[发明专利]可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置及方法

说明书

本发明公开了一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量水力测试装置及方法，釜体由内向外依次为天然岩心、假岩心、加热保温套、支撑架，釜体上部和下部分别设置有椭圆形上圆台和下圆台；天然岩心和假岩心与下釜盖相连，天然岩心和假岩心与下釜盖之间通过密封槽确保密封；加热保温套可以加热釜体内部，模拟地层温度，其内有热电偶和温度传感器，计算机与温度传感器、压力表和流量计电连接，对其温度、压力和流量进行记录和监控。本发明适用范围广，既可模拟不同套管偏心度的第二界面胶结情况，又可以模拟不同井斜角对第二界面胶结质量影响；其测试的准确性高，可应用于指导现场气窜预测。

技术领域

本发明涉及石油钻探技术领域，具体地说，涉及一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置及方法。本专利涉及油气井固井第二界面即岩心与水泥环界面的评价，可模拟出高温高压下固井的完整工艺，并且可模拟出套管任意偏心度以及井斜角工况，并采用气窜方式评价岩心与水泥环界面的胶结情况。

背景技术

水泥环层间胶结质量影响着油气井的寿命及各种增产措施的有效实施。其中，水泥环与地层之间的胶结面被称为固井第二界面，第二界面胶结质量易受其他因素影响，包括地层条件、井眼形状、钻井液泥饼形成情况、隔离液、水泥浆性能等。因此，提高第二界面胶结质量是提高整个固井质量的关键。

目前关于固井第二界面胶结质量评价的装置与方法仍存在许多问题有待解决。目前实验室主要有两类来确定第二界面胶结强度，一是采用剪切胶结强度，二是水力胶结强度。前者目前有较多的研究，如杨振杰(杨振杰，梁红军，李锋，等.固井界面胶结强度试验仪:CN202381076U[P].2012.)、程荣超(程荣超，步玉环，王瑞和.高炉矿渣改善固井水泥界面胶结性能研究[J].天然气工业,2007,27(2):63-66.)、徐璧华(徐璧华，卢翔，谢应权.高温高压下油井水泥环胶结强度测试新方法[J].钻井工程，2016,36(11)：65-69.)等，但测剪切胶结强度方法得到的结果不能代表胶结面可以承受的地层窜流压力，胶结强度的大小与防窜能力没有实质性关系，如胶结面存在裂缝，实际地层已经发生窜流，但是测试显示的剪切胶结强度仍可能很大。可见，该种方法不能准确评价第二界面防窜能力。水力胶结强度评价方法的实质是评价界面的抗窜能力，以窜流压力作为评价固井二界面防窜能力指标，符合井下情况。顾军(顾军，杨卫华，秦文政，等.固井二界面封隔能力评价方法研究[J].石油学报,2008,29(3):451-454.)、步玉环(步玉环，梁岩，杜嘉培，等.地层水扰动下固井二界面养护及胶结质量评价装置及方法：CN107725030A[P].2017)利用水力胶结强度方法测试第二界面的胶结强度，但二者皆没有采用天然岩心模拟地层，其胶结状况与井下第二界面的真实情况存在较大差异，因此实验结果无法真实反映第二界面胶结质量。郭小阳(郭小阳，张凯，李早元，等.高温高压固井一、二界面封固能力测试装置及方法[P].四川：CN104406910A,2015-03-11.)在水力测试方法的基础上做了改进，将测试流体改为气体，相对液体而言，气体压缩系数大，更容易上窜，膨胀后更容易监测窜流情况，更加精确的评价第二界面胶结质量，更准确的测试第二界面胶结质量的突破压力，但是装置未模拟冲洗液与隔离液对泥饼的影响，因此实验评价的第二界面胶结质量与实际存在一定差异。

除上述所分析的缺陷外，目前固井第二界面胶结质量评价未考虑套管偏心和井斜角对第二界面胶结强度的影响，不能充分模拟井下实际工况。同时，未监测出口端窜流流体流量随时间变化关系，没有预测窜流规律，不便于指导现场窜流预测。

发明内容

本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：