CN201041029Y - 油井水泥失重和气液窜模拟测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种油井水泥失重和气液窜模拟测试装置，由工作头(1)、连接机构(2)、仪器主壳体(3)、测试元件和管路系统(4)、仪器面板(5)组成，在工作头(1)中安装有测窜试验管(7)和失重试验管(8)，在测试元件和管路系统(4)中安装有减压调节阀(402)、压力表(403)、试验压力阀(404)、差压传感器(417)、差压传感器(418)。可模拟固井压力温度测定油井水泥浆的失重曲线和抗窜曲线，具有真实性、实用性，可有效地评价水泥浆配方的抗窜能力，可用于油井水泥失重和抗窜测试。

Description

油井水泥失重和气液窜模拟测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种油井水泥失重和气液窜模拟测试装置，用于固井工程。

背景技术

现在的油井防窜性能测试装置，测试时间长，过程繁琐，采用“U”型管结构的测窜装置，测定注水泥浆自液态到终凝的抗窜能力，但不能测定危险期内注水泥的抗窜能力；一种采用由水泥浆凝固过程中孔隙压力变化的测窜装置，水泥浆易堵塞管路和传感器，故障多；一种采用模拟地层压力加压方法的测窜装置，压差不稳定使测试误差大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题：避免上述现有技术中的不足之处，提供一种测试方法简便、可靠、真实性强、可总体上评价水泥浆抗窜能力的油井水泥失重和气液窜模拟测试装置。

本实用新型采用的技术方案：油井水泥失重和气液窜模拟测试装置，其特征是由工作头1、连接机构2、仪器主壳体3、测试元件和管路系统4、仪器面板5组成，工作头1由外壳101、保温体102、内套103、测窜试验管7、失重试验管8、冷却管路104、加热管105组成，在内套103内插入测窜试验管7、失重试验管8、加热管105和冷却管路104，加热管105由导线通过连接机构2接入仪器主壳体3内的电源上，测窜试验管7是由快速接头701、管盖702、活塞703、快速接头704、接头705、试验管筒706、密封圈707、过滤网708、滤网盖709、阀门710、快速接头711、接头712、滤芯713、沉淀池体714、连接管715、过滤网716、密封圈717、接头718组成，测窜试验管7的快速接头701安装在管盖702上，与管盖702和活塞703的中心通道相通，管盖的侧面装有快速接头704，它通过接头705与管盖702的侧孔相通，管盖702与试验管筒706之间有密封圈707，活塞703在接头718上方，接头718安装过滤网708，过滤网708被滤网盖709压在接头718上，阀门710通过快速接头711与接头712相连，接头712上装有滤芯713，接头712装在沉淀池体714上，沉淀池体714通过连接管715装在试验管筒706下部，沉淀池体714上装有过滤网716和密封圈717，在过滤网708和过滤网716间的试验管管腔用来灌装待试验的水泥浆浆液，失重试验管8是由快速接头801、管盖802、密封圈803、滤网盖804、试验管筒805、滤网盖806、密封圈807、连接管808、阀门809、快速接头810、接头811、沉淀池体812、滤芯813、过滤网814、过滤网815组成，与测窜试验管7结构相同，只是快速接头801接在管盖802上；

连接机构2是由固定轴201、固定座202、旋转轴203、压盖204、弹簧组件205、螺栓206、螺帽207、螺栓208组成，连接机构2中的固定轴201与固定座202焊接成一体，旋转轴203套在固定轴201上，其左端法兰有螺栓固定在工作头1的外壳上，其右端法兰被压在压盖204内，工作头1可沿旋转轴203在固定轴201上转动一定角度，可使工作头1在倾斜状态下工作，在旋转轴203右端法兰上每隔15°设一个定位孔，在弹簧组件205的作用下插入孔中定位，使工作头1固定在一定角度上，当需要旋转角度时，拉动弹簧组件205，转动工作头1到所需角度，松开弹簧组件205，弹簧组件205会插入到固定轴201中的法兰的定位孔中定位，压盖204由螺栓206和螺帽207固定在固定座202上，其中固定座202通过螺栓208与仪器主壳体3连接在一起；

在仪器主壳体3的侧面板上安装转有连接机构2，连接机构2与工作头1相连，在仪器主壳体3的正面板上安装有仪器面板5，在仪器主壳体3的内部安装有测试元件和管路系统4；

测试元件和管路系统4是由接头401、减压调节阀402、压力表403、试验压力阀404、储气罐405、计量排放阀406、玻璃管407、滤液集积器408、压力供应阀409、压力供应阀410、放压阀411、测窜管下端阀412、气窜阀413、水窜阀414、水罐415、储气罐416、差压传感器417、差压传感器418组成；

