CN209875145U - 一种油气井水泥环密封完整性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种油气井水泥环密封完整性测试装置，属于石油钻井技术领域，该装置包括外筒，外筒两端分别连接有端盖，外筒内设置有模拟井壁，模拟井壁内设置有套管，套管、模拟井壁之间的环形空间为水泥浆腔，容纳水泥环，水泥环与上端盖之间设置有环形密封囊，套管上设置有多个筛孔，套管内璧还活动连接有堵孔部件，套管内还设置有探测器，本装置通过环形密封囊环密封水泥环与上端盖之间的间隙，密封组装简单且密封密封效果好，同时，环形密封囊对水泥环施加轴压，围压腔对水泥环施加围压，能模拟地层条件下水泥环的三轴承压状况。

Description

一种油气井水泥环密封完整性测试装置

技术领域

本实用新型涉及石油钻井技术领域，具体为一种油气井水泥环密封完整性测试装置。

背景技术

在固井施工中，水泥浆被注入套管与地层之间的环空，经受井下环境而最终凝固形成具有一定胶结能力和硬度的水泥环，具有有效地封隔地层和支撑、保护套管的功能，是保证井筒有效密封的重要屏障。然而由于施工等原因井眼条件常常会发生改变，继而使水泥环受力状态发生改变，导致水泥环产生裂纹，使水泥环的封隔作用失效，造成地下油气水层之间的窜流和套管的腐蚀破坏，严重时造成油气井报废。因此，开展水泥环密封完整性评价研究，对油气井生产措施的确定和生命周期的延长具有重要意义。

中国专利CN104153760A油气井水泥环密封特性模拟测试装置与实验方法，公开了一种油气井水泥环密封特性模拟测试装置，包括釜体、上釜盖、下釜盖、加热套、增压泵、泄压泵和液量与气量记录仪以及连接了用于控制和测试围压、泄压和套管压力等多条管路，但是从本课题组实际操作情况来看，本装置的密封性能不够好，主要因为配合不同尺寸套管使用的压板与上釜盖之间连接结构不能承受太大压差，因此只能在一定程度上实现预定目标。再者，此装置仅能实现水泥环加载及水泥环密封特性影响的测定，而实际井下的水泥环需要承受多方压力，仅通过对水泥环加载测定水泥环密封的特性，不能满足全面测定的需要。

目前实验室内的相关测试仪器与方法主要有：剪切胶结强度评价装置、水力胶结和渗透性评价装置、水泥石抗压强度测定法等，多数是以界面剪切强度和水泥石抗压强度为评价指标，无法模拟水泥环在井下的实际受力状态，也有极少数仪器是以水泥环实际的封固和密封性作为评价指标。但其结构复杂，制造困难，尤其是其密封部分，密封效果难以保证，而且对装配要求极高，如中国申请实用新型CN201621206382.4，公开了一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其功能齐全，但设备复杂，操作困难，如用于对水泥环顶部施加压力的水泥环压力口，该开口的流体通道贯穿分开的釜体、覆盖、上端盖三部分，装配时要实现三者的孔对齐以便流体流通并不容易。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种油气井水泥环密封完整性测试装置，该装置能有效模拟真实的油气井状况，结构及操作简单。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种油气井水泥环密封完整性测试装置，包括外筒、模拟井壁、套管，外筒两端分别连接有上端盖和下端盖，外筒内设置有模拟井壁，用于模拟水泥浆成型的地层地质，外筒、模拟井壁之间的环形空腔为围压腔，外筒上设置有通孔，用于向围压腔补充流体控制围压腔压力；模拟井壁外壁设置有井壁滤网用于支撑模拟井壁，防止其内部填充水泥浆时受压坍塌；模拟井壁内设置有套管，套管、模拟井壁之间的环形空间为水泥浆腔，水泥浆腔体内填充水泥浆，水泥浆成型后形成水泥环，水泥环与上端盖之间设置有环形密封囊，环形密封囊连接有充压管，该充压管贯穿上端盖并与其密封连接，通过对环形密封球囊充压使其膨胀可以密封水泥环与上端盖之间的间隙，且可以对水泥环施加轴向压力；套管上设置有多个筛孔供流体流通，套管还配套设置有堵孔部件，该堵孔部件与套管内璧活动连接有堵孔部件，用于堵住筛孔，当向水泥浆腔体内充入水泥浆时，该堵孔部件可以堵住套管上筛孔、避免水泥浆泄漏，当水泥浆成型后可以取出该堵孔部件，使得流体可以通过套管；套管内还设置有探测器，用于探测套管形变；所述上端盖或下端盖与套管内部连通的通孔，用于向套管内补充或者排除流体。

优选的，堵孔部件为柱状充气橡皮套，其充气膨胀后可以紧贴套管内壁，堵住套管的筛孔，其排气泄压后可以取出。

优选的，探测器为超声波探测器，包括探杆、探头和探杆位置调节器，探杆位于套管的中心线上，探杆位于套管内的一端固定有探头，其另一端穿过出上端盖与探杆位置调节器固定连接。

优选的，水泥浆腔下部抵近下端盖处设置有环形密封垫，用于密封水泥环与下端盖之间的间隙。

优选的，下端盖上分别设置有与套管内部、围压腔内部连通的通孔，用于实验完成后排尽流体。

优选的，下端盖上与套管内部连通的通孔、下端盖上与围压腔内部连通的通孔、外筒上与围压腔连通的通孔上均连接有管线，且管线上均设置有压力表，以便检测各处压力。

优选的，外筒的外壁还设置有温控设备。

本实用新型提供了一种油气井水泥环密封完整性测试装置，具备以下有益效果：

通过环形密封囊环密封水泥环与上端盖之间的间隙，环形密封囊气压调整方便，密封组装简单，而且可以直观的通过压力判断密封状况，通过增大压力增强密封效果，所以操作简单而且密封效果好，同时，环形密封囊对水泥环施加轴压，围压腔对水泥环施加围压，能模拟地层条件下水泥环的三轴承压状况。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为A-A面的局部放大视图；

