CN114993847A - 一种固井界面密封能力评价系统及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固井界面密封能力评价系统及评价方法。所述评价系统包括泥饼形成装置、泥饼冲洗装置、界面形成养护模具和界面密封能力测试装置；其中，泥饼形成装置包括第一筒体、第一压力调节单元和第一温度调节单元；泥饼冲洗装置包括冲洗釜体、第二压力调节单元、第二温度调节单元、夹持单元、外筒、旋转单元和循环单元；界面形成养护模具能够提供静态流体养护环境；界面密封能力测试装置能够进行界面密封能力的测试。所述评价方法基于上述的固井界面密封能力评价系统来实现。本发明能够解决固井水泥环界面密封能力评价问题，实现事前指导固井施工参数和环空浆柱结构设计。
Description
技术领域
本发明涉及石油行业固井技术领域，具体涉及一种固井界面密封能力评价系统及评价方法。
背景技术
在石油行业中，固井水泥环界面密封是保证井筒安全和油气井长效稳定生产的重要前提。固井水泥环界面密封失效，将导致层间窜流直接影响水泥石胶结质量，污染油气层降低油气采收率，对完井后续开发作业造成不利影响，严重时造成井口冒油、冒起，甚至造成井喷事故，使得固井水泥环界面密封能力测试已逐渐成为钻完井关注的重点。
当前界面密封能力的测试主要是通过测试界面胶结力学性能和利用声波模拟、自然伽玛测井等技术，通过分析胶结强度、刚度、断裂能和环空密度、套管波和地层波等参数判断界面密封状况。例如，公开号为CN109142192A的中国发明专利公开了一种可视化异形固井二界面胶结质量测试系统，模拟地层腔体、固井水泥/水泥石腔体相连通成形成实验腔，垂直的连通面为二界面；实验腔顶部和底部分别设有环形密封挡圈，固井水泥/水泥石腔体下部设有水泥石升降模具；模拟地层腔体内设有热电偶；模拟地层腔体内设有多根反应气注入管，模拟地层腔体、固井水泥/水泥石腔体侧上分别设有可视窗口，模拟地层腔体顶部设有密封盖，固井水泥/水泥石腔体顶部密封，设有气液出入口。该系统是通过分析固井二界面的胶结力学性能来测试界面的密封能力。
目前国内没有系统的室内实验装置可以模拟评价顶替冲洗后的界面胶结能力，无法事前指导固井施工参数和环空浆柱结构设计，不利于提高固井质量和界面密封。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于能够解决固井水泥环界面密封能力评价问题，目的之二在于实现事前指导固井施工参数和环空浆柱结构设计。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种固井界面密封能力评价系统。
所述评价系统可包括泥饼形成装置、泥饼冲洗装置、界面形成养护模具和界面密封能力测试装置。
其中，针对第一试样，泥饼形成装置能够模拟泥饼的形成过程，并在模拟后得到外部形成有泥饼的第二试样。泥饼形成装置可包括第一筒体、第一压力调节单元和第一温度调节单元；其中，第一筒体中能够放置第一试样和注入流体，第一压力调节单元和第一温度调节单元能够分别调节第一筒体内的压力和温度；第一试样包括岩心试样或钢套。
针对第二试样，泥饼冲洗装置能够模拟泥饼冲洗过程，并在模拟后得到第三试样。泥饼冲洗装置可包括冲洗釜体、第二压力调节单元、第二温度调节单元、夹持单元、外筒、旋转单元和循环单元；其中，第二压力调节单元和第二温度调节单元能够分别调节冲洗釜体内的压力和温度；夹持单元能够夹持第二试样并位于外筒中；旋转单元能够驱使外筒旋转；循环单元能够使注入冲洗釜体内的流体循环流动。
针对第三试样，界面形成养护模具能够提供静态流体养护环境，以模拟实际井筒中地层流体对水泥环界面的浸泡，并在模拟后得到第四试样。
针对第五试样，界面密封能力测试装置能够进行界面密封能力的测试，第五试样为对第四试样进行高温高压养护后得到的试样。
进一步地，所述第一筒体可为开口朝上的半封闭结构；所述第一筒体可具有半封闭腔体，该半封闭腔体的开口朝上，所述第一筒体的底部可设置有将半封闭腔体与外界连通的贯通孔。
进一步地，所述泥饼形成装置还可包括：上堵头和下堵头；其中，上堵头可设置在所述半封闭腔体的开口处并能够封堵该开口；下堵头可设置在所述第一筒体中，并将所述半封闭腔体分隔为上下两个腔体；下堵头上还可开设有连通上下两个腔体的通孔。
