[发明专利]注惰性气体管控环空带压实验装置及其实验方法

说明书

本发明提供一种注惰性气体管控环空带压实验装置，测试装置主体部分由内到外依次包括油管流动空间、A环形空间、地层模拟空间；油管流体恒温循环及压力控制系统为油管流动空间模拟现场油管服役环境；流体加注与放喷系统在地层模拟空间模拟地层环境，在A环形空间模拟现场A环空环境；数据显示和采集系统用于检测温度、压力及气柱高度。通过测量A环形空间在不同惰性气体长度的环空压力值，得到受温度效应、鼓胀效应影响下实际环境注入惰性气体量与环空带压值的关系曲线，根据不同惰性气体柱长度下环空压力下降幅度确定现场最优的惰性气体柱长度。本发明可以依据实际情况模拟现场环境下环空带压情况，实验结果贴合现场实际。

技术领域

本发明涉及油气井安全控制技术领域，具体为注惰性气体管控环空带压实验装置及其实验方法。

技术背景

在我国油气田开发以及储气库建设过程中，通常在油管与套管、套管与套管之间的环形空间注满环空保护液以平衡地层压力并防止发生油套管腐蚀。但是在生产过程中井筒内温度、压力剧烈变化，导致环空内流体以及井筒受温度效应、鼓胀效应影响发生体积变化，在密闭环空内形成较高的环空压力，目前我国油气井环空带压问题十分普遍，尤其以A环空带压问题最为突出。环空带压是指气井环空压力在泄压后短时间内又恢复到泄压前压力水平的现象，生产过程中若环空压力过高，会造成油套管、封隔器、井口装置等挤毁失效，进而导致井筒的完整性遭到破坏，对气井的安全生产造成巨大威胁。但是，目前尚未形成有效的技术措施来彻底根除环空带压问题，环空带压问题最主要的应对措施是将其控制在安全范围内，从而有效延长油气井安全开发周期。在环空内注入一定量惰性气体(如氮气)作为一种新型环空带压控制手段在我国某些油田已经进行了先导性应用，但是惰性气体注入量过多会导致防腐效果大大折扣，注入量过少又不能起到最佳的环空带压管控效果。而目前现有的含气柱环空带压迭代计算模型的假设条件和计算参数与真实井筒环境存在差异，对于产气量较大、温度、压力较高的油气井，使用现有理论计算模型会出现计算不收敛的问题，导致无法计算，不能用于确定惰性气体最佳注入量，因此对于注惰性气体的环空带压管控问题急需进行相关实验研究，以确定最佳惰性气体注入量。

发明内容

为克服现有理论计算的不足以及理论计算模型对油田现场环境的不适应性，本发明提供注惰性气体管控环空带压实验装置及其实验方法，能有效解决上述技术问题，以此指导油田现场环空带压管控难题。

为实现上述研究目的，首先提出一种注惰性气体管控环空带压实验装置，

注惰性气体管控环空带压实验装置，包括测试装置主体部分、油管流体恒温循环及压力控制系统、数据显示和采集系统，流体加注与放喷系统；

所述的测试装置主体部分由内到外依次包括油管流动空间、A环形空间、地层模拟空间；所述的地层模拟空间，用于模拟地层温度、压力，测试地层环境对A环形空间的影响；

所述的油管流体恒温循环及压力控制系统为油管流动空间模拟现场油管服役环境；

所述的流体加注与放喷系统在地层模拟空间模拟地层环境，在A环形空间模拟现场A环空环境；

所述数据显示和采集系统用于检测油管流动空间、A环形空间、地层模拟空间内温度、压力及气柱高度。

进一步的，所述的流体加注与放喷系统包括惰性气体灌和环空保护液灌；

所述测试装置主体部分包括套筒组合，所述的套筒组合由内到外依次包括同轴心的测试油管、生产套管、辅助管柱，测试油管、生产套管、辅助管柱，套筒组合各部分管柱的长度与其半径之比均大于15，套筒组合上下端分别与上机械密封盖、下机械密封盖密封连接，测试油管内构成油管流动空间，测试油管与生产套管之间构成A环形空间，生产套管与辅助管柱之间构成地层模拟空间；辅助管柱外包裹着可拆卸的隔热垫；