CN206707694U - 一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及深水固井作业固井质量检测室内评价用的一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置。该装置由釜体、模拟套管、水泥环、人工天然气水合物、泥浆罐、泥浆泵、阀门、观测窗口、加料口、围压泵、温度控制系统、声波固井质量检测仪和数据处理系统构成，所述釜体用于放置人工天然气水合物及模拟套管，釜体、人工天然气水合物及模拟套管用于模拟天然气水合物地层与井筒，温度控制系统和围压泵用于模拟地层条件，泥浆罐、泥浆泵及水泥环用于模拟固井作业，通过声波固井质量检测仪实现检测和评价水泥浆固井质量的目的。本实用新型结构简单、操作方便，能接近真实地层条件地研究水泥浆在深水水合物地层中的固井质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及深水固井作业固井质量检测室内评价装置技术领域，更具体地涉及一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置。
背景技术
天然气水合物是指深水泥线下地层中的一种在一定低温高压下由水和天然气组成的类冰的、其遇火即可燃烧的稳定存在的沉积物。
天然气水合物广泛分布于海洋沉积物、陆上永久冻土带及陆上湖泊中，储量极其丰富，被视为未来石油、天然气等常规能源的有效替代能源。然而天然气水合物仅在低温高压条件下稳定存在，在固井过程中，由于固井水泥水化放热的影响，井眼周围环境温度升高，这样就改变了周围水合物层的温度条件，造成水合物的分解，天然气水合物的分解可以产生170多倍体积增加的变化，释放出的大量气体会侵入水泥浆内，一方面将导致本已胶结良好的水泥环与井壁之间出现微环空等固井质量下降问题，且气体不断地向上喷发，最终导致严重的事故；另一方面水合物的分解将导致该区域地层的不稳定，如果发生塌陷的现象，会破坏整个层位，形成恶性循环，使周围的水合物全部分解，最终导致固井的失败等一系列问题。
目前关于深水固井中天然气水合物固井过程中出现的问题，主要集中在研究低热水泥浆体系，如通过筛选和研制放热平衡抑制剂，使其在低温下能够吸收水泥水化产生的热量，形成了一套可适用于天然气水合物地层固井的低热水泥浆体系(许明标,王晓亮,周建良,蒋世全,王元庆,朱荣东.天然气水合物层固井低热水泥浆研究[J].石油天然气学报,2014,(11):134-137+8-9.)。而关于深水固井中天然气水合物地层固井质量室内评价装置相对研究较少，天然气水合物地层固井质量的好坏直接影响后续深水油气生产的各个环节，所以评价深水固井中天然气水合物地层固井质量十分有必要。
发明内容
为了评价深水固井中天然气水合物地层固井质量，本实用新型设计了一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置，该实验装置模拟天然气水合物地层处于低温高压环境，并进行固井实验，利用声波固井质量检测仪检测和评价水泥浆固井质量。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置，该装置由釜体、模拟套管、水泥环、人工天然气水合物、泥浆罐、泥浆泵、阀门、观测窗口、加料口、围压泵、温度控制系统、声波固井质量检测仪和数据处理系统构成；所述釜体外壁连接温度控制系统和围压泵，人工天然气水合物放置于釜体内；模拟套管安装于人工天然气水合物内，水泥环充填于模拟套管与人工天然气水合物之间的环状间隙；所述泥浆罐通过釜体底端与水泥环底端相连通，泥浆罐与釜体底端之间连接有泥浆泵和阀门，水泥环上端与泥浆罐相连接，观测窗口位于水泥环上端与泥浆罐之间，加料口安装在泥浆罐顶端；所述声波固井质量检测仪置于釜体内；所述围压泵、温度控制系统、声波固井质量检测仪与数据处理系统相连接。
进一步的是，所述温度控制系统在实验时，控制釜体内温度为15℃。
进一步的是，所述围压泵在实验时，控制釜体内压力为10MPa。
本实用新型的有益效果在于：注水泥浆固井前，在釜体内安装好模拟套管与人工天然气水合物，并通过围压泵和温度控制系统分别给釜体内人工天然气水合物施加模拟地层条件的围压和温度，使人工天然气水合物保持稳定；打开阀门和泥浆泵，泥浆罐中的水泥浆通过釜体底端泵入模拟套管与人工天然气水合物形成的间隙内，水泥浆在环状间隙内上返，并由环状间隙顶端返排出釜体，当观测窗口观测到有水泥浆返排出釜体，关闭泥浆泵和阀门，停止注水泥浆，等待釜体内环状间隙中的水泥浆凝结成水泥环；待水泥环固结一定时间后，打开声波固井质量检测仪，测量数据并传输至数据处理系统。
