[发明专利]可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价方法

权利要求书

1.一种可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价方法，其特征在于：所述评价方法采用的可倾斜且可偏心的固井第二界面胶结质量评价装置为：包括釜体、控制阀门、泥浆泵(34)、压力表、流量计(38)、集气瓶(39)、中间容器、液压泵、计算机(44)、造斜固定架(45)、支撑架、转动臂(50)和刻度盘(52)；其特征在于：釜体由内向外依次为天然岩心(17)、假岩心(16)、加热保温套(15)、第一支撑架(46)和第二支撑架(47)，釜体上部和下部分别设置有椭圆形上圆台(13)和下圆台(14)；所述天然岩心(17)、假岩心(16)与下釜盖(6)相连，天然岩心(17)、假岩心(16)与下釜盖(6)之间通过密封槽(7)确保密封；加热保温套(15)加热釜体内部，模拟地层温度，其内有热电偶和温度传感器，电连接计算机(44)，对温度进行记录和监控，同时，计算机(44)与第三压力表(37)和流量计(38)电连接、对压力和流量进行记录和监控；

上圆台(13)一侧设置有上调节螺钉(20)，另一侧设置有上固定螺钉(21)，下圆台(14)一侧设置有下调节螺钉(8)，另一侧设置有下固定螺钉(9)，上调节螺钉(20)和下调节螺钉(8)皆设置有偏移距离刻度尺，拧动上调节螺钉(20)或下调节螺钉(8)挤压上釜盖或下釜盖平移；

支撑架固定在造斜固定架(45)上，第一支撑架(46)和第二支撑架(47)分别由第一固定螺栓(48)和第二固定螺栓(49)连接，转动转动臂(50)，使刻度指针(53)转角满足所需井斜角，角度在刻度盘(52)上，转动臂由转动臂固定螺栓(51)固定；

上圆台(13)通过上螺栓(54)与上釜盖(19)连接，二者存在上环形密封圈确保密封，上环形密封圈(22)嵌于上釜盖内，并且宽度大于天然岩心的最大平移距离即环空的宽度；上釜盖(19)上存在一条通道即测窜气出口(23)，与天然岩心(17)和上釜盖(19)的间隙相连；

下圆台(14)通过螺栓(10)与下釜盖(6)连接，二者存在下环形密封圈(5)确保密封，下环形密封圈(5)嵌于下釜盖(6)内，并且宽度大于天然岩心的最大平移距离即釜体环空(18)的宽度；下釜盖(6)上存在三条通道：一是环空排液口(2)，与釜体环空(18)相连，二是测窜气入口(1)，与假岩心(16)中间通道相连，三是围压入口(3)，与围压环空(24)相连；下釜盖(6)上部，在天然岩心(17)与釜体(12)之间的环空内挤入一密封垫(4)，隔离和阻挡水泥流入下部环空排液口(2)的通道；

上圆台(13)和下圆台(14)上都对称存在平移槽(57)，平移槽(57)中为上螺栓(54)或螺栓(10)，所述平移槽(57)长度大于天然岩心平移的最大距离，即釜体环空(18)的宽度，以保证获得尽量大范围的偏心度，且天然岩心居中时，螺栓(10)位于平移槽(57)的起点；

第二界面是指水泥环与天然岩心(17)形成的胶结面；所述测窜气入口(1)注入高压气体，对第二界面测窜；所述测窜气出口与上釜盖(19)和天然岩心(17)的间隙相连，收集并排出第二界面气窜的气体；

测窜气出口(23)连接三条管线：一是钻井液注入管线，实现钻井液注入，冲洗液、隔离液循环；二是养护施压管线，实现密封槽(7)的密封性检验、水泥环养护、泥饼形成时的施压；三是气窜气体检测管线，实现测窜气体的检测和收集；