图3为探测器示意图；

图中：1、外筒；2、模拟井壁；3、套管；4、上端盖；5、下端盖；6、水泥浆腔；7、环形密封囊；8、环形密封垫；9、探测器；10、温控设备；

21、井壁滤网；91、探杆；92、探头；93、探杆位置调节器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供技术方案如下：

一种油气井水泥环密封完整性测试装置，包括外筒1、模拟井壁2、套管3，外筒1两端分别连接有上端盖4和下端盖5，外筒1内设置有模拟井壁2，用于模拟水泥浆成型的地层地质，外筒1、模拟井壁2之间的环形空腔为围压腔，外筒1上设置有通孔，用于向围压腔补充流体控制围压腔压力；模拟井壁2外壁设置有井壁滤网21用于支撑模拟井壁2，防止其填充水泥浆时内部受压后坍塌、同时能保持流体流通；模拟井壁2内设置有套管3，套管3、模拟井壁2之间的环形空间为水泥浆腔6，水泥浆腔体内填充水泥浆，其成型后形成水泥环，水泥环与上端盖4之间设置有环形密封囊7，环形密封囊7连接有充压管，该充压管贯穿上端盖4并与其密封连接，该充压管线上还设置有压力表，通过对环形密封球囊7充压使其膨胀可以密封水泥环与上端盖4之间的间隙，且可以对水泥环施加轴向压力，水泥环与下端盖5之间设置有环形密封垫8，用于密封水泥环与下端盖5之间的间隙；套管3上均匀设置有多个筛孔供流体流通，套管3还配套设置有堵孔部件，用于堵住筛孔，该堵孔部件具体为柱状的充气橡皮套，其与套管内壁活动连接，当向水泥浆腔体内充入水泥浆时，对充气橡皮套充气，使其膨胀后紧贴套管内壁，堵住套管的筛孔、避免水泥浆泄漏，当水泥浆成型后可以取出该堵孔部件，将充气橡皮套排气后取出，使得流体可以通过套管；套管3内还设置有探测器9，用于探测套管形变；下端盖5上分别设置有与套管3内部、围压腔内部连通的通孔，外筒1的外壁还设置有温控设备10，具体为缠绕于外筒1外壁的加热电阻丝。

进一步，探测器9为超声波探测器，包括探杆91、探头92和探杆位置调节器93，探杆91位于套管3的中心线上，探杆91位于套管3内的一端固定有探头92，其另一端穿过出上端盖4与探杆位置调节器93固定连接。

进一步，下端盖5上与套管3内部连通的通孔、下端盖5上与围压腔内部连通的通孔、外筒1上与围压腔连通的通孔上均连接有管线，且管线上均设置有压力表，以便检测各处压力。

本装置的一种使用方法如下：

(1)制备水泥环

依次将套管、环形密封垫、模拟井壁、井壁滤网、外筒固定于下端盖上，然后在套管内部装入堵孔部件(充气橡皮套)，充气使充气橡皮套膨胀堵住套管的筛孔，接着向水泥浆腔中充入水泥浆，再开启温控设备，使水泥浆在一定温度下成型。

(2)装置组成

将充气橡皮套泄压后取出，在水泥环上放置环形密封囊，再装好上端盖、探测器，对环形密封囊充压，密封水泥环与上端盖之间间隙。

(3)实验

对围压腔充压，模拟水泥环承受外压状况；对套管充压，模拟水泥环承压内压状况，通过围压腔、套管的压力变化可以判断水泥环密封性(当水泥环出现裂缝密封失效时，围压腔的液体经井壁滤网、模拟井壁、水泥环裂缝、套管与套管内液体连通，此时围压腔、套管压力将相互靠近)，整个过程中我们也可以通过探测器测量套管形变。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种油气井水泥环密封完整性测试装置，包括外筒、模拟井壁、套管，所述外筒两端分别连接有上端盖和下端盖，外筒内设置有模拟井壁，外筒、模拟井壁之间的环形空腔为围压腔，外筒上设置有通孔；所述模拟井壁外壁设置有井壁滤网；所述模拟井壁内设置有套管，套管、模拟井壁之间的环形空间为水泥浆腔，水泥浆腔体内放置水泥环，其特征在于，所述水泥环与上端盖之间设置有环形密封囊，环形密封囊连接有充压管，该充压管贯穿上端盖并与其密封连接；所述套管上设置有多个筛孔供流体流通，套管内还设置有探测器，所述上端盖或下端盖上还设置有套管内部连通的通孔，所述套管还配套设置有堵孔部件。

2.根据权利要求1所述的一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其特征在于，所述堵孔部件为柱状充气橡皮套，其与套管内璧活动连接。

3.根据权利要求1所述的一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其特征在于，所述探测器为超声波探测器，包括探杆、探头和探杆位置调节器，探杆位于套管的中心线上，所述探杆位于套管内的一端固定有探头，其另一端穿过出上端盖与探杆位置调节器固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其特征在于，所述水泥浆腔下部抵近下端盖处设置有环形密封垫。

5.根据权利要求1所述的一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其特征在于，所述下端盖上分别设置有与套管内部、围压腔内部连通的通孔。

6.根据权利要求5所述的一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其特征在于，所述下端盖上与套管内部连通的通孔、下端盖上与围压腔内部连通的通孔、外筒上与围压腔连通的通孔均连接有管线，且管线上均设置有压力表，以便检测各处压力。

7.根据权利要求5所述的一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其特征在于，所述外筒的外壁还设置有温控设备。