CN202560207U - 固井水泥环界面胶结程度测定实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及的是固井水泥环界面胶结程度测定实验装置，这种固井水泥环界面胶结程度测定实验装置的泥岩岩体中胶结有被测试件，被测试件由套管柱外浇筑水泥环构成，泥岩岩体置于围压室内并形成环形的围压腔，泥岩岩体上端是上覆外载加压室，套管柱从上覆外载加压室穿出，上覆外载加压室被滑动活塞分隔为上腔体和下腔体，上腔体与上覆外载控制系统连通，围压腔与横向外载控制系统连通；超声固井质量检测仪居中设置在套管内，声发射传感器和应变传感器均安装在套管内壁上，超声固井质量检测仪、声发射传感器、应变传感器、前置放大器、信号分析器依次连接构成测定系统。本实用新型可测得第一界面和第二界面之间的胶结程度，对被测试件进行连续监控。

Description

固井水泥环界面胶结程度测定实验装置

技术领域

本实用新型涉及的是石油与天然气工程中固井质量动态监测技术中使用的装置，该装置用于进行固井注水泥候凝阶段水泥环与第一、第二界面胶结强度检测；以及外载荷作用下水泥环及套管损伤变形动态测定，具体涉及的是固井水泥环界面胶结程度测定实验装置。

背景技术

在油气田注水泥固井设计等领域中，都需要对固井质量进行检测，以判断第一界面（水泥环与套管）和第二界面（水泥环与底层）的胶结程度，并检测水泥环厚度以及应力-应变情况。目前，对于固井质量的检验，主要仍以声幅测井为主，常用的有单发射器/单接受器声波幅度（CBL）测井、声幅-变密度单发/双收（CBL/VDL）测井、SBT扇区胶结测井、PET成像测井。以上仪器都是检测第一界面的胶结质量，而实际上，由于第二界面与底层直接相连，第二界面胶结的好坏更直接影响油井的生产。

发明内容

本实用新型的目的是提供固井水泥环界面胶结程度测定实验装置，它用于解决目前缺少对固井注水泥候凝阶段水泥环与第一界面、第二界面胶结强度动态测定的装置的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种固井水泥环界面胶结程度测定实验装置的泥岩岩体中胶结有被测试件，被测试件由套管柱外浇筑水泥环构成，泥岩岩体置于围压室内并形成环形的围压腔，泥岩岩体上端是上覆外载加压室，套管柱从上覆外载加压室穿出，上覆外载加压室被滑动活塞分隔为上腔体和下腔体，上腔体与上覆外载控制系统连通，围压腔与横向外载控制系统连通；超声固井质量检测仪居中设置在套管内，声发射传感器和应变传感器均安装在套管内壁上，超声固井质量检测仪、声发射传感器、应变传感器、前置放大器、信号分析器依次连接构成测定系统。

上述方案中超声固井质量检测仪通过定滑轮下放于套管居中位置，超声固井质量检测仪为UCT换能器，通过该自发自收换能器自动旋转垂直井壁发生超声脉冲，该UCT换能器还接受从套管井壁返回的携带有第一界面、第二界面胶结信息的回拨信号。

上述方案中声发射传感器设置8个，均匀分布在套管内壁上，声发射传感器与套管内壁通过耦合剂连接形成8个触点，用于测定水泥候凝阶段水泥环发生的变化。

上述方案中应变传感器设置8个，均匀分布在套管内壁上，应变传感器与套管内壁通过耦合剂连接形成8个触点，用于测定外载作用下套管柱发生的应变状态。

上述方案中套管柱与操作台通过丝扣连接，可实现自由组装与拆卸。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型可模拟实际注水泥过程，并对水泥环候凝阶段进行动态监测，对被测试件进行连续监控。

2、本实用新型可测得第一界面（水泥环与套管）和第二界面（水泥环与泥岩岩体）之间的胶结程度。

3、本实用新型可连续对泥岩岩体施加外载，并对水泥环胶结程度进行动态监测。

  4、本实用新型控压范围大，可实现80MPa控压。

5、本实用新型检测精度高，系统抗噪声能力强。

6、装置结构简单、操作方便，适应能力强，可实现长久持续测量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中应变传感器在套管内壁排列结构示意图；

图3是本实用新型中声发射传感器在套管内壁排列结构示意图。

1.操作台  2.围压腔  3.泥岩岩体  4.水泥环  5.套管柱  6.应变传感器  7.超声固井质量检测仪  8.声发射传感器 9. 下腔体  10.滑动活塞  11.上腔体   12.第一增压泵  13.第二增压泵  14.前置放大器  15.信号分析器 。