环空排液口(2)连接环空排液管线，实现钻井液排放和冲洗液、隔离液循环；

测窜气入口(1)连接两条管线：一是气窜气体加压管线，实现气窜气体向第二界面输入和加压；二是钻井液滤失管线，实现密封槽(7)密封性检验和钻井液滤液的排放；

围压入口(3)与围压管线相连，确保密封槽(7)与天然岩心(17)和假岩心(16)之间的密封性；

其中，

所述钻井液注入管线，检验过密封槽(7)与天然岩心(17)和假岩心(16)之间的密封性后，只打开第二控制阀门(26)，其他控制阀门均关闭，在泥浆泵(34)的作用下，钻井液流经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入釜体环空(18)，关闭第二控制阀门(26)；泥饼形成后，打开第八控制阀门(32)，将钻井液从环空排液口(2)排出，将泥浆泵(34)中的钻井液替换成冲洗液，再打开第二控制阀门(26)，其他控制阀门均关闭，在泥浆泵(34)的作用下，冲洗液流经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入釜体环空，由环空排液口(2)，经第八控制阀门(32)流出釜体环空(18)；冲洗液完成循环后，将泥浆泵(34)中的冲洗液替换成隔离液，在泥浆泵(34)的作用下，隔离液流经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入釜体环空(18)，由环空排液口(2)，经第八控制阀门(32)流出釜体环空(18)；

所述养护施压管线，在检验密封槽密封性前，打开第一控制阀门(25)、和第九控制阀门(33)，其他控制阀门均关闭，利用第一液压泵(42)，压力流体由第一中间容器(40)，经第一控制阀门(25)和第一压力表(35)，由测窜气入口(1)注入釜体内部；当完成钻井液注入后，打开第一控制阀门(25)，利用第一液压泵(42)，压力流体由第一中间容器(40)，经第一控制阀门(25)和第一压力表(35)，由测窜气入口(1)注入压力流体，达到模拟井下钻井液所受到的压力条件，模拟泥饼形成；水泥浆注入釜体之后，只打开第一控制阀门(25)和第九控制阀门(33)，其他控制阀门均关闭，此时在第一液压泵(42)的作用下，打开第一控制阀门(25)，其他控制阀门均关闭，利用第一液压泵(42)，压力流体由第一中间容器(40)，经第一控制阀门(25)和第一压力表(35)，由测窜气入口(1)注入釜体内部，达到模拟井下水泥所受压力条件；

所述气窜气体加压管线，打开第六控制阀门(30)和第七控制阀门(31)，其他控制阀门均关闭，利用第一液压泵(42)，经第二中间容器(41)向测窜气入口(1)注入测窜气体，气体经第六控制阀门(30)进入密封槽(7)内，对第二界面胶结质量进行检测；

所述气窜气体检测管线，打开第三控制阀门(27)、第六控制阀门(30)和第七控制阀门(31)，其他控制阀门均关闭，气体由测窜气出口(23)排出，经第三控制阀门(27)和流量计(38)，由装满液体的集气瓶(39)收集；

所述环空排液管线，泥饼形成后，打开第八控制阀门(32)，其他控制阀门均关闭，钻井液从环空排液管线排出；钻井液排出后，将泥浆泵(34)中的钻井液替换成冲洗液，在泥浆泵(34)的作用下，冲洗液经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入釜体内部，由环空排液口(2)流出釜体环空，经第八控制阀门(32)流出环空排液管线；完成冲洗液循环后，将泥浆泵(34)中的冲洗液替换成隔离液，隔离液经第二控制阀门(26)，由测窜气出口流入釜体内部，由环空排液口流出体，经第八控制阀门(32)流出环空排液管线，完成隔离液循环；

所述钻井液滤失管线，对下釜盖密封槽(7)与天然岩心(17)和假岩心(16)密封性进行检验时，打开第五控制阀门(29)，其他控制阀门均关闭，若密封性不良，压力流体由测窜气入口(1)流出，经第五控制阀门(29)流出钻井液滤失管线；完成钻井液施压后，打开第五控制阀门(29)，在钻井液压力的作用下，滤液由测窜气入口(1)流出，经第五控制阀门(29)流出钻井液滤失管线；

所述围压管线，打开第四控制阀门(28)，利用第二液压泵(43)，压力流体由围压入口(3)流入围压环空(24)，完成密封；

所述天然岩心(17)为直径25.4mm的小岩心，在现场较容易获得；

所述评价方法包括如下步骤：

第一步：调节偏心度

a、将上釜盖(19)与下釜盖(6)都拆下，先将假岩心(16)放入下釜盖密封槽(7)中，再将天然岩心(17)放到假岩心(16)上方，将下釜盖(6)连接至釜体(12)，此时下釜盖螺栓(10)无需拧紧；

b、拧动下调节螺钉(8)，此时岩心会随下釜盖(6)平移，以此调节所需偏心度；

c、达到所需偏心度后拧动下固定螺钉(9)将下釜盖(6)固定好，之后立即拧紧螺栓(10)，并用上调节螺钉(20)将上釜盖(19)调节好，上固定螺钉(21)将上釜盖(19)固定好，之后立即拧紧上螺栓(54)；