进一步地，所述下堵头上可设置有用于放置所述第一试样的卡槽。
进一步地，所述冲洗釜体的底部还可开设有若干个排液口，所述冲洗釜体的腔体底部可设置有过滤组件；所述泥饼冲洗装置还可包括与所述若干个排液口连接的集液罐。
进一步地，所述过滤组件可包括自上而下设置的滤纸和滤网；所述集液罐上可设置有冷凝器，冷凝器能够冷却从所述排液口流出的高温流体。
进一步地，所述泥饼冲洗装置还可包括传感单元，传感单元可包括温度传感器、压力传感器、切应力传感器和质量传感器。其中，温度传感器和压力传感器能够分别测量所述冲洗釜体内的温度和压力；切应力传感器和质量传感器可设置在所述夹持单元的夹持端。
进一步地，所述泥饼冲洗装置还可包括中央处理单元，中央处理单元与所述第二压力调节单元、所述第二温度调节单元、所述旋转单元和所述传感单元连接。
进一步地，所述界面形成养护模具可包括模具本体、上密封盖和下底盖。其中，模具本体上可开设有若干个贯穿上下表面的养护筒，所述第三试样能够置于养护筒体中心；上密封盖能够封闭养护筒的上开口；下底盖能够封闭养护筒的下开口。
进一步地，所述评价系统还可包括高温高压养护装置，该装置能够在预设温度和预设压力下对所述第四试样进行高温高压养护；其中，预设温度为井底目标岩层环境温度。
进一步地，所述界面密封能力测试装置可包括测试釜体、胶套、上釜盖、下釜盖、第三温度调节单元和第三压力调节单元。其中，测试釜体可为具有上下开口的筒状结构；胶套可设置在测试釜体中，并能够用于盛装第五试样；上釜盖和下釜盖能够分别封闭测试釜体的上下开口；第三温度调节单元能够调节测试釜体内的温度；第三压力调节单元能够调节测试釜体内的压力。
进一步地，所述下釜盖上还可设置有出液孔；所述界面密封能力测试装置还可包括流量测量单元，流量测量单元能够测量从出液孔流出液体的流量和/或排出气体的流量。
进一步地，所述界面密封能力测试装置还可包括水槽，水槽能够收集从所述出液孔流出的液体。
为了实现上述目的，本发明另一方面提供了一种固井界面密封能力测试的评价方法。
所述评价方法基于上述的固井界面密封能力评价系统来实现。
进一步地，所述评价方法可包括以下步骤：
将所述第一试样置于所述泥饼形成装置中，模拟泥饼形成过程，得到第二试样；其中，模拟过程中的温度、压力和时间根据井下实际工况来确定；
将所述第二试样置于所述泥饼冲洗装置中，模拟泥饼冲洗过程，得到第三试样；
将所述第三试样置于所述界面形成养护模具进行养护，得到所述第四试样，然后对所述第四试样进行高温高压养护，得到所述第五试样；
将所述第五试样置于所述界面密封能力测试装置中进行固井水泥环界面密封能力评价；其中，根据井下实际工况来确定测试的温度和压力，在评价过程中测试界面击穿压力和最大封隔压力。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下至少一项：
(1)本发明能够解决固井水泥环界面密封能力评价问题。
(2)本发明形成一套室内实验评价装置，可通过界面击穿压力和最大封隔压力值定量评价界面密封能力。
(3)本发明能够准确反映在复杂物理化学条件下固井过程中界面泥饼、“水泥环—泥饼—套管”组合体、“水泥环—泥饼—井壁”组合体以及界面密封能力的演化过程，形成一套在高温高压条件下动静态流体(或气体)环境下水泥环界面密封能力定量评价方法。
(4)本发明能够实现事前指导固井施工参数和环空浆柱结构设计，提高固井质量和界面密封。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1示出了本发明的泥饼形成装置的一个结构示意图；
图2示出了本发明的泥饼冲洗装置的一个结构示意图；
图3示出了本发明的界面形成养护模具的一个结构示意图；
图4示出了本发明的界面密封能力测试装置的一个结构示意图；
图5示出了本发明的一组实验结果展示图。
主要附图标记说明：
101-第一试样；102-第一筒体；103-第一压力调节单元；104-第一温度调节单元；105-上堵头；106-下堵头；107-导管；108-第一压力表；109-上腔体；110-下腔体；
