油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置與實驗方法
2023-09-19 02:29:55 1
油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置與實驗方法
【專利摘要】本發明公開一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置與實驗方法，該裝置包括釜體、上釜蓋、下釜蓋、加熱套、增壓泵、洩壓泵和液量與氣量記錄儀。釜體內可放置模擬地層巖心，在巖心內壁形成泥餅，並可插入套管和灌注水泥漿；模擬井下工況的條件下水泥漿的凝固過程，可在環形柱狀水泥環兩端施加清水、油或氣體介質，形成壓差，通過測量滲漏量或兩端壓差的變化，評價相應尺寸水泥環的密封特性，並可改變套管尺寸、水泥漿性能、泥餅厚度、養護壓力、溫度等因素，評價其對水泥環密封性的影響。
【專利說明】油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置與實驗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於油氣資源開發領域，具體涉及到一種能夠模擬井下實際工況條件下油氣井水泥環密封特性的測試裝置和方法。
【背景技術】
[0002]在一口油氣井建井期間，需要下入一層或多層套管，在套管與地層形成的環形空間內注入水泥漿並使之凝固，以保證鑽井作業的順利進行和後續開採的安全。水泥漿凝固以後由於井筒內壓力溫度變化或地層流體作用下使水泥環密封性變差導致地層流體侵入井筒，造成地層層間竄槽或井口冒油冒氣現象的發生，因此在水泥漿設計時或水泥漿凝固後，需要對水泥環的密封特性進行評價。目前，關於水泥環密封特性主要是通過水泥環膠結強度特性測量，可歸納為室內實驗測試方法和測井評價方法兩種。室內實驗測試方法主要有:①剪切膠結強度試驗儀；②鑽屑一油井水泥混合漿固化體抗壓強度測定法；③水滲流模擬裝置；④泥餅剪切強度與含水量實驗儀、光譜分析儀、粘結強度分析儀；⑤固井二界面封隔能力仿真評價裝置。測井評價方法主要有聲波測井(CBL)、變密度(VDL)、扇區測井(SBT)和成像測井等。目前無論是室內實驗測試方法，還是工程上的測井評價方法均難以獲得井下工況條件水泥環的實際水力封隔能力。
【發明內容】
[0003]基於上述技術問題，本發明提供一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置與實驗方法。
[0004]本發明所採用的技術解決方案是:
[0005]一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置，包括釜體、上釜蓋、下釜蓋、加熱套、增壓泵、洩壓泵和液量與氣量記錄儀，上釜蓋設置在釜體的頂端，下釜蓋設置在釜體的底端，加熱套包裹在釜體的外側，釜體內可放置模擬地層的環形柱狀巖心，在巖心內置入套管，在套管與巖心之間的環空間隙內可形成水泥環，在釜體上設置有連通水泥環頂部的頂壓口、連通水泥環底部的底壓口、連通套管內部的內壓口與連通巖心外側的圍壓口 ；頂壓口連通管路一，在管路一上設置有閥門三與傳感器二，底壓口連通管路二，在管路二的端部設置有增壓泵，在管路二上設置有閥門二、閥門四、閥門五、傳感器一、傳感器三與傳感器四，管路一的端部與套管內壓口均分別接入管路二，連接點位於閥門二與閥門四之間，圍壓口連通管路三，在管路三上設置有閥門一，管路三的端部接入管路二，連接點位於閥門二與增壓泵之間，在管路三上還連接一分支管路四，在分支管路四上設置有閥門六，分支管路四與管路三的連接點位於圍壓口與閥門一之間，在管路二上還連接一分支管路五，分支管路五與管路二的連接點位於閥門四與閥門五之間，分支管路五的末端連接洩壓泵，洩壓泵通過管路連接流量與氣量記錄儀。
