[实用新型]干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置

说明书

本实用新型所述干热岩地层高温高压环境井筒套管‑水泥环胶结面测试装置水平方向上以套管为中心，由内到外依次包括套管、水泥环、地层岩石、水平加载传力构件和保温层；所述保温层的内侧均匀设置加热装置。加热装置采用电热合金丝为加热元件，保温层采用陶瓷纤维板‑微孔绝热板为保温材料。水平加载传力构件与液压油缸相连接获取水平方向的压力；垂向加载传力构件与万能试验机相连获取垂直方向的压力。套管通过水管与水泵相连，组成循环系统。所述测试装置还包括用于监控胶结面的破裂情况的渗漏测试系统。所述测试装置不但环境温度可以达到干热岩地层温度的要求，而且提供了精确的非均匀地应力场载荷的施加，从而得到真实的干热岩室内试验数据。

技术领域

本实用新型属于干热岩工程固井领域，具体涉及干热岩地层高温、高压环境下井筒套管-水泥环胶结强度的测试装置及方法。

背景技术

地热资源是一种新型、清洁的可再生能源，是目前可以有效解决传统化石燃料，解决能源短缺和空气污染的绿色新能源之一。大量的地热能储存于数千米深的干热岩（HDR）地热资源中，所以干热岩也被称为增强型地热资源。干热岩本身是内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体，很少存在孔隙或裂隙，渗透性能极差，其温度一般大于200℃，绝大部分为中生代以来的中酸性侵入岩，但也可以是中新生代的变质岩，甚至是厚度巨大的块状沉积岩。因此，只有借助外部水力压裂等储层改造技术才可以实现地热资源的商业化开发。

目前，开发干热岩资源最主要的方法是水力压裂法。“水力压裂法”通过注入井高压注入常温压裂液，实现压裂干热岩地热储层的目的；借助于水力压裂裂缝，可建立储层地热交换通道，从而扩大储层换热面积，加速注入流体与周围岩体的热交换速率。同时还需在裂缝改造区域钻生产井，实现流体循环提取，通过生产井采出的高温流体经生产过程冷却后还可再次回注到注入井中，再次充当注入流体，从而达到循环利用的目的。

然而，井筒系统中的套管-水泥环胶结面等结构在干热岩储层中的环境非常恶劣，由于胶结面结构为井筒系统最薄弱结构，在使用过程中极易出现胶结面破裂，从而带来巨大的经济损失。因此，研究套管-水泥环胶结面在干热岩地层中的胶结强度，对于干热岩资源的利用具有非常重要的意义。发明专利申请201710916807.3公开了“干热岩增强型地热系统的水力压裂模拟实验装置及方法”，该申请模拟干热岩高压高温生成环境，通过设计多级活塞来对岩芯施加精确应力，并采用耐压耐温多孔板来保持干热岩流体的渗透性，并通过导流槽外接到流体采集室，同时在真三轴高压斧内部嵌入可调节声发射探头来监测水力压裂过程中裂缝扩展时的声发射事件，利用该装置可以实现三轴围压条件对岩石水力压裂-声发射-热能采收效率等信息的一体化采集，研究干热岩水力裂缝的起裂与扩展情况。该申请以水力压裂腔为依托，通过多级活塞施加压力来实现三维压力；选用8个活塞施压，在一定程度上解决了压力不均匀的问题，但是在活塞施压的过程中，水力压裂腔本身会分担一定的压力，同时还会产生一定程度的变形，使得三个方向上的压力彼此干扰，从而降低了三个方向上施加地应力的精确度。而作为模拟装置，能否精确模拟特定的实验环境，是衡量模拟装置的重要指标；也是研究井筒套管-水泥环在干热岩地层中的胶结强度的关键所在。

发明内容

针对现有技术中模拟装置所存在的问题，本实用新型提供了干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，不但环境温度可以达到干热岩地层温度的要求，而且提供了精确的非均匀地应力场载荷的施加，从而得到真实的干热岩室内试验数据。

本实用新型的技术方案：

干热岩地层高温高压环境井筒套管-水泥环胶结面测试装置，所述测试装置水平方向上以套管为中心，由内到外依次包括套管、水泥环、地层岩石、水平加载传力构件和保温层；所述保温层的内侧均匀设置加热装置。所述加热装置采用电热合金丝为加热元件，所述保温装置采用陶瓷纤维板-微孔绝热板为保温材料。