[发明专利]一种环空圈闭流体压力升高实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气井工程技术领域，具体地，涉及一种环空圈闭流体压力升高实验装置及方法。

背景技术

环空圈闭压力升高(APB，Annular Pressure Build-up)是指由于温度升高导致密闭的各层套管间环空流体膨胀，从而使环空流体压力升高的现象。环空流体压力升高到一定程度就会产生套管破裂或挤毁事故，还会压裂水泥环引起窜槽。目前我国未开发油田大多为稠油，在南海大部分油气藏处于高温高压的地质环境中，油气储量很大。在稠油和高温高压井开发中都会出现套管挤毁、密封失效，甚至井报废问题。通过环空圈闭压力升高进而威胁井身完整性的因素有很多，如：油藏初始温度、环空流体的类型和特性、水泥浆的胶结能力和返高等。环空流体压力升高成为了石油工程界亟待解决的复杂性工程难题。

因此，研究环空圈闭压力升高的机理及规律具有重要意义。黄小龙针对深水井测试及生产过程中环空圈闭压力升高问题提出了APB计算模型，分析了APB的控制技术(黄小龙，严德，田瑞瑞，等.深水套管环空圈闭压力计算及控制技术分析[J].中国海上油气，2216，28(6)：61-65)。尹飞分析了多层环空圈闭压力升高的计算方法(Fei Yin and Deli Gao.Improved Calculation of Multiple Annuli Pressure Buildup in Subsea HPHT Wells[C].IADC/SPE-190553-MS)。Roger Williamson分析了不同环空流体类型对环空圈闭压力升高的影响(WILLIAMSON R，SANDERS W，JAKABOSKY T,et.Control of contained-annulus fluid pressure buildup[C].SPE/IADC 79875,2203)。但是上述方法未考虑到水泥浆体积和各环空温度变化对环空圈闭流体压力的影响，也没有给出作业安全温度的评价方法。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种环空圈闭流体压力升高实验装置，用以模拟计算水泥浆体积和各环空温度变化对不同环空圈闭流体压力的影响结果。为了实现上述目的，本发明实施例提供一种环空圈闭流体压力升高实验装置，包括：釜体，釜体内部有多个套管，包括：表层套管，与夹持器外壳之间构成围压腔；位于表层套管内部、与表层套管同轴相套的中间套管，并与表层套管之间形成第三环空；位于中间套管内部、与中间套管同轴相套的生产套管，并与中间套管之间形成第二环空；位于生产套管内部、与生产套管同轴相套的油管，并与生产套管之间形成第一环空；环空圈闭流体压力升高实验装置还包括：钻井液储存罐，用于向油管内部、第一环空、第二环空和第三环空注入钻井液；水泥浆储存罐，用于向第二环空和第三环空注入水泥浆；加热棒，下入到生产套管内部，用于加热钻井液至设定温度；与围压腔连接的自动围压泵，用于向表层套管施加设定围压；位于围压腔与自动围压泵之间的围压传感器，用于采集围压数据；与油管内部连接的内压泵，用于向油管内部施加设定内压；油管内部插有温度传感器和内压传感器，第一环空、第二环空和第三环空均插有温度传感器和环空流体压力传感器，温度传感器用于采集温度数据，内压传感器用于采集内压数据，环空流体压力传感器用于采集环空流体压力数据。

在其中一种实施例中，还包括：分别与加热棒、自动围压泵、内压泵、围压传感器、多个温度传感器，内压传感器以及多个环空流体压力传感器连接的计算机，用于控制加热棒加热钻井液、控制自动围压泵向表层套管施加设定围压，控制内压泵向油管内部施加设定内压、采集来自围压传感器的围压数据、来自多个温度传感器的多个温度数据、来自内压传感器的内压数据、以及来自多个环空流体压力传感器的多个环空流体压力数据。

在其中一种实施例中，还包括：水泥浆第一控制阀，第一端分别与水泥浆储存罐，和水泥浆第二控制阀第一端连接，第二端与第三环空连接；水泥浆第二控制阀，第一端还与水泥浆储存罐连接，第二端与第二环空连接；钻井液第一控制阀，第一端与第二环空连接，第二端分别与钻井液第二控制阀第二端、钻井液第三控制阀第二端、钻井液第四控制阀第二端和钻井液储存罐连接；钻井液第二控制阀，第一端与第三环空连接，第二端还与钻井液第三控制阀第二端、钻井液第四控制阀第二端和钻井液储存罐连接；钻井液第三控制阀，第一端与第一环空连接，第二端还与钻井液第四控制阀第二端和钻井液储存罐连接；钻井液第四控制阀，第一端与油管内部连接，第二端还与钻井液储存罐连接；内压控制阀，第一端与内压泵连接，第二端分别与油管内部，和钻井液第四控制阀第一端连接；围压阀，第一端与自动围压泵连接，第二端与围压腔连接。