[发明专利]一种油气井管外水泥环压力传递演化规律的测试装置及方法

说明书

一种油气井水泥环压力传递演化规律的测试装置及方法，其特征在于，装置主要包括：直角台肩、上腔体、第一锥形台肩、下腔体、水泥环、内螺纹、下组合垫圈、承压腔室、上组合垫圈、高精度应变计、第二锥形台肩、定位孔、凹槽、盲孔，基于该装置及方法可有效模拟套管外水泥环对深井及超深井地层压力的传递及演化过程，开展不同地层压力作用下，套管外水泥环压力传递演化规律测试，并准确获取地层压力作用下水泥环套管受到的外压/背压及其随时间的演变规律、套管外水泥环对地层压力的传递效率、水泥浆体系及水泥环厚度对管外水泥环压力传递的影响规律，全面反应水泥环压力传递特性及演化规律，为深井及超深井套管选材及强度设计提供理论支撑。

技术领域

本发明涉及油气井钻采工程技术领域，具体是一种油气井管外水泥环压力传递演化规律的测试装置及方法。

技术背景

随着油气勘探开发的不断深入，因地质、工程和腐蚀等因素的影响，套管损坏的现象时有发生，尤其是在深井、超深井及大规模压裂的页岩气井中，该现象严重影响了油气田开发。套管若受到压裂产生的内压过大，可能发生爆裂失效；套管若受到来自地层的外压过大，可能发生挤毁失效，上述事故都将导致油气井报废。因此，要想防止套管发生爆裂或挤毁及其导致的井筒完整性失效，尤其深井及超深井，必须弄清含水泥环套管在服役工况下的受力状态及力学行为，合理设计套管强度，优选套管材质。

水泥浆被注入套管与地层之间的环空，形成水泥环。研究表明，水泥环对套管起到一定的卸载/削减和保护作用：当套管受到压裂产生的高内压时，地层压力传递至套管，此时套管外壁受到一个来自地层的压力，即背压，该压力可在一定程度上提高套管抗内压强度；当套管受到来自地层的高外压时，水泥环具有一定的卸载/削减作用，降低传递到套管上的地层压力，对套管起到一定的保护作用，提高了套管的抗外挤强度。因此，在未弄清套管强度设计及选材的情况下，若选择价格昂贵的高钢级厚壁套管，会因套管强度裕量过大，造成材料过度浪费；若选择普通材质的低钢级套管，常常会因套管选材及强度设计不合理，造成套管强度失效。因此，研究水泥环对地层压力的传递特性及演化规律，能对深井、超深井套管进行全生命周期的强度设计和选材提供重要理论依据。

目前，国内外还没有模拟油气井管外水泥环压力传递特性及演化规律的测试装置及方法，无法对水泥环压力传递特性及演化规律进行系统的评价。本发明提出一种水泥环压力传递演化规律的测试装置及方法，该装置既可以模拟不同地层压力通过水泥环作用于套管外壁的外压/背压及其随时间的演变规律及套管外水泥环对地层压力的传递效率，又能模拟不同水泥浆体系及水泥环厚度对管外水泥环压力传递的影响规律，实现对水泥环压力传递特性及演化规律的测试，为深井及超深井套管选材及强度设计提供理论支撑。该装置及方法既能减少材料不必要的浪费，又能防止因套管强度不够而造成井筒完整性失效。

发明内容

本发明的目的在于提出一种油气井管外水泥环压力传递演化规律的测试装置及方法，以解决实际油气井套管外水泥环压力传递演化规律不能准确测量的技术难题及其导致套管选材及强度设计问题，尤其针对深井及超深井，并在达到上述目的的同时，最大限度的降低了测试装置及实验成本。