接头401为外接气源接头，并与减压调节阀402的进口连接，减压调节阀402出口与压力表403及试验压力阀404相连，试验压力阀404通过管路与储气罐405和计量排放阀406相连，计量排放阀406又接有可显示气泡的玻璃管407，试验压力阀404通过一个滤液集积器408与模拟液柱压力的压力供应阀409连接，又与模拟地层压力的压力供应阀410连接，以及与放压阀411连接，模拟液柱压力的压力供应阀409与快速接头701连接，模拟地层压力的压力供应阀410与测窜管下端阀412连接，在这一线的管路并装有气窜阀413和水窜阀414，当水窜阀414关闭，气窜阀413打开时，测气窜，而当气窜阀413关闭，水窜阀414打开时，测水窜，在测水窜的管路上，连接了水罐415，水罐415中盛水，在压力供应阀410之后的气路上，还连接到快速接头704以及快速接头801，以提供试验压力，同时在这一管路上也安装一个储气罐416，当试验开始时，打开试验压力阀404，将储气罐405和储气罐416充满试验压力，再关闭试验压力阀404，差压传感器417用于测定油井水泥的失重曲线，其低压端接于快速接头801上，高压端接于阀门809，另一差压传感器418用于测试油井水泥抗窜能力，其高压端接在阀门710上，其低压端接在快速接头701上。

油井水泥失重和气液窜模拟测试装置，其特征是仪器主壳体3由金属板制成，为长方体，长480mm，宽380mm，高1390mm；测窜试验管7的试验管筒706的管筒直径为47mm、长为450mm，失重试验管8的试验管筒805的管筒直径为47mm、长为450mm。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：

1、油井水泥失重和气液窜模拟测试装置在水泥浆失重曲线找到测窜时间点，与公认的油井水泥浆窜流危险期理论相吻合，从理论上是正确的。

2、油井水泥浆的失重曲线和抗窜曲线可在模拟地层的温度和压力下测得，试验方法具有真实性并且简单方便。

3、仪器可在相同温度和压力下试验不同水泥浆配方在同样时刻的抗窜能力，可以总体上评价水泥浆配方的抗窜能力。

4、仪器采用了有效的隔离措施，使被试验的水泥浆，既不能进到试验管路中堵塞管路和器件，又不损害其压力传导能力，保证了仪器的可靠性。

5、仪器可单独进行失重曲线的测试，这对油田固井也是很有用的。

附图说明：

图1是油井水泥失重和气液窜模拟测试装置的组装图；

图2是本装置中工作头1组件示意图；

图3是本装置中连接机构2组件示意图；

图4是本装置中失重试验管8组件示意图；

图5是本装置中测窜试验管7组件示意图；

图6是本装置中测试元件和管路系统4组件示意图。

具体实施方式

本实用新型的油井水泥失重与气液窜模拟测试装置，由工作头1、连接机构2、仪器主壳体3、测试元件和管路系统4、仪器面板5组成，如图1、2、3、4、5、6所示，

图中：1-工作头、2-连接机构、3-仪器主壳体、4-测试元件和管路系统、5-仪器面板、7-测窜试验管、8-失重试验管、101-外壳、102-保温体、103-内套、104-冷却管路、105-加热管、201-固定轴、202-固定座、203-旋转轴、204-压盖、205-弹簧组件、206-螺栓、207-螺帽、208-螺栓、401-接头、402-减压调节阀、403-压力表、404-试验压力阀、405-储气罐、406-计量排放阀、407-玻璃管、408-滤液集积器、409-压力供应阀、410-压力供应阀、411-放压阀、412-测窜管下端阀、413-气窜阀、414-水窜阀、415-水罐、416-储气罐、417-差压传感器、418-差压传感器、701-快速接头、702-管盖、703-活塞、704-快速接头、705-接头、706-试验管筒、707-密封圈、708-过滤网、709-滤网盖、710-阀门、711-快速接头、712-接头、713-滤芯、714-沉淀池体、715-连接管、716-过滤网、717-密封圈、718-接头、801-快速接头、802-管盖、803-密封圈、804-滤网盖、805-试验管筒、806-滤网盖、807-密封圈、808-连接管、809-阀门、810-快速接头、811-接头、812-沉淀池体、813-滤芯、814-过滤网、815-过滤网。

油井水泥失重和气液窜模拟测试装置，其特征是由工作头1、连接机构2、仪器主壳体3、测试元件和管路系统4、仪器面板5组成。

油井水泥失重和气液窜模拟测试装置，其特征是仪器主壳体3由金属板制成，为长方体，长480mm，宽380mm，高1390mm；测窜试验管7的试验管筒706的管筒直径为47mm、长为450mm，失重试验管8的试验管筒805的管筒直径为47mm、长为450mm。

