[发明专利]一种封窜物理模拟实验装置及效果评价方法

权利要求书

1.封窜物理模拟实验装置，其特征在于，包括釜体和套管，所述釜体和套管之间设有环压胶套，所述环压胶套和套管之间组成环形空腔，所述空腔内为水泥环，所述釜体上端和下端分别设有上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰上分别设有注液孔和出液孔，所述注液孔和出液孔均与环形空腔相连通；所述上法兰为环形法兰，其中部设有用于密封套管上端的小法兰，所述小法兰中心设有加压孔；所述釜体侧面设有环压孔，所述环压孔通过管线与所述手摇泵连接，所述手摇泵通过环压孔对环压胶套施加压力；所述加压孔和注液孔分别与平流泵通过管线连接，进行封窜模拟实验时平流泵与加压孔连通，进行封窜效果评价时平流泵与注液孔连通。

2.根据权利要求1所述的封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述封窜物理模拟实验装置还包括恒温控制装置。

3.根据权利要求2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述釜体外壁设有夹层，所述夹层内有加热丝，所述恒温控制装置与所述加热丝连接，控制、调节釜体内温度。

4.根据权利要求1或2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述平流泵输出管线上分别设有调压阀、开关和第一精密压力表；所述手摇泵的输出管线上分别设有放空阀和第二精密压力表。

5.根据权利要求1或2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述套管下部设有周向均布的4个射孔孔眼，射孔孔眼上设有螺纹。

6.根据权利要求1或2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述出液孔的上端凹槽内设有钢制垫片。

7.根据权利要求1或2所述的一种封窜物理模拟实验装置，其特征在于，所述上、下法兰与水泥环上下端之间通过圆环形密封板密封。

8.一种利用权利要求7所述装置进行评价封窜剂封堵效果的方法，其特征在于，主要是通过对比相同条件下封窜剂挤入前后，套管与水泥胶结界面的渗透流量进行评价，包括以下步骤：

(1)测量封窜实验前水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量Q₁，具体步骤为：①将水泥环与套管胶结界面存在窜槽通道的封固系统放入釜体内，装好上法兰、小法兰，平流泵输出管线与注液孔连通；②使用手摇泵对环压胶套施加水压，进而对水泥环和套管封固系统加环压；③打开平流泵，在一定压力P和流量Q_P下测量出液口流量，即为封窜前水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量，记为Q₁；

(2)测量封窜实验后水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量Q₂，具体步骤为：①取出上圆环形密封板、下圆环形密封板和钢制垫片；③按照封窜实验前的测试步骤在同样的平流泵压力P和流量Q_P下测出封窜后水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量，记为Q₂，此时分为以下两种情况：

①若Q₂>0，则通过对比Q₁、Q₂来评价封窜剂封窜效果，封堵效率的计算公式为：

其中，W值越高代表封窜剂封窜效果越好；

②若Q₂＝0，则增大平流泵压力P，记录出液口有水流出时的压力P₁，然后再按照封窜实验前的测试步骤在平流泵压力P₁和流量Q_p下测出封窜后水泥环与套管胶结封固系统的渗透流量，记为Q₃，进行封窜剂优选时，先比较平流泵测试压力P，P越大，封窜剂封堵效果越好，当P相同时，再比较出液口流量Q，Q越小封窜效果越好。

9.根据权利要求8所述的封窜剂封堵效果评价方法，其特征在于，步骤(1)所述水泥环与套管胶结界面存在窜槽通道的封固系统的制备方法为：

①将尺寸、形状固定的沥青条黏附在套管外壁指定位置，沥青条之间相互连通且与套管下部孔眼连通；②在环压胶套内壁均匀涂抹耐高温脱模剂后将下法兰装好，在下圆环形橡胶密封板与水泥接触的面均匀涂抹耐高温脱模剂后将其放入，然后在①中套管下部射孔孔眼内拧入堵头后将其放入釜体，然后将制备好的水泥浆倒入套管与环压胶套之间的空腔内，调整恒温控制装置，在一定温度下养护相应时间，养护完成后，关闭加热装置，冷却至室温；③将套管下部射孔孔眼内的任意一个堵头拧出，将平流泵输出管线与该射孔孔眼连接，调整平流泵流量为20mL/min，控制调压阀至一定压力，使用平流泵提供的高压汽油射流将原先黏附于套管外壁的沥青条完全溶解并冲出，为了将窜槽通道内壁改为亲水性表面，将平流泵冲洗介质改为表面活性剂溶液后再对窜槽通道进行冲洗并循环5min后即形成所需模拟窜槽通道。