具体实施方式

如图1所示，这种固井水泥环胶结程度动态测定装置的泥岩岩体3中胶结有被测试件，被测试件由套管柱5外浇筑水泥环4构成，水泥环4是后期在泥岩岩体3以及套管柱5之间环空浇筑而制成，为模仿地层，泥岩岩体3内壁表面为不规则环空。套管柱5与操作台1丝扣连接，被测试件置于围压室的中心，使围压室的剩余空间形成环形围压腔2，围压腔2与横向外载控制系统中第一增压泵12连通；泥岩岩体3上端是上覆外载加压室，套管柱5从围压室伸入到上覆外载加压室，再从上覆外载加压室穿出；上覆外载加压室被滑动活塞10分隔为上腔体11和下腔体9；下腔体9内置油压液体，上腔体11与第二增压泵13连通。

横向外载控制系统由第一增压泵12和中间容器组成，横向外载控制系统通过高压管线与围压腔2连接，测试运行期间由横向外载控制系统通过向围压腔2注入液体对泥岩岩体3施加横向外载，确保横向外载均匀，使泥岩岩体3始终处于均匀受载状态。横向外载可连续恒定施加，亦可持续动态施加。测试过程可根据需要通过第一增压泵12控制横向外载，保证提供环形腔体对泥岩岩体3施加均匀的外载。

上覆外载控制系统由第二增压泵13和中间容器组成，上覆外载控制系统通过高压管线与上腔体11连接，测试运行时由上覆外载控制系统通过高压管线向上腔体11中注入液体驱动自由滑动活塞10下行对泥岩岩体3施加上覆正应力。

当上覆外载控制系统驱动滑动活塞10下行滑动时，上腔体11泵入液体，上腔体空间增大，下腔体9空间减小，同时下腔体内液体油对岩体施加压力。

用于测定胶结程度的测定系统由超声固井质量检测仪、声发射传感器、应变传感器、前置放大器、信号分析器依次连接构成测定。其中由超声固井质量检测仪7（UCT换能器）、前置放大器14、信号分析器15组成超声固井质量检测仪（UCT）系统；由声发射传感器8、前置放大器14以及信号分析器15组成声发射感应系统；由应变传感器6以及信号分析器15组成应力-应变系统。应变传感器6和声发射传感器8分别设置8个，使用耦合剂排列在套管柱5的内壁上，应变传感器6安装位置参照图2、声发射传感器8安装位置参照图3。测试运行时，注水泥后随着候凝阶段水泥环不断变化，声发射传感器8不断接收到信号并传送到计算机进行处理；UCT换能器通过发送超声检测水泥环4与套管柱5以及水泥环4与泥岩岩体3之间的胶结程度；随着围压的增加，泥岩岩体3受外挤变形最终导致套管柱5发生应变，应变传感器6接受信号并传送至信号分析器15进行处理。

本实用新型测试过程中横向外载控制系统不断向围压腔2施加围压，上覆外载控制系统对岩岩体施加上覆外载压力。声发射传感器用于接收候凝阶段水泥环发生的变化，UCT换能器用于测定第一、第二界面胶结程度，应变传感器用于测定应力状态下套管柱的应变大小，并最终由信号分析器15计算得到数据。

Claims (5)

1.一种固井水泥环界面胶结程度测定实验装置，其特征在于：这种固井水泥环界面胶结程度测定实验装置的泥岩岩体（3）中胶结有被测试件，被测试件由套管柱（5）外浇筑水泥环（4）构成，泥岩岩体（3）置于围压室内并形成环形的围压腔（2），泥岩岩体（3）上端是上覆外载加压室，套管柱（5）从上覆外载加压室穿出，上覆外载加压室被滑动活塞（10）分隔为上腔体（11）和下腔体（9），上腔体（11）与上覆外载控制系统连通，围压腔（2）与横向外载控制系统连通；超声固井质量检测仪（7）居中设置在套管内，声发射传感器（8）和应变传感器（6）均安装在套管内壁上，超声固井质量检测仪（7）、声发射传感器（8）、应变传感器（6）、前置放大器（14）、信号分析器（15）依次连接构成测定系统。

2.根据权利要求1所述的固井水泥环界面胶结程度测定实验装置，其特征在于：所述的超声固井质量检测仪（7）通过定滑轮下放于套管居中位置。

3.根据权利要求1或2所述的固井水泥环界面胶结程度测定实验装置，其特征在于：所述的声发射传感器（8）设置8个，均匀分布在套管内壁上，声发射传感器（8）与套管内壁通过耦合剂连接形成8个触点。

4.根据权利要求3所述的固井水泥环界面胶结程度测定实验装置，其特征在于：所述的应变传感器（6）设置8个，应变传感器（6）与套管内壁通过耦合剂连接形成8个触点，均匀分布在套管内壁上。

5.根据权利要求4所述的固井水泥环界面胶结程度测定实验装置，其特征在于：所述的套管柱（5）与操作台（1）通过丝扣连接。

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