后，当沉积物1压实后，开启排水管10上的阀门，以将外筒2底部的保护液排出，保证后续实验的顺利进行；最后，当外筒2底部的液体排出后，通过增压机构向外筒2的底部注入增压气体，此时增压气体通过外单向阀6进入外筒2内。
优选地，本实施例中，上述外通气孔的数量可以为一个，也可以为多个，当多个外通气孔沿外筒2的周向均匀间隔分布。
另外，供液管上固定安装有外筒顶部进液阀31，且保护管路上固定安装有井底底部进液阀32。
实施例9
在实施例8的基础上，本实施例中，井筒实验仪还包括用于装沉积物1的内筒7，内筒7固定安装在外筒2内对应隔板5上方的位置，其轴线与外筒2的轴线平行；所内筒7的上端敞口并紧贴顶盖3，且其顶部分别通过管路与供气管和供液管连通；隔板5上设有至少一个与内筒连通的内通气孔，内通气孔处固定安装有供增压气体进入内筒7内的内单向阀8；内筒7的底部与内排液管9的一端连通，内排液管9的另一端向下延伸至外筒2外。测量时，通过压实机构向内筒7的顶部注入液体，以压实沉积物1；然后，增压机构通过内单向阀8向内筒7内注入增压气体，以检测沉积物1是否被气体突破；该方案中内筒7模拟的是钻杆，能够用于确定钻杆内泥浆沉淀后的承压能力，评估气体渗入后的封闭效果，模拟真实报废井井底沉积情况，评估报废老井的井底密封性，并为储气库老井处理提供室内实验依据。
优选地，本实施例中，内筒7通过管路与供液管连通，且该管路上固定安装有内筒顶部进液阀33。
另外，内筒7的顶部通过管路与供气管连通，该管路上沿增压气体输送的方向依次间隔固定安装有内筒顶部压力测量仪34和内筒顶部阀35，且该管路对应内筒顶部压力测量仪34处还固定安装有顶部放空阀36。
应用时，上述外筒2模拟的是老井井筒，内筒7模拟的是井筒内的钻杆；而且，外压力检测机构用于检测外筒2与内筒7之间形成的空间内的沉积物1的密封性，内压力检测件用于检测内筒7内顶部的压力。
需要说明的是，由于内筒7设置在外筒2内，因此无法在内筒7内的各个位置设置压力传感器，只能通过内压力检测件检测内筒7内顶部的压力。
另外，由于井筒可以竖直分布，也可以倾斜分布，因此上述外筒2和内筒7需要根据井筒的分布而进行设置。
实施例10
在实施例9的基础上，本实施例中，内筒7的顶部固定安装有内压力检测件。测量时，通过内压力检测件检测内筒7顶部的压力，以判断内筒7内沉积物1是否被气体突破，检测方便。
优选地，本实施例中，内压力检测件优选压力表，测量方便。
由于内筒7位于外筒2内，因此无法在内筒7内沉积物1的各处安装压力传感器，因此只能测量内筒7顶部的压力。
本发明还包括控制器38，上述所有阀门优选电磁阀，且各个电子部件分别通过线路与控制器38连接，通过控制器38控制各个电子部件的自动运行，自动化程度高，省时省力。
本发明的工作原理如下：
第一：向井筒实验仪内填充沉积物1，并密封井筒实验仪；
第二：通过压实机构向装有沉积物1的井筒实验仪的顶部注入液体，以压实井筒实验仪内的沉积物1；同时，通过压实机构从井筒实验仪的底部注入保护液体；
第三：向上述中井筒实验仪对应沉积物1上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力；
第四：首先排出外筒2底部的液体，然后通过增压机构从井筒实验仪的底部注入增压气体，并通过外压力检测机构测量该沉积物1各处注入增压气体前后的压力值；
第五：根据所测量的井筒实验仪内沉积物1各处的压力值判断沉积物1各处注入增压气体前后的压力值是否一致，
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值一致时，表明沉积物1此处被未被气体突破；
当沉积物1任意一处注入增压气体前后的压力值不一致时，表明沉积物1此处已被气体突破。
实际应用时，当检测到老井内的沉积物1被压实时，则表明老井密封性良好，不需要对老井做进一步的密封处理，老井中的沉积物1即可有效防止漏气；
当检测到老井内的沉积物1任何一处未被气体突破时，则表明老井密封性不佳，需要做进一步的密封处理，例如通过冲压缸带动压板进一步压实老井内的沉积物1，同时进行检测老井的密封性，至最终老井内的沉积物1密封性良好。
