[发明专利]一种含水合物/冰的低温地层固井模拟实验反应釜

说明书

技术领域

本发明属于非常规油气藏开发的技术领域，尤其涉及一种含水合物/冰的低温地层固井模拟实验反应釜。

背景技术

天然气水合物作为一种资源潜力巨大的清洁新能源，广泛分布于陆地永久冻土带和大陆边缘海底地层的多孔介质中，受到了世界上越来越多国家的青睐。但是，由于天然气水合物仅在高压低温条件下稳定存在，在含水合物地层钻井过程中，任何温度或压力改变，都有可能导致水合物分解，引起井壁失稳，造成严重钻井事故和经济损失。为了完成天然气水合物的勘查、评价以及开采，固井是一项必不可少的关键技术手段。

虽然固井措施对于维护井壁附近含水合物地层和套管的稳定具有重要保障作用，但是大量固井水泥浆自身的水化放热却是影响水合物稳定存在一个不容忽视的隐患。当大量固井水泥浆水化固结时，释放出的热量有很大一部分(另一部分传入套管内)直接传入近井壁地层中，改变地层中水合物稳定存在的温度条件，引起水合物分解，导致井壁垮塌、井喷等严重钻井事故。此外，水合物分解产生的水和气在压力驱动下一旦进入固井水泥浆中，则能改变水泥浆的水灰比和固结体的孔隙率，进而影响水泥浆固结质量。如果水泥浆固结强度发展较慢，而水合物大量分解并对水泥环产生较大侧压，不仅容易产生“气窜”而影响上部固井质量，还可能导致固结体气胀崩塌和井壁失稳，甚至挤坏套管。因此，有必要深入研究固井水泥浆水化热在井壁附近含水合物地层的传导规律及其对地层温度和水合物稳定的影响以及水合物分解对固井质量的影响，从而确定固井水泥浆水化热值的合理控制范围和水泥浆固结性能要求，以便合理设计含水合物地层固井用低热水泥浆体系，从而实现安全高效开发水合物资源。为了预先评价拟采用的固井水泥浆体系是否满足水合物地层固井要求，则需开发接近实际情况的含水合物地层固井模拟实验系统，并通过该实验系统确定不同水合物地层对固井水泥浆水化热值的限制范围，从而为含水合物地层固井工艺与技术合理设计提供量化评价技术和理论依据。

此外，在冻土区进行地下工程建设时，混凝土水化热对冻土层具有一定的热融作用，易导致地层垮塌和混凝土固结质量差等事故，因此，在此类工程建设中也需预先评价所用的加固混凝土或是水泥浆等对冻土层可能带来的不利影响及其对施工质量的影响，以便合理控制施工工艺，同样也需要研制合适的实验评价装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种含水合物/冰的低温地层固井模拟实验反应釜,研究固井水泥浆水化热对含水合物/冰等低温地层稳定性及固井质量的影响。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种含水合物/冰的低温地层固井模拟实验反应釜，其特征在于，包括釜筒、釜盖、支架、数据处理系统、气/液增压注入系统和水泥浆注入系统，所述釜筒安设于所述支架上，釜筒的内腔由内往外依次设有第一腔壁和筛管，釜筒分隔为同轴的声波检测腔、水泥浆腔和模拟地层腔，所述筛管内插入第二腔壁，所述水泥浆腔底部设有第一排液口，所述模拟地层腔底部设有进气口和第二排液口；釜盖包括圆形的第一釜盖、环形的第二釜盖和第三釜盖，所述第一釜盖与所述声波检测腔的顶部相配置，所述第二釜盖与所述水泥浆腔的顶部相配置，第二釜盖上设有注浆口，所述第三釜盖与所述模拟地层腔的顶部相配置；所述气/液增压注入系统与模拟地层腔的底部进气口相连；所述水泥浆注入系统与水泥浆腔的顶部注浆口相连；所述数据处理系统包括数据检测装置、数据接收处理装置、计算机图像处理器，所述数据检测装置分别设于声波检测腔、水泥浆腔和模拟地层腔内部，数据检测装置的输出端分别与所述数据接收处理装置的输入端相连，数据接收处理装置的输出端与所述计算机图像处理器相连。

按上述方案，所述釜筒外壁套设有一体式的控温循环浴密封罩。

按上述方案，所述数据检测装置包括传感器、导热系数测试片、声波扫描装置、应变式传感器，所述传感器包括插入式的温度传感器和压力传感器，通过所述第二釜盖和第三釜盖上设有的插入口设于所述水泥浆腔和模拟地层腔内；所述导热系数测试片设于模拟地层腔内；所述声波扫描装置设于所述声波检测腔内；所述应变式传感器设于声波检测腔的内壁上。