油气井水泥环密封完整性测试装置及利用此装置进行评价的方法

摘要

本发明涉及一种油气井水泥环密封完整性测试装置，包括压力釜和位于压力釜内部的模拟井筒，测试装置还包括压力控制系统、温度控制系统、窜流检测系统、应变测量系统和泥饼模拟系统；模拟井筒包括套管和位于套管外围的岩心，套管和岩心之间形成环形间隙，环形间隙内形成水泥环；套管和岩心的上下两端分别设有上端盖和下端盖。本发明可实现对井下不同工况条件下水泥环所承受温度以及来自套管、地层复杂载荷的真实模拟，工艺范围涵盖油气井钻完井阶段注水泥固井，生产过程中的试压、试采、循环注采以及压裂等改造工况。本发明可通过改变水泥环厚度、泥饼性质、养护温度等因素，以评价其对水泥环密封完整性的影响规律。

主权项

一种油气井水泥环密封完整性测试装置，其特征在于：包括压力釜和位于压力釜内部的模拟井筒，所述的测试装置还包括压力控制系统、温度控制系统、窜流检测系统、应变测量系统和泥饼模拟系统；所述的模拟井筒包括套管(6)和位于套管(6)外围的岩心(7)，所述的套管(6)和岩心(7)之间形成环形间隙，所述的环形间隙内形成水泥环(8)；所述套管(6)和岩心(7)的上下两端分别设有上端盖(4)和下端盖(11)；所述的压力釜包括釜体(9)和与釜体(9)相配合的釜盖(3)；所述的釜体(9)设有与水泥环(8)顶端连同的水泥环压力口(17)和与水泥环(8)底部连通的验窜口(10)；所述的釜体(9)设有与岩心(7)外围上端连通的围压口(5)和与岩心(7)外围下端连通的泄压口(14)；所述的釜体(9)设有用于安装加热电偶的热电偶口(15)；所述的釜体(9)设有与套管(6)内部连通的设置在釜体(9)下端的套管压力口(12)；所述的釜盖(3)设有用于连接位移测量装置(1)或钻进液储存桶(54)的连通口(18)；所述的压力控制系统包括与围压口(5)相连的管路一、与水泥环压力口(17)相连的管路二、与套管压力口(12)相连的管路四和与泄压口(14)相连的管路五；所述的管路一上连接有截止阀一(27)、压力传感器一(28)、调压阀一(29)、气体增压泵(30)、压力控制仪表(32)和氮气源(34)，所述的气体增压泵(30)与压缩空气源(33)相连；所述的管路二上连接有截止阀二(21)、截止阀四(22)、压力传感器二(24)、调压阀二(25)和截止阀七(31)；所述的管路四上连接有压力传感器四(43)、液体增压泵(46)和水源(47)，所述的液体增压泵(46)与压缩空气源(33)相连；所述的管路五上连接有截止阀八(48)和排水管(42)；所述的温度控制系统包括与热电偶口(15)相连的设置在釜体(9)内部的热电偶，所述的热电偶还与温度控制仪表(49)相连，所述的釜体(9)外侧缠绕有冷却管(16)，所述的冷却管(16)与水源(47)相连；所述的窜流检测系统包括与验窜口(10)相连的管路三，所述的管路三上连接有截止阀六(35)、压力传感器三(36)、截止阀十(37)和窜流监测装置；所述的应变测量系统通过釜盖(3)上的连通口(18)深入套管(6)内部用于测量套管(6)内壁径向位移的位移测量装置(1)；所述的泥饼模拟系统包括钻井液储存桶(54)和岩心滤网(20)，所述钻井液储存桶(54)的上下两端分别设有截止阀十二(55)和截止阀十三(53)，所述钻井液储存桶(54)的上端通过导气管与氮气瓶(56)相连，所述钻井液储存桶(54)与釜盖(3)相连；所述的岩心滤网(20)嵌套于岩心(7)的外壁。