当检测到老井内的沉积物1任何一处已被气体突破时，则表明老井密封性不佳，需要做进一步的密封处理。
本发明中，以外筒2模拟井筒、内筒7模拟钻杆，且内筒7的顶部安装内筒顶部压力测量仪34、外筒2的内部安装有四个压力传感器39及外筒2的顶部安装有外筒顶部压力测量仪37为例(如图4所示和图5所示)：
图4中，横坐标表示时间，纵坐标表示压力，曲线a、曲线b和曲线c分别为外筒2内三个压力传感器39所测得的压力变化曲线，曲线d为外筒2井底的压力传感器39所测得的压力变化曲线，曲线e为内筒顶部压力测量仪34所测得的内筒7顶部压力变化曲线，曲线f为外筒顶部压力测量仪37所测得的外筒2顶部压力变化曲线。
在外筒2内的沉积物1压实的过程中，首先，使用钻井现场岩屑、混入重晶石、膨润土及水共150公斤左右，倒入外筒2内，上部加水后加压5天左右，并通过低压(20MPa)从外筒2顶部进行低压液压初步压实；然后通过增压机构从外筒2的底部持续注入高于20MPa的气体进行气体突破(即从外筒2底部注入的气体不断上升)，且气体突破的压力逐渐增大直至超过上部液体压力，压实5天后气体突破压力为23.3MPa(此时气体穿过外筒2内的沉积物1到达外筒2的顶部)，全井筒变为同一压力体系用时12.5秒，即图5中曲线A、曲线B及曲线C箭头所指的快速上升的阶段(图5)。
在外筒2进行气体上窜测试的过程中，内筒7内不填充沉积物1。
如图4所示，首先，使用钻井现场岩屑、混入重晶石、膨润土及水共150公斤左右，倒入外筒2内，上部加水后加压5天左右，并通过低压(20MPa)从外筒2顶部进行低压液压初步压实，然后通过增压机构从外筒2的底部进行低于20MPa进行持续气体扩散，且气体扩散的压力逐渐增大(图4)；外筒2底部气体压力低于其上部液柱压力时，且其顶部液压有缓慢上升，证明沉积物1存在气体置换，但是并没有发生气体突破，因此此时沉积物1的密封性能较佳，能够达到密封的要求，无需采取其他的措施对井筒进行密封。
外筒2底部注入气体压力的逐渐增大(如图4中曲线d所示)，增大至19.7MPa左右时保持一段时间(1小时左右)；在此过程中，少部分气体与外筒2内的沉积物1中的气体发生置换，因此沉积物1各处的压力及外筒2顶部的压力随着外筒2底部注入气体压力的增大而逐渐增大，在外筒2底部气体压力保持在19.7MPa左右时其同样保持20.2MPa左右一段时间(1小时左右)(如图4中曲线a、曲线b、曲线c及曲线f所示在20.2MPa重合)。
同时，由于内筒7底部注入的气体与外筒2底部注入的气体为同一气源，因此内筒7内部压力变化的曲线e与外筒2底部压力变化的曲线d保持一致。
随着外筒2底部注入压力的逐渐增大，沉积物1中发生置换的气体越来越多，最终外筒2底部的压力、外筒2顶部的压力、内筒7顶部的压力及沉积物1各处的压力达到一致，即如图4中曲线a、曲线b、曲线c、曲线d曲线e及曲线f后段的水平段所示。表明沉积物1存在气体置换，但是并没有发生气体突破，因此此时沉积物1的密封性能较佳，能够达到密封的要求，无需采取其他的措施对井筒进行密封。
如图4中曲线a、曲线b、曲线c、曲线d及曲线f所示，在外筒2内进行气体扩散的过程中，外筒2底部的气体从外筒2内沉积物1中不断向上扩散，在此过程中通过多个压力传感器39检测外筒2内沉积物1各处的压力值；当各个压力传感器39检测到的压力值相等即与外筒2顶部的压实压力相等时，表明外筒2底部的气体扩散至其顶部，外筒2底部的气体扩散至其顶部速率的快慢表明的是沉积物1气密性的好坏，气体扩散至其顶部速率越慢表明沉积物1的气密性越好(参见图4)，从而表明该井筒的密封性能越好，在沉积物1的密封性井底的气体无法逸散至空气中，无需采用额外的措施密封井筒。
图5中，横坐标表示时间，纵坐标表示压力，曲线A、曲线B和曲线C分别为外筒2内三个压力传感器39所测得的压力变化曲线，曲线D为外筒2井底的压力传感器39所测得的压力变化曲线，曲线E为内筒顶部压力测量仪34所测得的内筒7顶部压力变化曲线，曲线F为外筒顶部压力测量仪37所测得的外筒2顶部压力变化曲线。