201-第二试样；202-冲洗釜体；203-第二压力调节单元；204-第二温度调节单元；205-外筒；206-排液口；207-集液罐；208-滤纸；209-滤网；210-温度传感器；211-压力传感器；212-切应力传感器；213-质量传感器；214-中央处理单元；215-夹持杆；216-夹持器；217-变频电机；218-传动装置；219-密封顶盖；220-进液口；221-托盘；222-支撑架；223-数据显示单元；224-控制单元；225-温度显示器；226-压力显示器；227-转速显示器；228-切力显示器；229-质量显示器；230-加压开关；231-泄压开关；232-加热开关；233-转速调节器；
301-模具本体；302-上密封盖；303-下底盖；304-养护筒；305-养护筒体中心；306-固定件；
401-测试釜体；402-胶套；403-上釜盖；404-下釜盖；405-流量测量单元；406-水槽；407-第三加热装置；408-温度调节器；409-第三加压装置；410-第二压力表；411-压力调节器；412-泄压阀；413-氮气瓶；414-环空；415-第五试样的第一部分；416-第五试样的第二部分。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，对本发明实施例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，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
需要说明的是，“第一”、“第二”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。
图1示出了本发明的泥饼形成装置的一个结构示意图。图2示出了本发明的泥饼冲洗装置的一个结构示意图。图3示出了本发明的界面形成养护模具的一个结构示意图。图4示出了本发明的界面密封能力测试装置的一个结构示意图。图5示出了本发明的一组实验结果展示图。
示例性实施例1
本示例性实施例提供了一种固井界面密封能力评价系统。下面结合图1至图4对其进行描述。
所述评价系统可包括泥饼形成装置、泥饼冲洗装置、界面形成养护模具和界面密封能力测试装置。
在本实施例中，如图1和图2所示，针对第一试样101，泥饼形成装置能够模拟泥饼的形成过程，并在模拟后得到外部形成有泥饼的第二试样201。泥饼形成装置可包括如图1所示的第一筒体102、第一压力调节单元103和第一温度调节单元104。其中，第一筒体102中能够放置第一试样101和注入流体；第一压力调节单元103和第一温度调节单元104能够分别调节第一筒体102内的压力和温度。第一试样101可包括岩心试样或钢套。
在本实施例中，如图1所示，第一筒体102可为开口朝上的半封闭结构。第一筒体102可具有半封闭腔体，该半封闭腔体的开口朝上，且第一筒体102的底部可设置有将半封闭腔体与外界连通的贯通孔。
在本实施例中，如图1所示，泥饼形成装置还可包括：上堵头105和下堵头106。其中，上堵头105可设置在半封闭腔体的开口处并能够封堵该开口。下堵头106可设置在第一筒体102中，并将半封闭腔体分隔为上、下两个腔体(109、110)；下堵头106上还可开设有连通上、下两个腔体(109、110)的通孔。
进一步地，下堵头106与下腔体110之间的通孔通过O型圈连接。贯通孔和通孔处都可设置有导管107。下堵头106上可设置有用于放置第一试样101的卡槽，下堵头106的卡槽可通过设置卡簧与第一试样101连接。
在本实施例中，如图1所示，上堵头105可设置有排压孔，排压孔与第一压力调节单元103连接。第一压力调节单元103可包括第一压力表108。
在具体应用时，将第一试样101通过卡簧固定连接在下堵头106的卡槽内，第一筒体102内加入钻井液，将上堵头105封堵住半封闭腔体的开口，再利用第一压力调节单元103通过上堵头105的排压孔对第一筒体102内进行加压，使得上腔体109内的钻井液向下流动，钻井液经过第一试样101后通过通孔排入下腔体110，钻井液在第一试样101表面形成泥饼。钻井液经过第一试样101过滤后的液体通过通孔上的导管107流入下腔体110，下腔体110满后通过底部的贯通孔上的导管107排出。
