[发明专利]一种水泥环密封性及套管抬升的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气井工程领域，具体地，涉及一种水泥环密封性及套管抬升的实验装置及方法。

背景技术

高温和高压环境会导致水泥环性能改变，密封性失效，套管轴向热应力过大引起井口抬升。目前，虽然某些油井在固井作业后得到不错的测井评价，但是油井在经过高温和高压环境后会出现井口抬升，井口冒油、冒气，甚至出现层间窜槽等复杂情况。因此，对水泥环密封性失效和井口抬升机理的研究具有很好的现场应用意义。

但是，目前的实验装置不能充分模拟高温高压环境对套管柱抬升和水泥环密封性的影响结果，无法为油田生产风险分析提供可靠的理论依据。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种水泥环密封性及套管抬升的实验装置，用以模拟高温高压环境对套管柱抬升和水泥环密封性的影响结果。为了实现上述目的，本发明实施例提供一种水泥环密封性及套管抬升的实验装置，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，并与表层套管形成第二环空；位于中间套管内部、与中间套管同轴相套的生产套管，并与中间套管形成第一环空；水泥环密封性及套管抬升的实验装置还包括：水泥浆储存罐，用于向第一环空与第二环空注入水泥浆；加热棒，下入到生产套管内腔，用于加热加热液至设定温度；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；与生产套管内腔连接的内压泵，向生产套管内腔施加设定内压；位于生产套管内部的内压传感器，用于采集内压数据；高压气源，用于向第一环空与第二环空输入高压气体；位于高压气源与釜体之间的高压气源压力传感器，用于采集高压气源压力数据；生产套管内腔、第一环空和第二环空均插有温度传感器，用于采集温度数据；生产套管和中间套管上均连接位移传感器，用于采集生产套管和中间套管的位移数据；气体流量计，用于分别测量第一环空与第二环空的气体流量。

在其中一种实施例中，还包括：分别与加热棒、自动围压泵、高压气源、内压泵、内压传感器、围压传感器、高压气源压力传感器、气体流量计、多个温度传感器、以及多个位移传感器连接的计算机，用于控制加热棒加热加热液、控制自动围压泵向表层套管施加设定围压，控制高压气源向第一环空与第二环空输入高压气体，控制内压泵向生产套管内腔施加设定内压，采集来自围压传感器的围压数据、来自内压传感器的内压数据、来自高压气源压力传感器的高压气源压力数据、来自气体流量计的第一环空与第二环空的气体流量、来自多个温度传感器的多个温度数据、以及来自多个位移传感器的生产套管和中间套管的多个位移数据。

在其中一种实施例中，还包括：水泥浆总控制阀，第一端与水泥浆储存罐连接，第二端分别与高压气源总控制阀第二端、第一控制阀第一端和第二控制阀第一端连接；高压气源总控制阀，第一端与高压气源连接，第二端还分别与第一控制阀第一端和第二控制阀第一端连接；第一控制阀，第一端还与第二控制阀第一端连接，第二端与第一环空连接；第二控制阀，第二端与第二环空连接；气体流量计第一控制阀，第一端与第一环空连接，第二端分别与气体流量计第二控制阀第二端和气体流量计连接；气体流量计第二控制阀，第一端与第二环空连接，第二端还与气体流量计连接；内压泵控制阀，第一端与内压泵连接，第二端与生产套管内腔连接。

在其中一种实施例中，还包括：釜体包括上釜盖与下釜座；上釜盖与下釜座上均有两两相对的多个凹槽，用于分别插入表层套管、中间套管和生产套管。

在其中一种实施例中，还包括：多个密封圈，用于密封多个凹槽。

在其中一种实施例中，还包括：位于上釜盖的上流道；上流道与冷凝泵连接，冷凝泵用于输送冷凝水冷却上釜盖；冷凝泵控制阀，第一端与上流道连接，第二端与冷凝泵连接。

在其中一种实施例中，加热液为油或水。

因为本发明的水泥环密封性及套管抬升的实验装置通过水泥浆储存罐向第一环空以及第二环空注入水泥浆模拟地层地质环境，通过加热棒加热加热液至设定温度，通过自动围压泵向表层套管施加设定围压，通过内压泵向生产套管内腔施加设定内压，通过高压气源向第一环空与第二环空输入高压气体，通过围压传感器、内压传感器、高压气源压力传感器、气体流量计、温度传感器和位移传感器进行数据采集，从而模拟高温高压对井口抬升和水泥环密封性影响结果。

本发明实施例还提供一种水泥环密封性及套管抬升的实验方法，用以模拟高温高压环境对套管柱抬升和水泥环密封性的影响结果，为油田生产风险分析提供可靠的理论依据。