如图5所示，在外筒2内进行气体突破的过程中，外筒2内底部的气体会不断向上窜动，通过外压力检测机构中的多个压力传感器39检测外筒2内沉积物1各处的压力值。如图5中曲线A、曲线B、曲线C、曲线D及曲线F所示，外筒2顶部压力设置液柱压力为20MPa，其底部注气压力逐步升高，当外筒2底部注气气压超过其顶部压力2.7MPa后出现气窜，井筒变为同一压力体系。当各个压力传感器39检测到的压力值相等时，表明外筒2底部的气体上窜至其顶部，此时的压力值大小表示的是外筒2内的沉积物1压实后密封性能的能力，该压力值越大表明外筒2内压实的沉积物1密封性能越好(参见图5)，从而表明该井筒的密封性能越好，在沉积物1的密封性井底的气体无法逸散至空气中，无需采用额外的措施密封井筒。
在外筒2进行气体上窜测试的过程中，内筒7内不填充沉积物1。
曲线D为外筒2底部压力变化的曲线，刚开始分别从外筒2和内筒7的底部注入气体且气体的压力较小，气体无法上窜，因此外筒2中的三个压力传感器39及外筒2顶部的压力保持不变，即曲线A、曲线B、曲线C和曲线F的前段保持水平。
另外，由于内筒7和外筒2底部气体的注入是同一气源，因此内筒7顶部的压力与外筒2顶部的压力保持一致，即曲线D和曲线E的前段走向保持一致。该现象表明在外筒2底部注入的该压力下，外筒2内的沉积物1的密封性能达到要求，可对气体进行密封，无需采取其他的措施进一步密封井筒。
随着外筒2底部注入压力的不断增大，外筒2底部的气体会不断突破其内部的沉积物1，因此外筒2中的三个压力传感器39所测得的压力逐渐升高，在此过程中由于外筒2底部气体的上窜，外筒2底部的压力逐渐降低，最终与沉积物1各处的压力及外筒2顶部的压力保持一致，即曲线A、曲线B、曲线C和曲线F的后段逐渐上升至保持一致，曲线D后段逐渐下降至与曲线A、曲线B、曲线C和曲线F的后段保持一致；
另外，由于内筒7和外筒2底部气体的注入是同一气源，因此内筒7顶部的压力与外筒2顶部的压力保持一致，即曲线D和曲线E的后段走向保持一致；而在外筒2内气体完全突破时，外筒2底部的压力积聚下降，最终与曲线E、曲线A、曲线B、曲线C和曲线F的后段保持一致。该现象表明在外筒2底部注入的压力逐渐增大至一定压力值后，外筒2内的沉积物1被气体完全突破，表明外筒2内的沉积物1的密封性能无法达到要求，无法对气体进行密封，此时则需要采取其他的措施进一步密封井筒。
需要说明的是，图5所示的气体突破过程为图4所示的气体置换过程的前序，随着外筒2底部注入压力的不断增大，外筒2内首先完成的是气体的置换，当外筒2底部注入压力达到20MPa以上时则进行气体突破的试验。
另外，图4和图5中，由于曲线部分或全部走势一致，导致部分曲线重合，因此图中部分箭头指示的曲线看似相同。
内筒7采用如上述外筒2同样的方式进行测试。
本明通过全尺寸井筒管柱的沉积实验，模拟真实报废井井底沉积情况，评估报废老井的井底密封性，并为储气库老井处理提供室内实验依据。本发明选取膨润土、重晶石以及模拟的岩屑沉积物1作为坍塌沉积物1的组成成分，使用老井井筒坍塌及沉积物密封能力评价装置，进行钻杆外环空坍塌物封闭能力模拟实验和钻杆内泥浆沉淀物1封闭能力模拟实验，来确定钻杆外环空坍塌物的极限承压能力和钻杆内泥浆沉淀后的承压能力，以评估气体渗入后的封闭效果，为储气库老井坍塌沉积物1密封性评估工作提供切实可行的技术方法。
需要说明的是，本发明所涉及到的各个电子部件均采用现有技术，并且上述各个部件与控制器电连接，控制器与各个部件之间的控制电路为现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1：压实机构向装有沉积物(1)的井筒实验仪的顶部注入液体，以压实所述井筒实验仪内的沉积物(1)；
S2：增压机构从所述井筒实验仪的底部注入增压气体，并通过外压力检测机构测量该沉积物(1)各处注入增压气体前后的压力值；
S3：根据所测量的所述井筒实验仪内沉积物(1)各处的压力值判断沉积物(1)各处注入增压气体前后的压力值是否一致；