在本实施例中，图2所示，针对第二试样201，泥饼冲洗装置能够模拟泥饼冲洗过程，并在模拟后得到第三试样。泥饼冲洗装置可包括如图2所示的冲洗釜体202、第二压力调节单元203、第二温度调节单元204、夹持单元、外筒205、旋转单元和循环单元。其中，第二压力调节单元203和第二温度调节单元204能够分别调节冲洗釜体202内的压力和温度；夹持单元能够夹持第二试样201并位于外筒205中；旋转单元能够驱使外筒205旋转；循环单元能够使注入冲洗釜体202内的流体循环流动。
在本实施例中，如图2所示，冲洗釜体202的底部还可开设有若干个排液口206，冲洗釜体202的腔体底部可设置有过滤组件；泥饼冲洗装置还可包括与若干个排液口206连接的集液罐207。
进一步地，如图2所示，过滤组件可包括自上而下设置的滤纸208和滤网209，能够过滤冲洗第二试样201沉积下来的泥浆，以防堵住排液口206。集液罐207上可设置有冷凝器，冷凝器能够冷却从排液口206流出的高温流体。
在本实施例中，如图2所示，泥饼冲洗装置还可包括传感单元，传感单元可包括温度传感器210、压力传感器211、切应力传感器212和质量传感器213。其中，温度传感器210和压力传感器211能够分别测量冲洗釜体202内的温度和压力；切应力传感器212和质量传感器213都可设置在夹持单元的夹持端。
在本实施例中，如图2所示，泥饼冲洗装置还可包括中央处理单元214，中央处理单元214能够处理、传递泥饼冲洗装置的数据信息。中央处理单元214与第二压力调节单元203、第二温度调节单元204、旋转单元和传感单元连接。
在本实施例中，如图2所示，夹持单元可包括夹持杆215和夹持器216。其中，夹持杆215贯穿设置于冲洗釜体202的顶部；夹持器216安装在夹持杆215下端，夹持器216用于夹持第二试样201。夹持器216与第二试样201的壁面安装有切应力传感器212和质量传感器213。
在本实施例中，如图2所示，旋转单元可包括变频电机217和传动装置218。变频电机217和传动装置218设置于冲洗釜体202的顶部，且与外筒205相连接；变频电机217与中央处理单元214相连接；变频电机217通过传动装置218带动外筒205旋转。
在本实施例中，如图2所示，冲洗釜体202的顶部设置有密封顶盖219和进液口220。集液罐207底部设置有托盘221。泥饼冲洗装置可设置在支撑架222上。第二压力调节单元203连接有气源。
在本实施例中，如图2所示，中央处理单元214可连接有数据显示单元223和控制单元224。其中，数据显示单元223可包括温度显示器225、压力显示器226、转速显示器227、切力显示器228和质量显示器229；控制单元224可包括加压开关230、泄压开关231、加热开关232和转速调节器233。
在具体应用时，将第二试样201用夹持器216夹持住，密封顶盖219盖住冲洗釜体202，通过进液口220将前置液注入冲洗釜体202，前置液冲洗第二试样201后，依次经过滤纸208、滤网209和排液口206流出冲洗釜体202，进入集液罐207，集液罐207连通进液口220，通过注入泵模拟循环排量大小，以此形成循环单元。在泥饼冲洗装置工作过程中，变频电机217通过传动装置218带动外筒205旋转，从而搅动前置液，模拟实际井筒中套管壁和井壁泥饼的剪切。
在本实施例中，针对第三试样，界面形成养护模具能够提供静态流体养护环境，以模拟实际井筒中地层流体对水泥环界面的浸泡，并在模拟后得到第四试样。
在本实施例中，如图3所示，界面形成养护模具可包括模具本体301、上密封盖302和下底盖303。其中，模具本体301上可开设有若干个贯穿上下表面的养护筒304，例如设置2个养护筒304或4个养护筒304；第三试样能够置于养护筒体中心305；上密封盖302能够封闭养护筒304的上开口；下底盖303能够封闭养护筒304的下开口。
进一步地，界面形成养护模具还可包括固定件306，固定件306用于模具本体301中养护筒304的固定。固定件306可为螺钉，例如可采用四个螺钉贯穿模具本体301两端固定住养护筒304，当然本发明不限于此，还可以是能够实现该固定功能的其他方式。