[0006]優選的，在上釜蓋上設置有與熱電偶連接的熱電偶口。
[0007]優選的，在巖心的上端設置有壓板。
[0008]優選的，在釜體內部且位於巖心底部的位置處設置有濾網。
[0009]優選的，在釜體與上釜蓋之間以及釜體與下釜蓋之間均設置有密封膠圈。
[0010]優選的，所述管路二的端部還連接有氮氣瓶。
[0011]一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置的實驗方法，包括以下過程:
[0012]a模擬井筒壁面泥餅的形成:
[0013]al根據地質要求製作選取不同滲透性的巖心，模擬不同滲透特性地層；
[0014]a2將製作好的環形柱狀巖心套入端面為實面而側面含網孔的膠套內，並內置入釜中，壓上壓板，關閉閥門一、閥門四和閥門五，開啟閥門二、閥門三和閥門六；
[0015]a3將鑽井液注入釜體內，旋緊上釜蓋，並採用堵塞將上釜蓋的熱電偶口封堵，打開氮氣瓶閥門，調節氮氣壓力，在巖心內壁和外壁面壓差作用下，經過一定的時間，在巖心內壁面形成泥餅；
[0016]a4泥餅形成結束，關閉氮氣瓶閥門，開啟閥門一釋放壓力後，旋出上釜蓋和壓板，用專用卡尺測量泥餅厚度，或取出巖心，通過巖心泥餅形成前後巖心的重量差，計算出泥餅厚度；
[0017]b模擬井下工況條件下水泥漿的凝固過程:
[0018]bl泥餅形成後，打開下釜蓋，清空釜體內鑽井液，重新旋入下釜蓋，將濾網放於釜體內部且位於巖心底部的位置處，然後將巖心放入釜體內，置入套管，通過灌注的方式在套管和巖心形成的環空內注入預先配置好的水泥漿，壓入壓板，旋入上釜蓋；
[0019]b2打開閥門一、閥門二、閥門三，關閉閥門四、閥門五和閥門六，通過增壓泵給井下套管內，以及套管和巖心形成的環空內均加壓，加熱套通電工作，實現模擬井筒工況條件水泥漿的凝固，溫度和壓力可根據井下條件設定，壓力範圍為0-34MPa，溫度範圍為20-150°C ；
[0020]c模擬環空微間隙形成:
[0021]Cl選用可小彈性變形套管材料，水泥漿灌注完成後，打開閥門一、閥門二、閥門三，關閉閥門四、閥門五和閥門六，通過增壓泵給釜體增壓，並控制釜體壓力大小，此時套管內外的壓力大小一致，水泥漿在規定的時間養護凝固成水泥環；
[0022]c2打開閥門四，通過洩壓泵洩壓並控制套管內壓力，套管釋放部分壓力後，由於套管外的壓力大於套管內的壓力，套管收縮，在水泥環和套管的膠結面產生微環隙，微環隙間隙的大小與套管材料的變形特性和套管內外的壓差大小有關，通過選取套管材料和控制套管內外壓差的大小，可以控制環空微間隙的大小；
[0023]d水泥環加載及對水泥環密封特性的影響:
[0024]水泥漿凝固完成後，關閉閥門一，增壓泵繼續增壓，通過釜體上的套管內壓口，套管內壓力增加，在套管膨脹作用下，可使水泥環內部形成裂紋或膠結面損壞導緻密封性降低或完全失效，在不同加載條件下分析水泥環的密封能力。
[0025]步驟b中，套管尺寸可根據需要選取，實現不同套管尺寸與環空間隙組合條件下水泥環密封性的模擬。
[0026]本發明的有益技術效果是:
