[发明专利]一种浅层固井水泥气密性测试装置及方法

说明书

本发明涉及一种浅层固井水泥气密性测试装置及方法，其包括实验箱、胶结筒、模拟套筒以及注气加压设备；实验箱为开口向上的箱体；胶结筒放置在实验箱中心，胶结筒底部与实验箱底部内壁不接触，胶结筒外壁与实验箱内壁之间形成用于填装实验用土的第一环空；模拟套筒同轴插设在胶结筒内部，模拟套筒上部伸出胶结筒，且模拟套筒外壁与胶结筒内壁之间形成用于填充达到侯凝标准的水泥浆的第二环空，模拟套筒上部外壁与实验箱上部内壁之间形成用于填充水或钻井液的第三环空；注气加压设备通过快插接头与模拟套筒内部连通。本发明可以广泛应用于浅层固井水泥气密性测试领域。

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别涉及一种浅层固井水泥气密性测试装置及方法。

背景技术

随着钻探开发的持续深入发展，面临的井下地质条件越来越恶劣，固井过程中，水泥浆被注入套管与井壁之间的环空，水泥浆在井下高温高压的环境下最终凝固形成与井壁和套管之间具有一定密封性能的水泥环。在浅层固井初期，浅层流和浅层气容易气窜，产生窜槽，影响水泥石胶结强度，降低了水泥的环空封堵性能，给钻井作业带来安全隐患，因此水泥环的密封性能是影响井筒完整性和固井质量的重要因素之一。然而，现有技术中并没有对浅层固井实验中水泥环的气密性进行测试的装置，导致无法对井筒完整性和固井质量进行评价。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种浅层固井水泥气密性测试装置及方法，该装置通过记录的侯凝时间、气泡返出位置和采集到的精确压力值，实现了对水泥气密性的测量与评价，且操作方便。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种浅层固井水泥气密性测试装置，其包括：实验箱、胶结筒、模拟套筒以及注气加压设备；所述实验箱为开口向上的箱体；所述胶结筒放置在所述实验箱中心，所述胶结筒底部与所述实验箱底部内壁不接触，所述胶结筒外壁与所述实验箱内壁之间形成用于填装实验用土的第一环空；所述模拟套筒同轴插设在所述胶结筒内部，所述模拟套筒上部伸出所述胶结筒，且所述模拟套筒外壁与所述胶结筒内壁之间形成用于填充达到侯凝标准的水泥浆的第二环空，所述模拟套筒上部外壁与所述实验箱上部内壁之间形成用于填充水或钻井液的第三环空；所述注气加压设备通过快速接头与所述模拟套筒内部连通。

所述胶结筒包括胶结筒筒体、胶结筒底座和胶结筒上盖；所述胶结筒底座用于在向所述胶结筒内注入水泥浆时，对所述胶结筒筒体底部进行密封；所述胶结筒上盖用于封盖盛满水泥浆的所述胶结筒筒体顶部。

所述胶结筒上盖上设置有用于测试气密性时排出气体的排气孔。

所述模拟套筒包括底部开口的套筒筒体和套筒上盖，所述套筒筒体和套筒上盖密封连接。

所述套筒筒体和套筒上盖焊接密封。

所述快速接头通过螺纹、垫圈与模拟套筒的套筒上盖密封连接。

所述注气加压设备包括加压泵、注气套管和压力计；所述加压泵一端与气源相连，另一端与所述注气套管相连，所述注气套管另一端通过所述快速接头与所述模拟套筒的内腔相连通；所述压力计设置在所述注气套管上。

一种浅层固井水泥气密性测试方法，其包括以下步骤：

1)在实验箱下覆土层后，插入胶结筒，在胶结筒周边敷设土层，并反复压实静置；

2)取出胶结筒，插入模拟套筒，注入在胶结筒中配置成型的水泥，并在土层上方注水形成水层，等待侯凝时间点；

3)到达侯凝时间点后，通过注气加压设备向模拟套筒内缓慢注气加压；

4)憋压预设时间后，观察泥线处刚刚出现气泡返出时，气压大小和气泡返出位置；

5)持续注气预设时间，连续观察气泡数量、位置及气压大小的变化情况，验证第一胶结面和第二胶结面的固井密封性。