本实用新型的优点：结构简单、操作方便，能接近真实地层条件地研究水泥浆在深水水合物地层中的固井质量。
附图说明
图1是本实用新型一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置的结构示意图。
图中：1.釜体，2.模拟套管，3.水泥环，4.人工天然气水合物，5.泥浆罐，6.泥浆泵，7.阀门，8.观测窗口，9.加料口，10.围压泵，11.温度控制系统，12.声波固井质量检测仪，13.数据处理系统。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步具体说明：
如图1所示，本实用新型一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置，主要由釜体1、模拟套管2、水泥环3、人工天然气水合物4、泥浆罐5、泥浆泵6、阀门7、观测窗口8、加料口9、围压泵10、温度控制系统11、声波固井质量检测仪12和数据处理系统13组成；所述釜体1外壁连接温度控制系统11和围压泵10，温度控制系统11和围压泵10用于模拟地层条件，人工天然气水合物4放置于釜体1内；模拟套管2安装于人工天然气水合物4内，水泥环3充填于模拟套管2与人工天然气水合物4之间的环状间隙；所述泥浆罐5通过釜体1底端与水泥环3底端相连通，泥浆罐5与釜体1底端之间连接有泥浆泵6和阀门7，水泥环3上端与泥浆罐5相连接，观测窗口8位于水泥环3上端与泥浆罐5之间，加料口9安装在泥浆罐5顶端，通过加料口9向泥浆罐5中添加水泥浆；所述声波固井质量检测仪12置于釜体1内；所述围压泵10、温度控制系统11、声波固井质量检测仪12与数据处理系统13相连接。
作为优选的实施方式，温度控制系统11在实验时，控制釜体1内温度为15℃。
作为优选的实施方式，围压泵10在实验时，控制釜体1内压力为10MPa。
用该装置进行实验的步骤如下：
步骤A：注水泥浆固井前，在釜体1内安装好模拟套管2与人工天然气水合物4，并通过围压泵10和温度控制系统11分别给釜体1内人工天然气水合物4施加模拟地层条件的围压和温度，使人工天然气水合物4保持稳定；
步骤B：打开阀门7和泥浆泵6，泥浆罐5中的水泥浆通过釜体1底端泵入模拟套管2与人工天然气水合物4形成的间隙内，水泥浆在环状间隙内上返，并由环状间隙顶端返排出釜体1，当观测窗口8观测到有水泥浆返排出釜体1，关闭泥浆泵6和阀门7，停止注水泥浆，等待釜体1内环状间隙中的水泥浆凝结成水泥环3；水泥环3固结一定时间后，打开声波固井质量检测仪12，测量数据并传输至数据处理系统13；
步骤C：数据处理系统13收集和处理温度控制系统11、围压泵10、声波固井质量检测仪12监测的数据，分析水泥浆的固井质量。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (3)
1.一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置，主要由釜体(1)、模拟套管(2)、水泥环(3)、人工天然气水合物(4)、泥浆罐(5)、泥浆泵(6)、阀门(7)、观测窗口(8)、加料口(9)、围压泵(10)、温度控制系统(11)、声波固井质量检测仪(12)和数据处理系统(13)构成，其特征在于：所述釜体(1)外壁连接温度控制系统(11)和围压泵(10)，人工天然气水合物(4)放置于釜体(1)内；模拟套管(2)安装于人工天然气水合物(4)内，水泥环(3)充填于模拟套管(2)与人工天然气水合物(4)之间的环状间隙；所述泥浆罐(5)通过釜体(1)底端与水泥环(3)底端相连通，泥浆罐(5)与釜体(1)底端之间连接有泥浆泵(6)和阀门(7)，水泥环(3)上端与泥浆罐(5)相连接，观测窗口(8)位于水泥环(3)上端与泥浆罐(5)之间，加料口(9)安装在泥浆罐(5)顶端；所述声波固井质量检测仪(12)置于釜体(1)内；所述围压泵(10)、温度控制系统(11)、声波固井质量检测仪(12)与数据处理系统(13)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置，其特征在于：温度控制系统(11)控制釜体(1)内温度为15℃。
3.根据权利要求1所述的一种深水固井中水合物地层固井质量评价实验装置，其特征在于：围压泵(10)控制釜体(1)内压力为10MPa。
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