[0027](I)本發明可實現模擬井眼條件下巖心內壁上鑽井液泥餅的形成、水泥漿的注入、加溫加壓條件下水泥漿凝固、環空微環隙的形成和水泥環力學破壞等過程，並可通過該裝置進行水泥環密封特性的測試，評價相應井筒條件下水泥環的水力封隔能力，形成評價方法，研究不同水泥漿體系凝固成水泥石後的密封能力及其主要影響因素，為油氣井水泥漿設計及井筒環空密封性評價提供依據。
[0028](2)本發明設計了高壓釜體，可放置模擬地層巖心，在巖心內壁形成泥餅，並可插入套管和灌注水泥漿；模擬井下工況的條件下水泥漿的凝固過程，可在環形柱狀水泥環兩端施加清水、油或氣體介質，形成壓差，通過測量滲漏量或兩端壓差的變化，評價相應尺寸水泥環的密封特性，並可改變套管尺寸、水泥漿性能、泥餅厚度、養護壓力、溫度等因素，評價其對水泥環密封性的影響。
[0029](3)本發明基於水泥環界面封隔失效機理，發明了模擬油氣井井下工況條件水泥環面密封特性的測試裝置，把模擬地層巖心-水泥環和套管作為整體測試對象，直接測試流體沿水泥環界面的密封能力，建立以水泥環界面當量滲透率為指標的密封特性評價方法，實現對水泥環水力膠結程度的定量評價，從而評價水泥環實際的水力封隔能力，可為水泥漿設計、井筒密封性評價及難採儲層薄隔層壓裂工藝的選擇提供依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明模擬測試裝置的結構原理示意圖；
[0031]圖2為本發明模擬測試裝置形成泥餅時的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]注水泥環後，環形空間油、氣、水竄槽和井口冒油、冒氣，至今仍是國內外還沒有很好解決的固井質量問題，特別存在高壓油、氣層的調整井中，這種現象尤為突出，環空帶壓是影響油氣井安全生產的重要因素，水泥環密封特性評價是生產措施制定和井筒完整性評價的重要依據。此外，壓裂改造是目前開發低滲透油田最主要的工藝技術，但是壓裂作業時薄隔層間竄流已嚴重地制約了壓裂工藝對薄差儲層的細分改造程度。巖石的抗壓強度約為70-100MPa,隔層本身一般不會被壓壞，即層間竄流主要發生在隔層處的水泥環膠結界面，因此環空水泥環密封能力是選擇難採儲層薄隔層壓裂工藝的重要依據。
[0033]本發明基於水泥環界面封隔失效機理，發明了模擬油氣井井下工況條件水泥環面密封特性的測試裝置，把模擬地層巖心-水泥環和套管作為整體測試對象，直接測試流體沿水泥環界面的密封能力，建立以水泥環界面當量滲透率為指標的密封特性評價方法，實現對水泥環水力膠結程度的定量評價。
[0034]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作詳細說明:
[0035]如圖1所示，一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置，包括釜體1、上釜蓋2、下釜蓋3、加熱套4、增壓泵5、洩壓泵6和液量與氣量記錄儀7。上釜蓋2設置在釜體I的頂端，在上釜蓋2的中心設置有熱電偶口 8，用於與熱電偶連接，下釜蓋3設置在釜體I的底端，加熱套4包裹在釜體I的外側。釜體I內可放置模擬地層的環形柱狀巖心9，在巖心9內置入套管10，在巖心9的上端設置有壓板11，套管10在壓板11的作用下完全居中。在套管10與巖心9之間的環空間隙內可形成水泥環12。在釜體I上設置有連通水泥環12頂部的頂壓口 13、連通水泥環底部的底壓口 14、連通套管內部的內壓口 15與連通巖心外側的圍壓口 16。