[发明专利]一种模拟深水地质灾害对管柱强度影响的实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种模拟深水地质灾害对管柱强度影响的实验装置及方法，具有实验箱，所述的实验箱内设有实验地层，实验地层中心设有模拟井筒，所述的模拟井筒具有埋设于实验地层内的管套、井口装置以及井筒，模拟井筒管路连接有加压泵和温度控制装置，实验地层通过管线分别连接有给实验地层注水的加压水泵和注气的气体压缩机，井筒上端设有驱动模拟井筒产生震动的震动机构，所述震动机构具有夹持于井筒上端部的夹块，管套内设有测定模拟井筒震动应力的应力片。本发明可真实模拟深水“三浅”地质灾害对浅层管套强度的影响并加以疲劳强度分析，同时通过对实验结果的分析，得出深水浅层管套损坏机制并提出预防措施。

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探设备技术领域，尤其是一种模拟深水地质灾害对管柱强度影响的实验装置及其实验方法。

背景技术

世界范围内，深水油气资源量占总资源的60％，深水油气开发已成为世界石油工业的主要关注点。深水钻采工程中，管套变形问题一直制约着工程发展，关系着深水生产效率和安全，尤其深水浅层区域，“三浅”(浅层气、浅水流、天然气水合物)地质灾害频发，一方面，若存在隐藏的“三浅”问题，在井筒与浅部地层的温差作用下，其相态改变会对井筒外壁及水泥环产生挤压；另一方面，“三浅”地质灾害发生时，将导致浅部土层的性质改变，此时管套外部地基反力发生变化。管套外部压力的改变与多变的环空带压耦合后，更加剧了浅层管套的损坏。但是目前针对深水“三浅”灾害导致管套变形的研究相对较少、研究方法还不完善，因此亟待开发一种模拟深水“三浅”灾害导致管套变形的实验装置及方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种模拟深水地质灾害对管柱强度影响的实验装置及其实验方法，以便对管套进行疲劳强度分析，得出深水浅层地质灾害管套损坏机制并提出预防措施。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟深水地质灾害对管柱强度影响的实验装置，具有实验箱，所述的实验箱内设有实验地层，实验地层中心设有模拟井筒，所述的模拟井筒具有埋设于实验地层内的管套、井口装置以及井筒，井口装置下平面中心固定有与所述管套内壁构成环空的油杆，模拟井筒管路连接有加压泵和温度控制装置，实验地层通过管线分别连接有给实验地层注水的加压水泵和注气的气体压缩机，井筒上端设有驱动模拟井筒产生震动的震动机构，所述震动机构具有夹持于井筒上端部的夹块，夹块上线路连接有加速度测量装置，管套内设有测定模拟井筒震动应力的应力片。

优选地，所述的管套包括由上至下依次套接的表层管套、技术管套和油层管套，表层管套上端伸出实验地层与井口装置下平面固定，井筒与井口装置上平面固定。

所述的加压泵进口端连接有液相水箱，加压泵出口端的管路接入所述环空内，温度控制装置的控制管路与表层管套侧壁连接，井口装置上安装有压力表、安全控制阀以及泄压阀，通过加压泵向环空内注入液相来模拟环空内的高压，温度控制装置可以对环空进行分段分别加温，以达到环空内温度梯度的效果。

所述的表层管套、技术管套和油层管套的内壁面均开设有凹槽，所述的应力片嵌入安装于凹槽内，应力片线路连接有感应装置和计算机，方便应力数据的记录和调节。

所述的加压水泵进口端连接有水箱，气体压缩机通向实验地层的管线上设有气罐，通过水箱、加压水泵和气体压缩机给实验地层进行注水、注气，根据实验要求调节气相和液相的量以及之间的比例，可以分别模拟浅层气、浅层水、天然气水合物地质灾害。

具体说，所述的震动机构包括由电机驱动的转盘，从转盘中心向转盘外缘延伸设有滑槽，滑槽与夹块之间设有连接杆，连接杆两端分别与滑槽和夹块转动连接；同时为起到震动缓冲效果，所述的井筒外壁套装有橡胶套，夹块夹持在橡胶套外周。

一种使用上述实验装置进行模拟深水地质灾害对管柱强度影响的实验方法，包括以下步骤：