[发明专利]测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法

说明书

本发明为一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法，包括页岩开采模拟部，页岩开采模拟部包括模拟地层、水泥环环空和模拟套管，模拟地层的外侧设置围压腔，水泥环环空内能养化水泥浆构成模拟水泥环，模拟水泥环与模拟套管之间的接触面构成固井胶结面；页岩开采模拟部上密封连接有加压装置；模拟套管内设有加热装置；模拟套管的外壁设有固井质量检测仪；模拟水泥环密封连通有注气装置，水泥环环空的顶部设置气体检测仪，测试固井胶结面抗窜能力的实验装置还包括控制部。该测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法，能够真实有效地模拟研究不同温度压力循环次数条件下固井胶结面的抗窜能力。

技术领域

本发明涉及油气井工程领域，尤其涉及一种页岩气压裂过程中不同循环温度压力条件下测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法。

背景技术

页岩气藏属于低孔低渗非常规油气藏，常规开采手段难以取得经济效益，需要用到水力压裂技术使页岩地层形成复杂人工缝网才能获得商业气流，但是水力压裂泵压高，排量大，使近井筒附近的套管-水泥环-地层承受较高的套管内压以及温度变化。

尤其是多级分段压裂，使井筒的完整性更加难以保证，现场施工数据证明：某页岩气田压裂之前环空带压井的比例不超过10％，压裂之后环空带压井的比例则超过50％，说明环空带压与水力压裂具有显著关系，现场井口气体检测结构认为：多级压裂过程中近井筒附近温度压力交替变化导致固井胶结面劣化，抗气抗液窜通的能力下降，地层气体沿着固井胶结面上窜至井口导致环空带压。

因此，基于页岩气水力压裂的特点，研究不同循环温度压力条件下固井胶结面的抗窜能力具有重要意义。但是，现有的实验装置不能模拟不同温度压力循环次数条件下固井胶结面的抗窜能力以及胶结面的胶结质量，为实验研究带来阻碍。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法，实现不同循环温度压力条件下固井胶结面的抗窜能力研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置及其实验方法，能够真实有效地模拟研究不同温度压力循环次数条件下固井胶结面的抗窜能力。

本发明的目的是这样实现的，一种测试固井胶结面抗窜能力的实验装置，包括呈密封设置的页岩开采模拟部，所述页岩开采模拟部包括自外向内依次同轴套设的模拟地层、水泥环环空和模拟套管，所述模拟地层的外侧设置围压腔，所述水泥环环空内能养化水泥浆构成模拟水泥环，所述模拟水泥环与所述模拟套管之间的接触面构成固井胶结面；所述页岩开采模拟部上密封连接有用于调整所述页岩开采模拟部内部压力的加压装置；所述模拟套管内设有用于调整所述页岩开采模拟部内部温度的加热装置；所述模拟套管的外壁中部设有固井质量检测仪；所述模拟水泥环内位于固井胶结面下部的位置密封连通有注气装置，所述水泥环环空的顶部设置气体检测仪，所述气体检测仪与所述模拟套管的外壁抵靠接触；所述测试固井胶结面抗窜能力的实验装置还包括控制部，所述控制部与所述加压装置、所述加热装置、所述固井质量检测仪、所述气体检测仪和所述注气装置电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述加压装置包括第一液压活塞结构、第二液压活塞结构和第三液压活塞结构，所述第一液压活塞结构包括第一伸缩活塞杆和第一活塞，所述模拟套管的顶部设置套管加压接口，所述第一活塞能沿所述套管加压接口的内壁密封往复移动；所述第二液压活塞结构包括第二伸缩活塞杆和第二活塞，所述水泥环环空的顶部设置水泥环加压接口，所述第二活塞能沿所述水泥环加压接口的内壁密封往复移动；所述第三液压活塞结构包括第三伸缩活塞杆和第三活塞，所述围压腔的顶部设置围压腔加压接口，所述第三活塞能沿所述围压腔加压接口的内壁密封往复移动。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一液压活塞结构上设有第一液压活塞控制器，所述第二液压活塞结构上设有第二液压活塞控制器，所述第三液压活塞结构上设有第三液压活塞控制器，所述第一液压活塞控制器、所述第二液压活塞控制器和所述第三液压活塞控制器均与所述控制部电连接。