頂壓口 13連通管路一 17，在管路一 17上設置有閥門三18與傳感器二 19，底壓口 14連通管路二 20，在管路二 20的端部設置有增壓泵5，在管路二 20上設置有閥門二21、閥門四22、閥門五23、傳感器一 24、傳感器三25與傳感器四26。管路一 17的端部與套管內壓口 15均分別接入管路二 20，連接點位於閥門二 21與閥門四22之間。圍壓口 16連通管路三27，在管路三27上設置有閥門一 28，管路三27的端部接入管路二，連接點位於閥門二與增壓泵之間。在管路三上還連接一分支管路四，在分支管路四上設置有閥門六29，分支管路四與管路三的連接點位於圍壓口與閥門一之間。在管路二上還連接一分支管路五，分支管路五與管路二的連接點位於閥門四22與閥門五23之間，分支管路五的末端連接洩壓泵6，洩壓泵通過管路連接流量與氣量記錄儀7。
[0036]作為本發明的一種優選方式，在釜體I內部且位於巖心底部的位置處設置有濾網30。在釜體I與上釜蓋2之間、釜體I與下釜蓋3之間以及釜體I與壓板11之間均設置有密封膠圈31。另外，在所述管路二的端部還連接有氮氣瓶32。
[0037]上述油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置的實驗方法，具體可包括以下過程:
[0038]a模擬井筒壁面泥餅的形成:
[0039]al根據地質要求製作選取不同滲透性的巖心，模擬不同滲透特性地層；
[0040]a2將製作好的環形柱狀巖心套入端面為實面而側面含網孔的膠套內，並內置入釜中，壓上壓板，關閉閥門一、閥門四和閥門五，開啟閥門二、閥門三和閥門六；
[0041]a3將鑽井液注入釜體內，旋緊上釜蓋，並採用堵塞將上釜蓋的熱電偶口封堵，打開氮氣瓶閥門，調節氮氣壓力，在巖心內壁和外壁面壓差作用下，經過一定的時間，在巖心內壁面形成泥餅；
[0042]a4泥餅形成結束，關閉氮氣瓶閥門，開啟閥門一釋放壓力後，旋出上釜蓋和壓板，用專用卡尺測量泥餅厚度，或取出巖心，通過巖心泥餅形成前後巖心的重量差，計算出泥餅厚度。
[0043]b模擬井下工況條件下水泥漿的凝固過程:
[0044]bl泥餅形成後，打開下釜蓋，清空釜體內鑽井液，重新旋入下釜蓋，將濾網放於釜體內部且位於巖心底部的位置處，然後將巖心放入釜體內，置入套管，通過灌注的方式在套管和巖心形成的環空內注入預先配置好的水泥漿，壓入壓板，旋入上釜蓋；
[0045]b2打開閥門一、閥門二、閥門三，關閉閥門四、閥門五和閥門六，通過增壓泵給井下套管內，以及套管和巖心形成的環空內均加壓，加熱套通電工作，實現模擬井筒工況條件水泥漿的凝固，溫度和壓力可根據井下條件設定，壓力範圍為0-34MPa，溫度範圍為20-150°C。
[0046]c模擬環空微間隙形成:
[0047]Cl選用可小彈性變形套管材料，水泥漿灌注完成後，打開閥門一、閥門二、閥門三，關閉閥門四、閥門五和閥門六，通過增壓泵給釜體增壓，並控制釜體壓力大小，此時套管內外的壓力大小一致，水泥漿在規定的時間養護凝固成水泥環；
[0048]c2打開閥門四，通過洩壓泵洩壓並控制套管內壓力，套管釋放部分壓力後，由於套管外的壓力大於套管內的壓力，套管收縮，在水泥環和套管的膠結面產生微環隙，微環隙間隙的大小與套管材料的變形特性和套管內外的壓差大小有關，通過選取套管材料和控制套管內外壓差的大小，可以控制環空微間隙的大小。
[0049]d水泥環加載及對水泥環密封特性的影響:
