[实用新型]固井工程环空顶替实验装置

说明书

本实用新型公开了一种固井工程环空顶替实验装置，包括井筒系统、循环系统、监测系统和控制系统，所述的监测系统主要由计算机、电阻层析成像主机和电极传感器组组成，电极传感器组通过法兰与井筒系统的外筒相连接，电阻层析成像主机通过电极传感器采集、整理电压信号并输送至计算机，由计算机对电压信号进行分析处理。本实用新型既能有效监测现场用水泥浆、钻井液等固井流体在环空的顶替流动情况，确保测量结果的真实性、可靠性，又具有成本低、操作方便、稳定性高、自动化程度高、精确性高、现场应用性强等优点。

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻完井中固井工程用的流动实验技术领域，确切地说涉及一种环空顶替实验装置。

背景技术

固井工程是指向井内下入套管，并向井眼与套管或套管与套管之间的环形空间注入水泥的系统工程，主要目的是实现良好的层间封隔并固定套管。注水泥作业中需要向环空注入冲洗液、隔离液、水泥浆等多种流体，是一个复杂的多相流顶替过程，然而由于对环空多相流顶替机理的认识不完善、井眼条件的复杂性等多种原因，极大程度降低了注水泥过程中环空钻井液的置换效率，导致环空水泥浆顶替效率不高，钻井液窜槽现象严重，界面胶结质量较差，影响了层间封隔质量。

目前，在固井工程环空多相流实验中，国内外采用的实验装置和实验方法有多种，但均存在明显不足：候凝切片实验法需要等环空中的水泥浆凝固后把井筒剖开，观察水泥石在环空的分布情况推断顶替效率，但是该方法操作复杂、实验时间长、成本较高，且无法测量流动中的顶替效率，不利于深入研究；激光测速实验法可以监测环空多相流的真实流动状态，测量顶替效率，但是由于要求测量液体具有良好透光性，因此无法测量真实水泥浆等现场使用浆体进行实验，导致实验结果与现场实际有较大差距；温度测量实验法能够测量真实水泥浆、钻井液等在环空的流动情况，但是在测量中需要把温度传感器浸入环空流场，因此会对流场产生干扰，影响实验结果，并且流动过程中热量散失较大，实验误差大。同时，现有环空顶替实验装置在调整偏心度、井斜等实验影响因素时，普遍存在精确性低、操作复杂等缺点。

公开号为103174397A，公开日为2013年6月26日的中国专利文献公开了一种用于模拟固井水泥浆顶替效率试验装置，包括有井筒系统以及与其配套的装置台架系统、配浆系统、循环顶替系统，井筒系统包括井筒与套在井筒内的套管，井筒底端封闭，头端为与循环顶替系统活动连接的出口；套管底端与井筒底端之间有空隙，形成环流通道，套管头端为与循环顶替系统活动连接的入口。该发明还提供了使用该装置进行固井水泥浆顶替效率模拟实验的方法。采用该装置和方法能够模拟不同流态下水泥浆的顶替作用，实时监测多种井斜角度、不同尺寸井筒、不同偏心度、不同相似液等条件下水泥浆的顶替效率，方便进行多角度全方位的试验。

但以上述专利文献为代表的现有技术，没有充分利用电阻层析成像技术应用到环空顶替模拟实验装置上，不能准确测量真实水泥浆、钻井液等在环空中的顶替流动过程，通用性不强，难以满足工程模拟和研究的需要。

发明内容

本实用新型旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种固井工程环空顶替实验装置，本实用新型既能有效监测现场用水泥浆、钻井液等固井流体在环空的顶替流动情况，确保测量结果的真实性、可靠性，又具有成本低、操作方便、稳定性高、自动化程度高、精确性高、现场应用性强等优点。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：

一种固井工程环空顶替实验装置，包括井筒系统、循环系统、监测系统和控制系统，其特征在于：所述的监测系统主要由计算机、电阻层析成像主机和电极传感器组组成，电极传感器组通过法兰与井筒系统的外筒相连接，电阻层析成像主机通过电极传感器采集、整理电压信号并输送至计算机，由计算机对电压信号进行分析处理。

所述的井筒系统主要由内筒、外筒、组合台架和井斜调节机构组成，其中内筒置于外筒内形成环形空间，内筒的一端与联轴器连接，外筒的外壁设置有角度传感器，外筒的外壁与井斜调节机构相连接，内筒和外筒安装于组合台架上。