油井水泥失重和气液窜模拟测试装置工作原理如下：

本装置工作时，油井水泥浆被注入两个试验管内，在规定的试验压力和温度下进行养护，由差压传感器417测出水泥浆柱产生的压力不断下降即失重，这一压力值最终显示在外接的计算机屏幕上，随时间产生一条失重曲线。当失重曲线进入发生窜流危险区段时，开始对仪器进行测窜操作：关闭模拟地层压力的压力供应阀410，打开计量排放阀406进行排气，这时差压传感器418测量到模拟地层压力和模拟液柱压力之间的压差，并在计算机的屏幕上显示出一条斜线。当压差增加到一定值时，模拟地层的高压气体会克服水泥浆的抗窜阻力，窜至模拟液柱的另一端即上端，斜线的斜率发生变化，从而测试出不同水泥浆配方的抗窜能力的大小。

本发明的核心是通过测试水泥浆的失重，找出测窜时间，即在失重试验管8上端连接差压传感器417的低压端，而失重试验管8的下端连接该差压传感器417的高压端，差压传感器417测得的差压值的变化在计算机显示出压差——时间曲线即失重曲线。

再通过失重曲线找出测窜点后，关闭压力供应阀410，这时，模拟液柱的压力和模拟地层的压力是相等的，即测窜试验管7的上下两端压力是平衡的。这时打开安装在模拟液柱的管路上的计量排放阀406，使模拟液柱压力逐渐降低，而模拟地层压力保持不变。从而造成两个压力出现差值，这一差值通过差压传感器418测得并在外接的计算机上显示出来相应的压差曲线。当以一定斜率上升的差压曲线发生弯曲甚至下降时，既说明模拟地层上的流体已经发生窜流，而这时的压差值即为该水泥浆的抗窜能力。差压传感器418低压端接到快速接头701上，差压传感器418的高压端接到阀门710上。

为防止水泥浆堵塞管路，失重试验管8下部装有专门的沉淀池体812，测窜试验管7下部装有专门的沉淀池体714，沉淀池体812、沉淀池体714中部的滤芯813、滤芯713分别装在沉淀池体812、沉淀池体714下接头811、接头712上，过滤网814、过滤网716装在沉淀池体812、沉淀池体714上端。

为了在测窜前水泥浆养护期间，水泥浆向管路失水造成在滤网上形成泥饼而在测窜试验管7的下端安装了测窜管下端阀412。

为了防止测窜时水泥浆的整体移动，在测窜试验管7的管盖702的下方，安装活塞703。

本仪器既能测气窜又能测水窜，在模拟地层压力的管路上并联了两个截至阀，将气窜阀413打开，水窜阀414关闭则测气窜，反之测水窜。测水窜时储水罐415内加水，储水罐415立式放置，储水罐415上端接水窜阀414，下端接到测窜管底部阀412。

本装置在加温加压条件下测出水泥浆胶凝过程的失重曲线，曲线呈现出水泥浆发生窜流的危险区段即过渡时间，在危险屈内选择一个或多个危险点进行水泥浆的抗窜能力的测试，测窜方法是在力平衡条件下采用在代表液柱压力的上部进行极缓慢地排压，而代表地层压则保持不变，这样造成水泥浆柱上下出现一个压差，压差曲线随排压速率按一定斜率匀速上升，当压差增长到比水泥浆内部阻力大时，发生窜流，则压差不再按原斜率上升，曲线呈现弯曲直到下降，这样可以测试出不同水泥浆配方在不同井下条件地抗窜能力。

Claims (2)

1.一种油井水泥失重和气液窜模拟测试装置，其特征是由工作头(1)、连接机构(2)、仪器主壳体(3)、测试元件和管路系统(4)、仪器面板(5)组成，工作头(1)由外壳(101)、保温体(102)、内套(103)、测窜试验管(7)、失重试验管(8)、冷却管路(104)、加热管(105)组成，在内套(103)内插入测窜试验管(7)、失重试验管(8)、加热管(105)和冷却管路(104)，加热管(105)由导线通过连接机构(2)接入仪器主壳体(3)内的电源上，测窜试验管(7)是由快速接头(701)、管盖(702)、活塞(703)、快速接头(704)、接头(705)、试验管筒(706)、密封圈(707)、过滤网(708)、滤网盖(709)、阀门(710)、快速接头(711)、接头(712)、滤芯(713)、沉淀池体(714)、连接管(715)、过滤网(716)、密封圈(717)、接头(718)组成，测窜试验管(7)的快速接头(701)安装在管盖(702)上，与管盖(702)和活塞(703)的中心通道相通，管盖的侧面装有快速接头(704)，它通过接头(705)与管盖(702)的侧孔相通，管盖(702)与试验管筒(706)之间有密封圈(707)，活塞(703)在接头(718)上方，接头(718)安装过滤网(708)，过滤网(708)被滤网盖(709)压在接头(718)上，阀门(710)通过快速接头(711)与接头(712)相连，接头(712)上装有滤芯(713)，接头(712)装在沉淀池体(714)上，沉淀池体(714)通过连接管(715)装在试验管筒(706)下部，沉淀池体(714)上装有过滤网(716)和密封圈(717)，在过滤网(708)和过滤网(716)间的试验管管腔用来灌装待试验的水泥浆浆液，失重试验管(8)是由快速接头(801)、管盖(802)、密封圈(803)、滤网盖(804)、试验管筒(805)、滤网盖(806)、密封圈(807)、连接管(808)、阀门(809)、快速接头(810)、接头(811)、沉淀池体(812)、滤芯(813)、过滤网(814)、过滤网(815)组成，与测窜试验管(7)结构相同，不同的是快速接头(801)接在管盖(802)上；