[0050]水泥漿凝固完成後，關閉閥門一，增壓泵繼續增壓，通過釜體上的套管內壓口，套管內壓力增加，在套管膨脹作用下，可使水泥環內部形成裂紋或膠結面損壞導緻密封性降低或完全失效，在不同加載條件下分析水泥環的密封能力。
[0051]步驟b中，套管尺寸可根據需要選取，實現不同套管尺寸與環空間隙組合條件下水泥環密封性的模擬。
[0052]下面對上述模擬測試裝置的實驗方法進行更加具體的說明:
[0053]1、巖心內壁面泥餅的形成
[0054]如圖2所示，用專用裝置製作好環形柱狀巖心，在巖心外套上專用網孔膠套，巖心兩端面放密封墊並塗膠形成密封面，放入釜體中，注入鑽井液，裝入壓板，旋緊上釜蓋，關閉閥門一、閥門四和閥門五，打開閥門二、閥門三和閥門六，圍壓口與閥門六排出濾液，啟動增壓泵給巖心內部加壓，由於巖心內壓力高於巖心外部壓力，巖心內的鑽井液往巖心外滲漏，鑽井液中的微固相顆粒將吸附在巖心內壁形成泥餅。為了形成不同厚度的泥餅，可通過增壓泵控制壓力和濾失時間。壓力根據巖心抗拉強度確定，巖心內外的壓差不超過3.50MPa。
[0055]在規定時間和壓差條件下形成泥餅後，旋開上釜蓋，清洗巖心內壁，除去虛泥餅。巖心取出和清洗方式有2種:
[0056]a.旋開上釜蓋，整體取出巖心組件，在外部清洗。
[0057]b.在下釜蓋設計堵塞螺栓母，打開栓後釋放釜內鑽井液，然後從上釜蓋處注入清水，釋放，可通過2?3次，達到除去虛泥餅的目的。
[0058]2、水泥漿養護與凝固
[0059]a.水泥漿灌注:將帶泥餅的巖心套入膠套內，放入釜體內定位，插入套管，底部與過濾網貼緊，將配製好的水泥漿注入套管與巖心形成的環形空間，放入壓板，旋緊釜蓋。套管在壓板的作用下完全居中。水泥漿製備按油井水泥漿製備標準執行，體積根據巖心內徑和套管外徑計算後，準確控制注入量，以免超過巖心端面帶來清除上的麻煩。
[0060]b.進水:開啟閥門一和閥門三，關閉閥門二、閥門四、閥門五和閥門六，水從進口經增壓泵一閥門一一膠套外間隙一閥門三一套管內壓口一套管內，一直到水滿，從熱電偶口溢出，旋緊熱電偶。
[0061]C、加熱，加壓，養護水泥環，壓力由增壓泵和洩壓泵控制，水泥漿的養護時間根據需要確定，一般在8小時以上，48小時以內。
[0062]3、密封能力評價
[0063]參照巖心滲流實驗，通過測量巖心兩端一定壓差條件模擬井筒系統的滲流能力，可用水、油或氣作為測量介質，以水、氣為例，分3種情況:
[0064]第I種情況:水泥環密封的兩個界面會出現水穿或氣穿
[0065]操作方法:關閉閥門一和閥門三，開啟閥門五，洩壓泵緩慢洩壓，直到圍壓口壓力傳感器檢測到壓力突然下降，下降時兩端的壓差即為水泥環的抗滲壓力。需要記錄圍壓口壓力傳感器一壓力和閥門五出口壓力隨時間變化。
[0066]第2種情況:水泥環密封的兩個界面為滲流效應
[0067]操作方法:保持閥門一和閥門三處於開啟狀態，用增壓泵控制壓力值處於養護壓力範圍，保持上端面壓力不變。迅速開啟閥門四，快速洩壓至某個數值，保持洩壓口壓力不變，使巖心上下端面在一定壓差條件滲流，測量洩壓口流量，當滲流量穩定在某個範圍時，根據滲流公式，求取水泥環界面的視滲透率。另外一種操作方法:上端面降壓至一定數值，然後通過增壓泵穩定壓力至某一數值，洩壓口壓力降至O，通過流量測量求取視滲透率。通過相同條件下視滲透率的大小比較水泥界面的密封能力。
[0068]第3種情況:圍壓條件下水泥環密封的兩個界面為滲流效應
[0069]操作方法:通過圍壓口加壓，保持巖心側面壓力不變，巖心上端面單獨加壓，洩壓口壓力洩至0，測量一定壓差條件水泥環的滲流量，同樣通過滲流公式求取視滲透率。在圍壓條件，巖心上端壓力要低於圍壓一定數值才能實驗滲效應。
