[发明专利]模拟套管滑套压裂的固井水泥环密封检测装置和方法

说明书

本发明涉及一种模拟套管滑套压裂的固井水泥环密封检测装置，包括：外筒；内筒，所述内筒套设在所述外筒内，在所述外筒与内筒之间形成环形空间，所述内筒包括压裂滑套组件，所述压裂滑套组件包括沿径向方向贯穿所述内筒的压裂孔；水泥环，所述水泥环填充在所述环形空间内，其中，所述压裂滑套组件构造为能通过所述压裂孔向所述水泥环喷射压裂流体；以及检测机构，所述检测机构构造为用于在所述压裂滑套组件打开并向所述水泥环喷射压裂流体之时和/或之后检测所述水泥环的密封性。

技术领域

本发明涉及石油勘探实验技术领域，特别是涉及一种模拟套管滑套压裂的固井水泥环密封检测装置。本发明还涉及一种使用该装置来进行检测的方法。

背景技术

在石油工业中，固井作业的主要目的是在套管与裸眼岩层之间的环空内形成一个完整的水泥环密封系统，从而封隔井眼内的油、气、水层，达到支撑套管、保持井眼稳定的目标。因此，固井水泥环密封能力对油气井建井寿命具有至关重要的影响。

目前已经有对固井水泥环的密封能力进行检测评价的装置。该装置包括用于模拟地层的外筒，用于模拟套管的内筒，以及浇注在内筒和外筒之间的水泥环。通过向内管中打压，来使得整个装置发生压力振荡。通过检测振荡过后水泥环与内筒和/或外筒之间是否存在间隙或水泥环是否开裂等来进行水泥环的宏观裂化评价。

然而，在现有技术中，并未关注套管滑套开启所产生的的激动压力以及压裂产生的应力扰动对水泥环的密封性的影响。现有的装置也无法针对这些因素进行有效的模拟实验。尤其是，对于多级套管滑套的压裂情况来说，目前的装置无法进行多重高压应力作用的情况。

因此，水泥环在多重高压应力作用下的劣化机理缺乏有效的实验数据支持。这在一定程度上限制了大型水力压裂工况下的水泥环完整性研究。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种模拟套管滑套压裂的固井水泥环密封检测装置和方法，以用于消除或至少减弱上述问题中的至少一项。

根据本发明的第一方面，提出了一种模拟套管滑套压裂的固井水泥环密封检测装置，包括：外筒；内筒，所述内筒套设在所述外筒内，在所述外筒与内筒之间形成环形空间，所述内筒包括压裂滑套组件，所述压裂滑套组件包括沿径向方向贯穿所述内筒的压裂孔；水泥环，所述水泥环填充在所述环形空间内，其中，所述压裂滑套组件构造为能通过所述压裂孔向所述水泥环喷射压裂流体；以及检测机构，所述检测机构构造为用于在所述压裂滑套组件打开并向所述水泥环喷射压裂流体之时和/或之后检测所述水泥环的密封性。

通过上述装置，能够针对压裂滑套组件开启所产生的的激动压力以及压裂产生的应力扰动对水泥环的密封性的影响进行检测。

在一个实施例中，所述内筒包括多个压裂滑套组件，所述多个压裂滑套组件构造为用于模拟多级滑套压裂的情况。

在一个实施例中，所述压裂滑套组件包括：管状壳体，在所述管状壳体上设置有所述压裂孔；滑套件，所述滑套件设置在所述管状壳体内；其中，在第一状态下，所述滑套件通过第一剪切销钉与所述管状壳体相连，以将所述滑套件保持在封堵所述压裂孔的位置；在第二状态下，所述第一剪切销钉剪断，所述滑套件相对于所述管状壳体向下移动至将所述压裂孔暴露出来，压裂流体能通过所述压裂孔而射向水泥环。

在一个实施例中，该装置还包括：上堵头，所述上堵头设置在所述外筒、环形空间和内筒的顶端，以用于封闭所述环形空间和内筒内通道的顶端；以及压裂流体注入泵及压裂流体注入管道，所述压裂流体注入管道的一端与所述压裂流体注入泵相连通，另一端穿过所述上堵头而连通到所述内筒内通道中，以用于向所述内筒中注入压裂流体。

在一个实施例中，所述检测机构包括声波检测组件，所述声波检测组件包括沿所述外筒的纵向方向彼此间隔开地设置在所述外筒外侧的至少一个接收探头和至少一个发射探头，所述至少一个接收探头和所述至少一个发射探头构造为用于通过声波反射来检测所述水泥环的状态。