当沉积物(1)任意一处注入增压气体前后的压力值一致时，表明沉积物(1)此处未被气体突破；
当沉积物(1)任意一处注入增压气体前后的压力值不一致时，表明沉积物(1)此处已被气体突破。
2.根据权利要求1所述的模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：向所述井筒实验仪内填充沉积物(1)，并密封所述井筒实验仪。
3.根据权利要求1所述的模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：向所述井筒实验仪对应沉积物(1)上方的空间内注入增压气体至设定压力值，以模拟井筒的环境压力。
4.根据权利要求1所述的模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价方法，其特征在于：所述步骤S1还包括在压实沉积物(1)的同时通过所述压实机构从所述井筒实验仪的底部注入保护液体。
5.一种模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价装置，其特征在于：包括井筒实验仪、增压机构和压实机构，所述井筒实验仪内填充有沉积物(1)，且所述井筒实验仪上安装有检测沉积物(1)各处压力值的外压力检测机构；所述压实机构通过供液管与所述井筒实验仪的顶部连通，用于向所述井筒实验仪的顶部注入液体以压实沉积物(1)；所述增压机构的供气口通过供气管与所述井筒实验仪的底部连通，用于向所述井筒实验仪的底部注入增压气体。
6.根据权利要求5所述的模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价装置，其特征在于：所述井筒实验仪包括用于装沉积物(1)的外筒(2)，所述外筒(2)竖直或倾斜设置，其上端敞口并可拆卸的安装有顶盖(3)，所述供液管的一端与所述外筒(2)的顶部连通，所述供气管的一端与所述外筒(2)的底部连通；所述外筒(2)的底部设有外筒排液口(4)，所述外压力检测机构固定安装在所述外筒(2)上。
7.根据权利要求6所述的模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价装置，其特征在于：所述外筒(2)的顶部通过管路与所述增压机构的供气口连通。
8.根据权利要求6所述的模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价装置，其特征在于：所述外筒(2)内靠近其底部的位置水平固定安装有隔板(5)，所述隔板(5)上设有至少一个外通气孔，所述外通气孔处固定安装有供增压气体进入所述外筒(2)内的外单向阀(6)，且沉积物(1)位于所述隔板(5)的上方；所述压实机构通过保护管路与所述外筒(2)底部对应所述隔板(5)下方的位置连通，且所述压实机构与所述外筒(2)底部的连通处安装有排水管(10)，所述排水管(10)处安装有阀门。
9.根据权利要求8所述的模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价装置，其特征在于：所述井筒实验仪还包括用于装沉积物(1)的内筒(7)，所述内筒(7)固定安装在所述外筒(2)内对应所述隔板(5)上方的位置，其轴线与所述外筒(2)的轴线平行；所述内筒(7)的上端敞口并紧贴所述顶盖(3)，且其顶部分别通过管路与所述供气管和所述供液管连通；所述隔板(5)上设有至少一个与所述内筒(7)连通的内通气孔，所述内通气孔处固定安装有供增压气体进入所述内筒内的内单向阀(8)；所述内筒(7)的底部与内排液管(9)的一端连通，所述内排液管(9)的另一端向下延伸至所述外筒(2)外。
10.根据权利要求9所述的模拟井筒坍塌沉积物密封能力评价装置，其特征在于：所述内筒(7)的顶部固定安装有内压力检测件。
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