在本实施例中，所述评价系统还可包括高温高压养护装置，该装置能够在预设温度和预设压力下对第四试样进行高温高压养护；其中，预设温度为井底目标岩层环境温度。高温高压养护装置可为油井水泥常规实验仪器中的增压养护釜或高温高压养护釜。在具体应用时，将制备好的界面形成养护模具整体放置在高温高压养护装置中进行养护。
在本实施例中，针对第五试样，界面密封能力测试装置能够进行界面密封能力的测试，第五试样为对第四试样进行高温高压养护后得到的试样，第五试样可包括第五试样的第一部分415和第五试样的第二部分416。其中，第五试样的第一部分415为水泥环，第五试样的第二部分416为岩心或钢套。
在本实施例中，如图4所示，界面密封能力测试装置可包括测试釜体401、胶套402、上釜盖403、下釜盖404、第三温度调节单元和第三压力调节单元。其中，测试釜体401可为具有上下开口的筒状结构；胶套402可设置在测试釜体401中，并能够用于盛装第五试样；上釜盖403和下釜盖404能够分别封闭测试釜体401的上下开口；第三温度调节单元能够调节测试釜体401内的温度；第三压力调节单元能够调节测试釜体401内的压力。
在本实施例中，如图4所示，上釜盖403上可设置有第二排压孔。下釜盖404上可设置有出液孔。界面密封能力测试装置还可包括流量测量单元405，流量测量单元405能够测量从出液孔流出液体的流量和/或排出气体的流量。流量测量单元405可包括液体流量计和/或气体流量计。
进一步地，如图4所示，界面密封能力测试装置还可包括水槽406，水槽406能够收集从出液孔流出的液体。
在本实施例中，如图4所示，第三温度调节单元可包括第三加热装置407和温度调节器408，能够调节测试釜体401的温度环境。第三压力调节单元可包括第三加压装置409、第二压力表410、压力调节器411、泄压阀412和氮气瓶413，能够调节测试釜体401的压力环境。第三加压装置409可采用压力泵。
在本实施例中，如图4所示，将养护好的第五试样置于胶套402中，胶套402内径与第五试样直径相同或相近，使胶套402内壁能与第五试样的第一部分415紧密贴合。将胶套402置于测试釜体401中，胶套402与测试釜体401形成环空414，然后上下端充填垫块，盖好上、下釜盖(403、404)，连接好第三温度调节单元和第三压力调节单元，根据井下实际工况调节温度、压力，即可开始进行测试，利用该评价系统完成固井水泥环界面密封能力定量评价。
示例性实施例2
本示例性实施例提供了一种固井界面密封能力测试的评价方法。
所述评价方法是基于上述实施例1的固井界面密封能力评价系统来实现。
在本实施例中，所述评价方法包括以下步骤：
将第一试样置于泥饼形成装置中，模拟泥饼形成过程，得到第二试样；其中，模拟过程中的温度、压力和时间根据井下实际工况来确定；
将第二试样置于泥饼冲洗装置中，模拟泥饼冲洗过程，得到第三试样；
将第三试样置于界面形成养护模具进行养护，得到第四试样，然后对第四试样进行高温高压养护，得到第五试样；
将第五试样置于界面密封能力测试装置中进行固井水泥环界面密封能力评价；其中，根据井下实际工况来确定测试的温度和压力，在评价过程中测试界面击穿压力和最大封隔压力。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合图1至图5对固井界面密封能力测试的评价方法进一步说明。
本发明的固井界面密封能力测试的评价方法主要包括：
步骤1：使用泥饼形成装置制备泥饼。下堵头106与第一试样101通过卡簧固定后，安装好下堵头106，往第一筒体102内注入适量的钻井液，盖好上堵头105，连接第一压力调节单元103和第一温度调节单元104，根据井下实际工况确定温度、压力和时间，即形成井壁泥饼。
步骤2：使用泥饼冲洗装置模拟井壁泥饼冲洗。将形成泥饼的第二试样201固定在夹持器216上，将密封顶盖219密封好，把现场取样的前置液灌入冲洗釜体202中，将前置液加至指定刻度线，打开进液口220和排液口206连接浆体注入泵模拟循环排量大小，形成循环单元；打开装置的第二温度调节单元204给釜内浆体加温，打开第二压力调节单元203给釜内加压，模拟现场浆体环空返速通过调节转速调节器233旋钮，使釜内浆体对第二试样201表面具有一定的剪切应力；开始搅拌浆体后打开计时器开关计时。温度、压力、排量、转速、切力、时间均按实验需要设定，重复上述步骤即可，即完成井壁泥饼冲洗。