第二步：调节井斜角

将第一支撑架(46)和第二支撑架(47)固定在造斜固定架(45)上，拧紧第一固定螺栓(48)和第二固定螺栓(49)使第一支撑架(46)和第二支撑架(47)相连，固定釜体(12)，转动转动臂(50)，使刻度指针(53)转角满足所需井斜角，角度在刻度盘(52)上，再用转动臂固定螺栓固定转动臂；

第三步：密封性检验

a、连接围压管线，打开第四控制阀门(28)，其它控制阀门均关闭，利用第二液压泵(43)向围压环空(24)内注入压力流体，观察第二压力表(36)的示数，直到示数为2MPa，关闭第四控制阀门(28)；

b、连接养护施压管线，打开第一控制阀门(25)和第九控制阀门(33)，其它控制阀门均关闭，利用第一液压泵(42)向釜体环空(18)内慢慢注入压力流体，观察釜体环空养护压力值，适时调节密封压力，始终保持密封压力大于釜体压力2MPa，釜体环空(18)压力每升高1MPa，打开第五控制阀门(29)，检验是否有压力流体从测窜入口流出，直到环空养护压力升至后续水泥养护压力且没有液体从测窜气入口流出为止；

第四步：形成泥饼、冲洗液冲洗和隔离液循环

a、根据实验要求确保密封性后，根据钻井液循环管线要求连接好管路，并打开加热保温套(15)加热至实验所需温度20℃-200℃；

b、钻井液在泥浆泵(34)的作用下被吸入，流经第二控制阀门(26)，由测窜气出口(23)流入环空内部，当达到设置钻井液注入量后，关闭第二控制阀门(26)；

c、利用第一液压泵(42)，通过测窜气出口(23)注入钻井液养护所需压力的压力流体，同时打开第五控制阀门(29)，以便于钻井液滤液能够顺利从测窜口排出；

d、根据实验需要，养护1-3天，同时观察钻井液的滤失情况，养护压力下降应及时调节至所需养护压力，达到养护时间后，关闭第一控制阀门(25)和第五控制阀门(29)，打开第八控制阀门(32)，经过环空排液口(2)将钻井液排净；

e、连接钻井液循环管线，将泥浆泵(34)中的钻井液替换成固井注水泥前常用冲洗液，打开第二控制阀门(26)，冲洗液从测窜气出口(23)流入，从环空排液口(2)流出，冲洗时间根据模拟工况调整，冲洗完成后，将冲洗液替换成隔离液，循环一段时间后将装置内液体排净，冲洗时间根据固井工艺要求调整；

第五步：水泥注入及养护

a、取下下釜盖(6)，根据偏心度确定密封垫(4)的形状，并将其挤入岩心与釜体内侧面之间，再次安装好下釜盖(6)，打开上釜盖(19)，利用管线向环空内由下至上缓慢注入水泥浆，再次安装好上釜盖(19)；

b、打开加热保温套(15)加热至实验设定温度，温度为模拟井段的地层温度，连接养护施压管线，向装置内部泵入水泥浆养护所需压力的液压流体，压力大小根据所模拟的地层压力以及水泥环自重分析计算得出，根据实验需求在设定的条件下养护1-3天；

第六步：第二界面胶结质量检验

连接气体注入管线和检测管线，只打开第六控制阀门(30)和第七控制阀门(31)，其它控制阀门均关闭，利用第一液压泵(42)，经第二中间容器(41)向测窜入口注入测窜气体，对第二界面胶结质量进行检测，逐渐升高气压，观察测窜气入口(1)处的压力变化即第三压力表(37)的读数以及测窜出口流量计(38)和集气瓶(39)的变化，若观察到第三压力表(37)和流量计(38)读数显著变化或者集气瓶内产生气泡，则表明第二界面已发生气窜，此时测窜入口压力即第三压力表(37)的读数则为该界面抵抗气窜的压力值，该值越大说明界面胶结效果越好。