[发明专利]一种模拟缝网改造地层套管变形的实验装置及实验方法

说明书

本发明涉及的是一种模拟缝网改造地层套管变形的实验装置及实验方法，其中模拟缝网改造地层套管变形的实验装置包括外力加载系统、套管、水泥块和检测系统，外力加载系统包括箱体、加载油缸组件、封板、液压系统水泥块中提前预置缝网结构，模拟缝网改造地层，应力应变片均匀贴置在套管外壁，套管插入通孔中，水泥块置于箱体中，箱体顶面安装多个加载油缸组件，对套管施加垂直载荷，箱体左侧面安装多个加载油缸组件，对套管施加水平载荷，箱体前端面安装一个加载油缸组件，对套管施加沿套管轴向载荷；检测系统包括应力应变片、信号转换器，计算机。本发明能有效模拟缝网改造条件下实际套管受力情况，准确、实时的监测和检测套管变形失效的过程。

技术领域：

本发明涉及的是油气井工程领域的实验装置与方法，具体涉及的是一种模拟缝网改造地层套管变形的实验装置及实验方法。

背景技术：

缝网改造技术是“人造”渗透率的新技术，在低渗透页岩储层油气开采领域应用广泛。随着地层缝网改造规模的扩大，套管变形损坏越来越严重。套管变形损坏直接影响油气井减产，甚至导致整个油气井报废。国内外针对缝网改造地层套管变形损坏问题研究不深入，目前亟需找出影响缝网改造过程中套管变形损坏的关键因素。

缝网改造地层套管受力情况十分复杂多变，水平段套管周围即承受径向载荷导致套管发生挤毁、剪切、错断等变形损坏行为，由于套管属于细长杆件，沿套管轴向也受到非均匀载荷，导致套管发生屈曲变形损坏行为。一种机械式模拟套管围压试验装置及其围压方法CN 105606455 A通过机械夹持机构实现了模拟套管围压均匀分布和非均匀分布，但存在明显不足：仅能在套管某一断面施加径向的均匀载荷或非均匀载荷，不能沿着套管轴线方向施加载荷，而且机械机构的灵敏性和精度低。研究压裂问题预制裂缝的方法有真三轴岩样制作裂缝、有采用膨胀剂制作裂缝、环氧树脂填砂制作裂缝、淀粉降解制作裂缝和纤维支撑剂夹层制作裂缝方法，上述方法费时费力，操作复杂。鉴于上述背景，本发明提出一种模拟缝网改造地层套管变形的实验装置及实验方法。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种模拟缝网改造地层套管变形的实验装置，这种模拟缝网改造地层套管变形的实验装置用于有效模拟缝网改造条件下实际套管受力情况，准确、实时的监测和检测套管变形失效的过程，本发明的另一个目的是提供这种模拟缝网改造地层套管变形的实验装置的实验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种模拟缝网改造地层套管变形的实验装置包括外力加载系统、套管、水泥块和检测系统，外力加载系统包括箱体、加载油缸组件、封板、液压系统，箱体顶面设置矩形安装孔、箱体左侧面设置矩形安装孔、箱体右侧面设置矩形安装孔、箱体前端面设置矩形安装孔，箱体后端面设置实验试件的安装通道；加载油缸组件包括加载油缸和加载板，加载板焊接在活塞杆的端部；水泥块由水泥浆料浇筑而成，并且在水泥块中提前预置缝网结构，模拟缝网改造地层，水泥块中心开有通孔，套管插入通孔中，水泥块置于箱体中，箱体顶面矩形安装孔中安装多个加载油缸组件，对套管施加垂直载荷，箱体左侧面矩形安装孔中共安装多个加载油缸组件，对套管施加水平载荷，箱体前端面矩形安装孔中安装一个加载油缸组件，对套管施加沿套管轴向载荷，箱体后端面固定封板；

检测系统包括应力应变片、信号转换器，计算机，应力应变片均匀贴置在套管外壁，通过信号转换器把套管的应力应变信号在计算机上显示并实时监测。

上述方案中加载油缸设置矩形连接法兰，连接法兰与箱体螺栓连接；封板内侧设有凸台，凸台与水泥块紧密贴合，封板中心开有小孔，小孔是检测系统信号线的连接通道；套管为薄壁无缝钢管。

上述方案中箱体上侧面矩形安装孔中共安装3个加载油缸组件，3个加载油缸组件单独动作或同步动作，模拟垂直载荷沿套管轴向非均匀分布和均匀分布；在箱体左侧面矩形安装孔、箱体右侧面矩形安装孔中分别安装3个加载油缸组件，每侧3个加载油缸组件单独动作或同步动作，模拟水平载荷沿套管轴向非均匀分布和均匀分布。