[发明专利]模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的实验装置，属于油气开发技术领域。

背景技术

非常规致密油气(如页岩气、致密砂岩油/气)是典型的边际油气资源，最显著的特点是低孔、低渗、难动用，必须经过大规模压裂改造才能形成产能。然而，在体积压裂过程中，套管要承受巨大的流体内压和急剧的温变作用，尤其是在地应力较高的区域，施工泵压接近90MPa，套管变形损坏问题变得十分突出。中石油在四川盆地已完成长宁、威远两个页岩气区块100多井次压裂改造，其中水平井套管变形的比例高达33％，均发生在体积压裂过程中，导致后续施工不能顺利下入桥塞、钻磨桥塞，严重影响了页岩气的高效开发。

在我国常规油气开发中，套管损坏问题也比较普遍，一般认为，套管损坏有以下原因：①套管柱设计不合理，特别是在盐膏岩、泥页岩地层，设计载荷偏小；②射孔致使套管强度降低，加速了套管损坏；③套管的外腐蚀使套管穿孔造成内腐蚀，腐蚀使套管更易损坏；④油层出砂、固升质量、套管缺陷等使套管损坏；⑤开发方式不合理。在美国套损井主要发生在加州的贝尔利吉油田、威利斯顿油田、塞达克利克油田、小奈夫油田等。贝尔利吉油田在过去的20年己发现1000多口套损井；套损主要原因是70年代过量开采导致显著的地层压实，每年有100多口井发现套管损坏。套管损坏形式为轴向挤压和剪切。轴向挤压破坏是在生产期间引起的，而剪切破坏是在沉降区域边缘。利用上述传统套管损坏理论不能合理解释非常规致密储层水平井压裂过程中复杂工况下的套管损坏问题，主要原因如下：①页岩气储层与盐膏地层、泥岩地层不同，短期内一般不考虑地层蠕变载荷；②套管的服役时间并不长，不会因外部腐蚀，内部冲蚀等因素降低其本体强度；③套管损坏并未发生在射孔段，与射孔引起套管强度降低关系不大；④区域还未进行油气开发，不存在地层压实沉降问题。

此外，目前很多学者认为是压裂过程中地层错动造成的套管损坏，但是，为什么同属于川渝强构造带的焦石坝地区(涪陵页岩气)压裂过程中未出现套管变形问题？部分压裂井，进行第一段压裂后，为什么水平段多处发生了套管变形？这些问题均不能利用地层错动观点解释。

综上所述，非常规致密储层水平井压裂过程中的管损坏原因有待于进一步探索，发明人基于工程实际，提出了水平段固井缺陷致使局部环空压力亏空，进而诱发套管变形的观点，并进行了相关理论分析(Wei Yan,2017,JPSE.150:22-29)，为了进一步证明该观点的合理性，发明人设计了一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的实验装置，以期从实验角度探索非常规致密储层压裂套管损坏的原因，为最终解决高应力地区非常规致密储层水平井压裂套管变形问题提供理论支撑。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的实验装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种模拟致密储层水平井固井缺陷诱发套管变形的实验装置，其特征在于：包括两个间隔布置的底座，两个所述底座共同转动支撑模拟井筒，在所述模拟井筒的两端分别可拆装地安装端盖，在所述模拟井筒的内部同轴布置测试套管短接，所述测试套管短接与两个所述端盖可拆装地连接，所述测试套管短接与所述模拟井筒之间形成环形空腔；在所述模拟井筒的侧壁上设置有内口大、外口小的楔形孔，在所述楔形孔中卡装模拟缺陷楔形体，所述模拟缺陷楔形体的外侧壁轮廓与所述楔形孔匹配；在所述模拟缺陷楔形体的大端设置凹槽，所述凹槽边缘为圆弧面，所述圆弧面与所述测试套管短接贴合使所述模拟缺陷楔形体与所述测试套管短接之间形成空腔；在其中一个所述端盖上设置管状连接件，所述管状连接件的一端伸入测试套管短接的内部，另一端通过注液泵与流体源连接，在另一个所述端盖上设置第一压力传感器，所述第一压力传感器的测量端伸入所述测试套管短接的内部；在所述模拟缺陷楔形体的小端安装第二压力传感器和温度传感器，所述第二压力传感器和温度传感器的测量端伸入所述空腔；在所述模拟缺陷楔形体的小端设置与所述空腔相通的注液孔。

进一步地，在每一个所述端盖的外侧设置一个防护盖，所述防护盖由两个半圆形盖体构成，两个所述半圆形盖体均通过滑轮滑动设置在一条导轨上，两条所述导轨呈平行分布且分别间隔布置在所述底座的外侧；当两个所述半圆形盖体扣合时，所述防护盖罩住所述端盖；在所述端盖的侧边沿周向分布有多个螺栓孔，在所述半圆形盖体的侧边上设置有定位螺栓孔。

进一步地，所述模拟井筒采用金属圆筒。

进一步地，所述测试套管短接的两端与所述端盖均通过螺纹连接。