步骤3：使用界面形成养护模具制备水泥环与岩层(或套管)组合体界面试样。在界面形成养护模具中的养护筒304的壁面涂抹养护油，然后将步骤2完成井壁泥饼冲洗的第三试样置于养护筒体中心305处，在第三试样与养护筒304之间环空灌入水泥浆。将水泥浆灌入养护筒304中后，可以用玻璃棒充分搅拌水泥浆，使水泥浆与底面及养护筒304的壁面紧密贴合，最后盖上上密封盖302。水泥环与岩层(或套管)界面试样的制备装置中养护筒304的直径与组合体的直径相同或相近，使养护筒304能与组合体紧配。第三试样可以采用标准岩心，如图3所示，其内径
可为25mm、外径
和长度h都可为50mm。
步骤4：将步骤3中完成制备的水泥环与岩层(或套管)界面第四试样放入高温高压养护釜进行养护，养护压力可设为20.7MPa，养护温度为实际井底目标岩层环境温度，养护龄期为1d、2d、3d、5d、7d、15d、30d、60d、120d、180d、360d，可根据实际研究需要对养护龄期进行调整。达到养护龄期后，拧松固定件306拆卸水泥环与岩层(或套管)界面试样的制备装置，即可获取水泥环与岩层(或套管)界面第五试样。
步骤5：使用界面密封能力测试装置评价水泥环密封能力。将养护好的组合体第五试样置于胶套402的中部，胶套402内径与组合体直径相同或相近，使胶套402内壁能与组合体紧配。然后将胶套402置于测试釜体401中，上下端充填垫块，盖好上、下釜盖(403、404)，连接第三加热装置407和第三加压装置409和水槽406，根据井下实际工况确定温度、压力，记录界面击穿压力、最大封隔压力，以此定量评价固井水泥环界面密封能力。
本发明的一组界面密封能力测试实验结果如图5的实验曲线所示，固井界面击穿压力P1为164.6psi，最大封隔压力P2为181.5psi。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均应属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (14)
1.一种固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述评价系统包括泥饼形成装置、泥饼冲洗装置、界面形成养护模具和界面密封能力测试装置；其中，
针对第一试样，泥饼形成装置能够模拟泥饼的形成过程，并在模拟后得到外部形成有泥饼的第二试样，泥饼形成装置包括第一筒体、第一压力调节单元和第一温度调节单元；其中，第一筒体中能够放置第一试样和注入流体，第一压力调节单元和第一温度调节单元能够分别调节第一筒体内的压力和温度；第一试样包括岩心试样或钢套；
针对第二试样，泥饼冲洗装置能够模拟泥饼冲洗过程，并在模拟后得到第三试样，泥饼冲洗装置包括冲洗釜体、第二压力调节单元、第二温度调节单元、夹持单元、外筒、旋转单元和循环单元；其中，第二压力调节单元和第二温度调节单元能够分别调节冲洗釜体内的压力和温度；夹持单元能够夹持第二试样并位于外筒中；旋转单元能够驱使外筒旋转；循环单元能够使注入冲洗釜体内的流体循环流动；
针对第三试样，界面形成养护模具能够提供静态流体养护环境，以模拟实际井筒中地层流体对水泥环界面的浸泡，并在模拟后得到第四试样；
针对第五试样，界面密封能力测试装置能够进行界面密封能力的测试，第五试样为对第四试样进行高温高压养护后得到的试样。
2.根据权利要求1所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述第一筒体为开口朝上的半封闭结构；所述第一筒体具有半封闭腔体，该半封闭腔体的开口朝上，所述第一筒体的底部设置有将半封闭腔体与外界连通的贯通孔；
所述泥饼形成装置还包括：上堵头和下堵头；其中，
上堵头设置在半封闭腔体的开口处并能够封堵该开口；
下堵头设置在所述第一筒体中，并将半封闭腔体分隔为上下两个腔体；下堵头上还开设有连通上下两个腔体的通孔。
3.根据权利要求2所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述下堵头上设置有用于放置所述第一试样的卡槽。
