[发明专利]一种固井初始作用力测量装置及方法

说明书

本发明属于油气井钻完井技术领域，涉及一种固井初始作用力测量装置及方法。包括中空的套管，内含导热流体；加热丝置于套管的导热流体内，通过线路与温控装置相连；套管内壁贴有耐高温应变片Ⅰ，套管外侧由内向外依次连接水泥环/浆层、模拟地层；模拟地层的外侧贴有耐高温应变片Ⅱ；所述模拟地层内设高压管线，高压管线与水泥环/浆层相连；模拟地层上端设有上盖、下端设有下盖。本发明提供了一种油气井固井作业完成时套管与水泥环之间、水泥环与地层之间初始作用力的测量装置及方法，能够测量固井作业完成时套管与水泥环之间、水泥环与地层之间的初始作用力。

技术领域：

本发明属于油气井钻完井技术领域，涉及一种固井初始作用力测量装置及方法，具体涉及一种油气井固井作业完成时套管与水泥环之间、水泥环与地层之间初始作用力的测量装置及方法。

背景技术：

目前，井口环空带压现象是油气井生产过程中遇到的突出问题，严重制约着油气藏的安全高效开发。导致井口环空带压的因素很多，其中井下温、压力变化是最常见的也是最主要的因素之一。这是因为在油气井的寿命阶段内，井筒要经历测试、生产和后续作业等多个过程，不可避免地会造成井下温度和压力变化。由于套管、水泥环和地层的机械性能不同，温压变化会造成三者的变形不协调，造成水泥环破坏或一二界面胶结失效，形成气体窜流通道，进而发生气体窜流和形成井口环空带压现象。因此，研究温度和压力变化对套管-水泥环-地层系统应力及变形的影响规律对于预防该类环空带压问题具有重要的指导意义。

现有研究方法中，有限元数值模拟是研究温压变化对套管-水泥环-地层系统应力及变形影响规律的主要方法之一。该方法主要利用数值模拟软件建立套管-水泥环-地层系统模型，然后改变井筒的温度和压力，模拟计算套管-水泥环-地层系统的应力和变形，分析不同因素对系统密封失效的影响。

而现有的有限元数值模拟中，基本以固井作业完成时为起始点，建立的套管-水泥环-地层系统模型中假设三者之间不存在初始作用力。但现场测量已经证明，固井作业完成时存在着初始作用力，且部分学者从理论上分析了初始作用力的形成机理，却并没有对初始作用力开展进一步的研究，也没有测量初始作用力的相关设备，因而更没有对地层机械性质、地层孔隙尺寸、地层孔隙压力、水泥浆体系性能和水泥浆失重速率等因素对初始作用力的影响开展研究。所以，有必要开发初始作用力测量装置和设计初始作用力测量方法。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是现有的有限元数值模拟中，基本以固井作业完成时为起始点，建立的套管-水泥环-地层系统模型中假设三者之间不存在初始作用力。但现场测量已经证明，固井作业完成时存在着初始作用力，且部分学者从理论上分析了初始作用力的形成机理，却并没有对初始作用力开展进一步的研究。

为解决上述问题，本发明提供一种油气井固井作业完成时套管与水泥环之间、水泥环与地层之间初始作用力的测量装置及方法，能够测量固井作业完成时套管与水泥环之间、水泥环与地层之间的初始作用力。