[发明专利]固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置及评价方法

说明书

本发明公开了一种固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置及评价方法，包括釜体、注入泵、环压泵、加压泵和加热控制装置，釜体内部设有圆环形胶套和人工造缝的水泥柱塞以及柱状砂岩岩心，上下封头中心设有浅凹槽，内有密封圈来密封釜体两端，封堵剂由上端注入，模拟井下封堵水泥环微裂缝作业。该装置可模拟井下高温环境，在微裂缝内封堵剂发挥作用实现封堵，通过加压泵施压将封堵剂挤入已经人工造缝的水泥柱塞，研究封堵剂进入及滞留水泥环微裂缝的能力，研究挤注压力对封堵剂封堵固井水泥环微裂缝的封堵质量和影响，还可以研究封堵剂在不同人工造缝长度的水泥柱塞中的封堵效果。

技术领域

本发明涉及模拟封堵剂进入固井水泥环微裂缝能力的评价装置及方法。本发明属于油气井工程固井领域。

背景技术

固井是向井内下入套管，并向井眼和套管之间的环形空间注入水泥的施工作业，达到保护和支撑油气井内的套管，封隔油、气、水层的目的，是保证后续安全钻进、长期开采的关键技术之一。水泥的主要功能是密封套管与主体岩层之间的环形空间，防止沿井筒流动的流体。水泥也保护套管免受腐蚀，使井筒结构更加健全。

水泥环是指水泥浆在环形空间中形成的水泥石，固井作业后套管和地层通过水泥环胶结在一起。水泥环的主要作用是实现油、水层间封隔，防止层间窜流，保证油气安全生产。为了实现这一功能，水泥环必须连续且非渗透。由于水泥材料的自身缺陷—体积收缩和脆性，目前很多油气井都存在水泥环封隔失效的问题。水泥环微裂缝是导致层间封隔失效的主要原因之一。向微裂缝中注封堵剂是一种解决固井水泥环出现微裂缝的有效措施。

当前能进行该项研究的装置十分缺乏，杨振杰等人提出了一种固井水泥环完整性模拟评价试验仪(杨振杰,Astou Gawane,杨强,等.固井水泥环微间隙与微裂缝的模拟试验方法[J].天然气工业,2015,35(9).)，该装置可以模拟井下压力变化使油井水泥环损伤的并形成微裂缝的过程，从而测定不同条件下固井水泥环抗窜强度的变化情况，但是该装置不能研究微裂缝形成后的封堵剂注入微裂缝后的封堵能力研究。

步玉环(步玉环,于利国,王春雨,等.水泥石自愈合性能评价方法[J].实验室研究与探索,2015,34(7):17-21.)提出了一种水泥石自愈合性能评价装置，该装置以封堵压力为指标，通过实验分析了遇油自愈合材料加量和裂缝尺寸对水泥石自愈合性能的影响，证明了该评价装置和评价方法进行水泥石自愈合性能评价的可行性，但是该装置不能做到对水泥柱塞上人造微裂缝的养护。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种模拟挤注封堵剂条件下固井水泥环微裂缝进入能力评价装置及评价方法，该装置可研究封堵剂进入能力，研究挤注压力对封堵剂封堵固井水泥环微裂缝的封堵质量和影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固井水泥环微裂缝封堵剂进入能力评价装置，包括：釜体，所述釜体上设有环压孔；环形胶套，所述环形胶套容设在所述釜体内，环形胶套内具有用于装入带有裂缝的水泥柱塞的圆形腔，环形胶套和釜体之间具有环压腔；上封头和下封头，所述上封头和下封头分别设置在所述釜体的上部和下部，所述上封头上设有连通所述圆形腔的打压孔，所述下封头上设有连通所述圆形腔的第一出水口；加压泵，所述加压泵通过管线与所述打压孔相连；环压泵，所述环压泵通过管线与所述环压孔相连；加热装置和加热控制装置，所述加热控制装置与加热装置相连，加热装置与釜体相连。

优选的，所述上封头包括：

第二上封头，所述第二上封头与所述釜体相连，第二上封头中部形成连通圆形腔的内筒；

第一上封头，所述第一上封头与所述第二上封头相连，所述打压孔设在第一上封头上。

优选的，所述上封头、下封头分别与环形胶套的上下两端紧紧接触。

优选的，所述环压孔设在所述釜体侧面下部，所述釜体侧面上部设有连通所述环压腔的第二出水口。