[0070]4、模擬膠結面微間隙對水泥環密封能力的影響
[0071]養護過程中，當溫度進入恆溫時，通過閥門二對套管內加壓，養護結束時，通過洩壓泵對套管內壓力釋放，製造微間隙。
[0072]5、水泥環加載及對水泥環密封特性的影響。
[0073]通過巖心保護套給水泥環均勻加載，可使水泥環內部形成裂紋或膠結面損壞導緻密封性降低或完全失效，在不同加載條件下分析水泥環的密封能力。
[0074]6、水泥環密封性影響因素測試與分析
[0075](I)泥餅厚度:通過時間、壓力及巖心滲透來控制；
[0076](2)水泥環厚度:通過更換套管內外徑，初定5種規格內徑26\30\34\38\42mm，壁厚3mm,配5種壓板；
[0077](3)水泥漿性能:失水與抗壓強度；
[0078](4)流體性質:油(煤油)、氣、水3種流體。對於氣體介質,需要有空氣壓縮機和穩壓容器，或者直接使用恆壓氣瓶。養護時水力加壓養護，密封能力評價測試時巖心側面水力加圍壓，上端面氣壓，下端面洩壓至O。
[0079](5)圍壓大小的變化；
[0080](6)養護溫度和壓力；
[0081](7)巖心類型與滲透性。
[0082]7、裝置性能指標
[0083](I)壓力範圍:0_34Mpa ；
[0084](2)溫度控制範圍:20-150°C ；
[0085](3)溫度控制精度:± I °C ;
[0086](4)高壓測量控制系統壓力控制誤差:±0.5Mpa ；
[0087](5)增壓泵、洩壓泵壓力控制誤差:±0.5MPa ；
[0088](6)巖心端面徑向靜密封壓差:不低於10.0Mpa ；
[0089](7)高壓釜體壓力AOMPa ；
[0090](8)套管尺寸:內徑26-42mm，壁厚:3mm。
【權利要求】
1.一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置，其特徵在於:包括釜體、上釜蓋、下釜蓋、加熱套、增壓泵、洩壓泵和液量與氣量記錄儀，上釜蓋設置在釜體的頂端，下釜蓋設置在釜體的底端，加熱套包裹在釜體的外側，釜體內可放置模擬地層的環形柱狀巖心，在巖心內置入套管，在套管與巖心之間的環空間隙內可形成水泥環，在釜體上設置有連通水泥環頂部的頂壓口、連通水泥環底部的底壓口、連通套管內部的內壓口與連通巖心外側的圍壓口 ；頂壓口連通管路一，在管路一上設置有閥門三與傳感器二，底壓口連通管路二，在管路二的端部設置有增壓泵，在管路二上設置有閥門二、閥門四、閥門五、傳感器一、傳感器三與傳感器四，管路一的端部與套管內壓口均分別接入管路二，連接點位於閥門二與閥門四之間，圍壓口連通管路三，在管路三上設置有閥門一，管路三的端部接入管路二，連接點位於閥門二與增壓泵之間，在管路三上還連接一分支管路四，在分支管路四上設置有閥門六，分支管路四與管路三的連接點位於圍壓口與閥門一之間，在管路二上還連接一分支管路五，分支管路五與管路二的連接點位於閥門四與閥門五之間，分支管路五的末端連接洩壓泵，洩壓泵通過管路連接流量與氣量記錄儀。
2.根據權利要求1所述的一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置，其特徵在於:在上釜蓋上設置有與熱電偶連接的熱電偶口。
3.根據權利要求1所述的一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置，其特徵在於:在巖心的上端設置有壓板。
