[发明专利]一种可偏心测试固井第一界面胶结质量的评价装置及方法

说明书

本发明公布了一种可偏心测试水泥‑套管界面胶结质量的评价装置及实验方法，水泥‑套管界面即固井第一胶结界面。目前第一界面的评价只考虑了套管外表面与水泥环的胶结情况，而在实际多开的井身结构中，套管内表面与水泥环也存在胶结，其胶结质量也决定着水泥环密封的成功与否。此外，在考虑内外表面的同时，还需要考虑套管的偏心对胶结的影响。本装置针对以上问题提出了解决方案，尽可能地模拟出现场固井的工艺和工况，包括泥饼的形成、冲洗、水泥的井下养护，井下压力温度等。本装置模拟程度高，既可评价套管内外表面与水泥的胶结情况，又能模拟任意偏心度的套管胶结情况，还可以模拟水泥浆等胶体段塞的封堵强度。实验结果与分析可为固井水泥第一界面胶结质量的评价提供重要参考，为工程设计提供重要的依据，亦可用于评价其他材料体系与套管的胶结强度。

技术领域

本专利涉及油气井固井第一胶结界面即套管与水泥环界面的评价，可模拟出高温高压下固井的完整工艺以及套管任意偏心度工况，并可采用气窜方式评价套管内外表面水泥环的胶结情况。

背景技术

固井第一界面，即套管与水泥环的胶结界面，其良好的胶结可有效地保护套管，防止地层窜层。若第一界面发生窜流，不仅仅影响生产的安全进行，还会使地层中流体直接与套管接触，会加快套管的损坏，在压裂酸化等措施中会造成安全隐患。因而，确保第一界面的良好胶结有着重要意义。

目前室内评价第一胶结界面的方法存在两种形式。一种是采用压剪切的原理，直接测量胶结界面处的抗剪切强度，由此观察胶结状况。如彭志刚等人研发的水泥环胶结强度评价装置(彭志刚,冯茜,齐志刚，等.水泥环胶结强度评价装置[P].北京：CN104727805A,2015-06-24.)，但采用该原理进行测试所得到的结果无法直接给出胶结面可以承受的地层窜流压力，同时胶结强度的大小与防窜能力无法建立关系，如胶结面存在裂缝，实际地层已经发生窜流，但是测试显示的剪切胶结强度仍可能很大。可见，该种评价方法是存在一定问题的。另一种方法则是利用胶结界面的抗窜能力来评价。廖华林提出了一种通过测量水泥环密封特性来评价胶结状况的测试装置与实验方法(廖华林，管志川，史玉才，等.一种油气井水泥环密封特性模拟测试装置[P].山东：CN204024635U,2014-12-17.)，该装置及方法是同时测试两个胶结界面的窜层情况的，无法区分和研究具体是哪个界面发生了窜层；郭小阳提出了一种高温高压下一、二两个胶结界面的胶结能力评价装置(郭小阳，张凯，李早元，等.高温高压固井一、二界面封固能力测试装置及方法[P].四川：CN104406910A,2015-03-11.)，该装置虽有泥饼的形成但未体现出钻井液循环过程，虽然在装置中施加了围压，但岩心外套有胶套阻隔了液体的渗流，无法体现出地层孔隙压力，反而将围压大都作用于岩心上，模拟效果差，同时，该装置只测了套管外表面与水泥环的胶结状况，忽略了存在多级套管中并且水泥有返高时，套管内表面也会与水泥胶结的情况，此外，该装置无法评价偏心情况下第一界面的胶结情况。

根据目前调研所知，目前的研究中没有能完整模拟固井工艺并十分准确进行第一胶结界面抗窜能力评价的装置，存在较多缺陷，尤其是忽略了套管内外表面都分别有可能存在水泥的情况，同时，对于套管偏心情况下第一界面胶结评价装置的研究也未发现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够模拟出固井第一胶结界面状况包括套管偏心情况，并能准确测量第一胶结界面(套管内外表面)抗气窜能力的装置，克服并完善了现有技术的缺陷和空白。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案：

一种可偏心测试的固井一界面胶结质量评价装置，主要由釜体(分为上釜体、侧釜体、下釜体)，加热保温套，地层管，套管，上封盖，上调节螺钉，分隔圈，密封圈，下封盖，羊毛垫，下调节螺钉，承压螺钉，控制阀，回压阀，稳压阀，压力表，液压泵，泥浆泵，流量计，集气瓶，单向阀，氮气源以及计算机组成。