4.根据权利要求1所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述冲洗釜体的底部还开设有若干个排液口，所述冲洗釜体的腔体底部设置有过滤组件；
所述泥饼冲洗装置还包括与若干个排液口连接的集液罐。
5.根据权利要求4所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述过滤组件包括自上而下设置的滤纸和滤网；
所述集液罐上设置有冷凝器，冷凝器能够冷却从所述排液口流出的高温流体。
6.根据权利要求1所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述泥饼冲洗装置还包括传感单元，传感单元包括温度传感器、压力传感器、切应力传感器和质量传感器；其中，
温度传感器和压力传感器能够分别测量所述冲洗釜体内的温度和压力；
切应力传感器和质量传感器设置在所述夹持单元的夹持端。
7.根据权利要求6所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述泥饼冲洗装置还包括中央处理单元，中央处理单元与所述第二压力调节单元、所述第二温度调节单元、所述旋转单元和所述传感单元连接。
8.根据权利要求1所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述界面形成养护模具包括模具本体、上密封盖和下底盖，其中，
模具本体上开设有若干个贯穿上下表面的养护筒，所述第三试样能够置于养护筒体中心；
上密封盖能够封闭养护筒的上开口；
下底盖能够封闭养护筒的下开口。
9.根据权利要求1所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述评价系统还包括高温高压养护装置，该装置能够在预设温度和预设压力下对所述第四试样进行高温高压养护；其中，预设温度为井底目标岩层环境温度。
10.根据权利要求1所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述界面密封能力测试装置包括测试釜体、胶套、上釜盖、下釜盖、第三温度调节单元和第三压力调节单元；其中，
测试釜体为具有上下开口的筒状结构；
胶套设置在测试釜体中，并能够用于盛装第五试样；
上釜盖和下釜盖能够分别封闭测试釜体的上下开口；
第三温度调节单元能够调节测试釜体内的温度；
第三压力调节单元能够调节测试釜体内的压力。
11.根据权利要求10所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述下釜盖上还设置有出液孔；
所述界面密封能力测试装置还包括流量测量单元，流量测量单元能够测量从出液孔流出液体的流量和/或排出气体的流量。
12.根据权利要求11所述的固井界面密封能力评价系统，其特征在于，所述界面密封能力测试装置还包括水槽，水槽能够收集从所述出液孔流出的液体。
13.一种固井界面密封能力测试的评价方法，其特征在于，所述评价方法基于如权利要求1～12中任一项所述的固井界面密封能力评价系统来实现。
14.根据权利要求13所述的固井界面密封能力测试的评价方法，其特征在于，所述评价方法包括以下步骤：
将所述第一试样置于所述泥饼形成装置中，模拟泥饼形成过程，得到第二试样；其中，模拟过程中的温度、压力和时间根据井下实际工况来确定；
将所述第二试样置于所述泥饼冲洗装置中，模拟泥饼冲洗过程，得到第三试样；
将所述第三试样置于所述界面形成养护模具进行养护，得到所述第四试样，然后对所述第四试样进行高温高压养护，得到所述第五试样；
将所述第五试样置于所述界面密封能力测试装置中进行固井水泥环界面密封能力评价；其中，根据井下实际工况来确定测试的温度和压力，在评价过程中测试界面击穿压力和最大封隔压力。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116029233A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-04-28 | 中国石油大学(华东) | 一种固井界面密封性能评价方法 |
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