4.根據權利要求1所述的一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置，其特徵在於:在釜體內部且位於巖心底部的位置處設置有濾網。
5.根據權利要求1所述的一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置，其特徵在於:在釜體與上釜蓋之間以及釜體與下釜蓋之間均設置有密封膠圈。
6.根據權利要求1所述的一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置，其特徵在於:所述管路二的端部還連接有氮氣瓶。
7.一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置的實驗方法，其特徵在於包括以下過程: a模擬井筒壁面泥餅的形成: al根據地質要求製作選取不同滲透性的巖心，模擬不同滲透特性地層；a2將製作好的環形柱狀巖心套入端面為實面而側面含網孔的膠套內，並內置入釜中，壓上壓板，關閉閥門一、閥門四和閥門五，開啟閥門二、閥門三和閥門六； a3將鑽井液注入釜體內，旋緊上釜蓋，並採用堵塞將上釜蓋的熱電偶口封堵，打開氮氣瓶閥門，調節氮氣壓力，在巖心內壁和外壁面壓差作用下，經過一定的時間，在巖心內壁面形成泥餅； a4泥餅形成結束，關閉氮氣瓶閥門，開啟閥門一釋放壓力後，旋出上釜蓋和壓板，用專用卡尺測量泥餅厚度，或取出巖心，通過巖心泥餅形成前後巖心的重量差，計算出泥餅厚度； b模擬井下工況條件下水泥漿的凝固過程: bl泥餅形成後，打開下釜蓋，清空釜體內鑽井液，重新旋入下釜蓋，將濾網放於釜體內部且位於巖心底部的位置處，然後將巖心放入釜體內，置入套管，通過灌注的方式在套管和巖心形成的環空內注入預先配置好的水泥漿，壓入壓板，旋入上釜蓋； b2打開閥門一、閥門二、閥門三，關閉閥門四、閥門五和閥門六，通過增壓泵給井下套管內，以及套管和巖心形成的環空內均加壓，加熱套通電工作，實現模擬井筒工況條件水泥漿的凝固，溫度和壓力可根據井下條件設定，壓力範圍為0-34MPa，溫度範圍為20-150°C ；c模擬環空微間隙形成: Cl選用可小彈性變形套管材料，水泥漿灌注完成後，打開閥門一、閥門二、閥門三，關閉閥門四、閥門五和閥門六，通過增壓泵給釜體增壓，並控制釜體壓力大小，此時套管內外的壓力大小一致，水泥漿在規定的時間養護凝固成水泥環； c2打開閥門四，通過洩壓泵洩壓並控制套管內壓力，套管釋放部分壓力後，由於套管外的壓力大於套管內的壓力，套管收縮，在水泥環和套管的膠結面產生微環隙，微環隙間隙的大小與套管材料的變形特性和套管內外的壓差大小有關，通過選取套管材料和控制套管內外壓差的大小，可以控制環空微間隙的大小；d水泥環加載及對水泥環密封特性的影響: 水泥漿凝固完成後，關閉閥門一，增壓泵繼續增壓，通過釜體上的套管內壓口，套管內壓力增加，在套管膨脹作用下，可使水泥環內部形成裂紋或膠結面損壞導緻密封性降低或完全失效，在不同加載條件下分析水泥環的密封能力。
8.根據權利要求7所述的一種油氣井水泥環密封特性模擬測試裝置的實驗方法，其特徵在於:步驟b中，套管尺寸可根據需要選取，實現不同套管尺寸與環空間隙組合條件下水泥環密封性的模擬。
【文檔編號】E21B47/005GK104153760SQ201410348167
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】廖華林, 管志川, 史玉才, 趙效鋒 申請人:中國石油大學(華東)