[发明专利]油气井固井水泥封隔能力检测装置及其检测方法

说明书

本申请提供了一种油气井固井水泥封隔能力检测装置及其检测方法，装置包括：模拟地层，其内设置有模拟井眼；模拟套管，其穿设于模拟井眼内；模拟套管与模拟地层之间形成有第一环形空间；模拟套管上设置有与第一环形空间相连通的至少一个第一贯通孔；固井水泥，其填充于第一环形空间内；活塞，穿设于模拟套管内；活塞能与模拟套管之间形成第二环形空间；活塞内设置有用于与第一贯通孔相连通的第一通道；压力加载机构，其与第二环形空间相连通；用于向第二环形空间内施加压力；地应力模拟机构，其用于向模拟地层、模拟套管和固井水泥施加地应力；本申请实施方式提供了一种能测量水泥环的纵向封隔能力的油气井固井水泥封隔能力检测装置及其检测方法。

技术领域

本申请涉及一种油气井固井水泥封隔能力检测装置及其检测方法。

背景技术

固井水泥用于将套管柱与井壁岩石牢固地固结在一起，可以将油气水层及复杂层位封隔起来以利于进一步钻进或开采。胶结良好的水泥环能够有效减小套管变形的风险，能够阻隔油气水进入模拟井筒或沿环空上窜，能够增加一口井的寿命及产量，是衡量固井质量的重要因素。而在固井完成后油田生产所进行的井下作业，尤其是压裂、酸化等技术施工，会引起模拟井筒内压力大幅波动，进而影响水泥环应力状态，增大水泥环封隔能力失效的风险。

水泥环封隔能力包括纵向封隔能力。具体地，水泥环纵向封隔能力是指阻止油气水沿固井两界面向上窜流的能力，其主要失效形式是当胶结界面从受压变为受拉状态时，界面作用力与胶结力方向相反，导致胶结界面分离从而引起水泥环封隔失效。水泥环封隔能力影响因素复杂，井下实际情况又难以观测，因此建立一套水泥环封隔能力检测装置对研究水泥环封隔能力随内压起伏的变化机理具有重要意义。而现有的对于水泥环封隔能力的研究大都从模拟井筒完整性或水泥环密封性的角度出发，而关于水泥环的纵向封隔能力的研究则较少。

因此，有必要提出一种油气井固井水泥封隔能力检测装置及其检测方法，以能解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施方式提供了一种能测量水泥环的纵向封隔能力的油气井固井水泥封隔能力检测装置及其检测方法。

为实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案：一种油气井固井水泥封隔能力检测装置，包括：模拟地层，其内设置有沿上下方向延伸的模拟井眼；模拟套管，其穿设于所述模拟井眼内；所述模拟套管与所述模拟地层之间形成有第一环形空间；所述模拟套管上设置有与所述第一环形空间相连通的至少一个第一贯通孔；固井水泥，其填充于所述第一环形空间内；所述固井水泥与所述模拟套管之间形成第一界面；所述固井水泥与所述模拟地层之间形成第二界面；活塞，其可移动地穿设于所述模拟套管内；所述活塞能与所述模拟套管之间形成第二环形空间；所述活塞内设置有用于与所述第一贯通孔相连通的第一通道；以使高压气体能通过所述第一通道流至所述第一界面或所述第二界面；压力加载机构，其与所述第二环形空间相连通；用于向所述第二环形空间内施加压力；地应力模拟机构，其用于向所述模拟地层、所述模拟套管和所述固井水泥施加地应力。

作为一种优选的实施方式，所述固井水泥内设置有第二贯通孔；所述第一贯通孔为两个；其中一个所述第一贯通孔与所述第二贯通孔不连通；另一所述第一贯通孔与所述第二贯通孔密封连通；所述第二贯通孔背对所述第一贯通孔的一端朝向所述模拟地层敞开。

作为一种优选的实施方式，所述固井水泥内设置有具有所述第二贯通孔的管体；所述管体的一端密封连接于另一所述第一贯通孔的外端周围的侧壁上。

作为一种优选的实施方式，所述活塞包括缩径段和横截面积大于所述缩径段的扩径段；所述扩径段位于所述缩径段的下方；所述缩径段与所述模拟套管之间形成所述第二环形空间；所述扩径段的外壁与所述模拟套管的内壁密封配合。

作为一种优选的实施方式，所述第一通道包括设置于所述缩径段内的竖直延伸段和设置于所述扩径段内的水平延伸段；所述水平延伸段背对所述竖直延伸段的一端用于与所述第一贯通孔相连通。