连接机构(2)是由固定轴(201)、固定座(202)、旋转轴(203)、压盖(204)、弹簧组件(205)、螺栓(206)、螺帽(207)、螺栓(208)组成，连接机构(2)中的固定轴(201)与固定座(202)焊接成一体，旋转轴(203)套在固定轴(201)上，其左端法兰有螺栓固定在工作头(1)的外壳上，其右端法兰被压在压盖(204)内，工作头(1)可以沿旋转轴(203)在固定轴(201)上转动一定角度，可以使工作头(1)在倾斜状态下工作，在旋转轴(203)右端法兰上每隔15°设一个定位孔，在弹簧组件(205)的作用下插入孔中定位，使工作头(1)固定在一定角度上，当需要旋转角度时，拉动弹簧组件(205)，转动工作头(1)到所需角度，松开弹簧组件(205)，弹簧组件(205)会插入到固定轴(201)中的法兰的定位孔中定位，压盖(204)由螺栓(206)和螺帽(207)固定在固定座(202)上，固定座(202)通过螺栓(208)与仪器主壳体(3)连接在一起；

在仪器主壳体(3)的侧面板上安装有连接机构(2)，连接机构(2)与工作头(1)相连，在仪器主壳体(3)的正面板上安装有仪器面板(5)，在仪器主壳体(3)的内部安装有测试元件和管路系统(4)；

测试元件和管路系统(4)是由接头(401)、减压调节阀(402)、压力表(403)、试验压力阀(404)、储气罐(405)、计量排放阀(406)、玻璃管(407)、滤液集积器(408)、压力供应阀(409)、压力供应阀(410)、放压阀(411)、测窜管下端阀(412)、气窜阀(413)、水窜阀(414)、水罐(415)、储气罐(416)、差压传感器(417)、差压传感器(418)组成；

接头(401)为外接气源接头，并与减压调节阀(402)的进口连接，减压调节阀(402)出口与压力表(403)及试验压力阀(404)相连，试验压力阀(404)通过管路与储气罐(405)和计量排放阀(406)相连，计量排放阀(406)又接有可显示气泡的玻璃管(407)，试验压力阀(404)通过一个滤液集积器(408)与模拟液柱压力的压力供应阀(409)连接，又与模拟地层压力的压力供应阀(410)连接，以及与放压阀(411)连接，模拟液柱压力的压力供应阀(409)与快速接头(701)连接，模拟地层压力的压力供应阀(410)与测窜管下端阀(412)连接，在这一线的管路并装有气窜阀(413)和水窜阀(414)，当水窜阀(414)关闭，气窜阀(413)打开时，测气窜，而当气窜阀(413)关闭，水窜阀(414)打开时，测水窜，在测水窜的管路上，连接水罐(415)，水罐(415)中盛水，在压力供应阀(410)之后的气路上，还连接到快速接头(704)以及快速接头(801)，以提供试验压力，同时在这一管路上也安装一个储气罐(416)，当试验开始时，打开试验压力阀(404)，将储气罐(405)和储气罐(416)充满试验压力，再关闭试验压力阀(404)，差压传感器(417)用于测定油井水泥的失重曲线，其低压端接于快速接头(801)上，高压端接于阀门(809)，另一差压传感器(418)用于测试油井水泥抗窜能力，其高压端接在阀门(710)上，其低压端接在快速接头(701)上。

2.根据权利要求1所述的油井水泥失重和气液窜模拟测试装置，其特征是仪器主壳体(3)由金属板制成，为长方体，长480mm，宽380mm，高1390mm；测窜试验管(7)的试验管筒(706)的管筒直径为47mm、长为450mm，失重试验管(8)的试验管筒(805)的管筒直径为47mm、长为450mm。

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