一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術屬于石油固井工程技術領域，具體涉及一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置及方法。通過恒溫油槽、水泥釜體、氣水釜體、滲透塊、加熱裝置、第一活塞、第二活塞、加熱介質、氣水源、兩個電磁閥、兩個液壓缸和控制系統的有機組合而成的裝置，經仿真環境水泥防竄能力評價裝置連接、加熱、往氣水釜體和水泥釜體內加入介質、加壓、觀察氣或水侵竄情況并計算侵入水或氣的量五個步驟，接近實際工況的對水泥防竄能力進行精確評價。本發明專利技術采用恒溫油槽加熱方式，受熱均勻、溫度恒定且便于控制。本發明專利技術采用密封釜體+活塞控制方式達到地層壓力，使得實驗結果更加精確，且較方便的觀測到水泥失重過程中的侵竄情況，通過計算精確的得到氣或水侵竄量。

A device and method for evaluating the anti channeling ability of cement in simulation environment

The invention belongs to the technical field of oil well cementation engineering, in particular to a device and method for evaluating the anti channeling ability of cement in simulation environment. Through the combination of constant temperature oil tank, cement kettle, gas water kettle, permeable block, heating device, first piston, second piston, heating medium, gas water source, two solenoid valves, two hydraulic cylinders and control system, the device is connected, heated, added medium, pressurized, observed gas or Water breakthrough and calculate the amount of water or gas to be invaded in five steps, close to the actual conditions of the cement anti channeling ability for accurate evaluation. The invention adopts a constant temperature oil tank heating mode, which has uniform heating, constant temperature and easy control. The invention adopts the control mode of sealed kettle body + piston to achieve the formation pressure, which makes the experimental results more accurate, and more convenient to observe the invasion and channeling in the process of cement weightlessness, and accurately calculate the amount of gas or water invasion and channeling.

【技術實現步驟摘要】
一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置及方法
本專利技術屬于石油固井工程
，具體涉及一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置及方法。
技術介紹
固井的主要目的是實現良好的層間封閉，保證安全鉆進與油氣開采；固井后的早期氣竄是指水泥漿失重后，環空液柱壓力欠平衡，氣體穿過水泥漿濾餅，侵入環空，向井口運移的現象，與水泥漿失重、氣體在水泥漿柱內運移的壓力、溫度等因素密切相關。而固井后的環空氣竄將導致層間封隔失效，嚴重時可能出現井口冒油冒氣，甚至發生不可控井噴，造成巨大損失。為了避免出現固井后早期氣竄現象的發生，常常在固井前進行仿真環境的水泥防竄能力評價。但現有技術中采用的仿真環境水泥防竄能力評價裝置及方法有多種，有的裝置雖然可模擬地層溫度，但采用釜體內、外加熱絲方式加熱，加熱的均勻性難以保證；有的裝置雖然能夠仿照地層壓力進行實驗，但由于兩個釜體壓力不均產生竄流，影響了實驗的結果，不能真正的反應實際工況環境下的水泥防竄能力。
技術實現思路
本專利技術提供了一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置及方法，目的之一在于提供一種受熱均勻，溫度恒定且便于控制的仿真環境水泥防竄能力評價裝置及方法；目的之二在于提供一種使兩個釜體壓力均勻，不產生竄流，從而獲取精確實驗結果的仿真環境水泥防竄能力評價裝置及方法；目的之三在于提供一種更接近實際工況的仿真環境水泥防竄能力評價裝置及方法。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置，包括恒溫油槽，水泥釜體，水泥釜體連接在恒溫油槽內；氣水釜體，氣水釜體連接在恒溫油槽內，并與水泥釜體通過管路連通，氣水釜體上表面開有通氣孔；滲透塊，滲透塊連接在氣水釜體與水泥釜體連通的管路內，且滲透塊與連通的管路間密封；加熱裝置，加熱裝置與恒溫油槽內側壁連接；第一活塞，第一活塞連接在水泥釜體上，第一活塞上設置有第一活塞連桿；第二活塞，第二活塞連接在氣水釜體上，第二活塞上設置有第二活塞連桿；加熱介質，加熱介質填充在恒溫油槽內；氣水源，氣水源通過通氣孔與氣水釜體連通；第一電磁閥，第一電磁閥連接在氣水釜體與水泥釜體連通的管路上；第二電磁閥，第二電磁閥連接在氣水源輸出端端口；第一液壓缸，第一液壓缸底面連接在恒溫油槽內側壁上，第一液壓缸的輸出端與第一活塞連桿連接；第二液壓缸，第二液壓缸底面連接在恒溫油槽內側壁上，第二液壓缸的輸出端與第二活塞連桿連接；控制系統，控制系統分別與第一電磁閥、第二電磁閥、第一液壓缸、第二液壓缸和加熱裝置電信號連接。還包括第一壓力表和第二壓力表；所述第一壓力表連接在水泥釜體上，所述第二壓力表連接在氣水釜體上；所述第一壓力表和第二壓力表分別與控制系統電信號連接。所述的加熱裝置采用的是電加熱絲，所述電加熱絲設置多組。所述的滲透塊采用是巖芯或無釉陶瓷。還包括溫度控制表；所述的溫度控制表連接在加熱裝置上，且溫度控制表與控制系統電信號連接。所述的加熱介質采用的礦物油。一種仿真環境水泥防竄能力評價方法，包括如下步驟步驟一：仿真環境水泥防竄能力評價裝置連接將水泥釜體、氣水釜體裝入恒溫油槽內，并與控制系統連接；在氣水釜體與水泥釜體連通的管路內裝入滲透塊，滲透塊與管路間密封；步驟二：加熱步驟一完成后開啟加熱裝置，使恒溫油槽溫度達到預設溫度；步驟三：往氣水釜體和水泥釜體內加入介質步驟二完成后，關閉連接在水泥釜體與氣水釜體連通管路上的第一電磁閥，在水泥釜體中加入待測水泥，蓋上活塞，同時控制系統開啟第二電磁閥給氣水釜體中充氣或水；步驟四：加壓步驟三完成后，利用第一活塞推動水泥加壓，同時給氣水釜體加壓，利用控制系統控制氣水釜體和水泥釜體中壓力達到預設值，并記錄此時兩釜體活塞位置和溫度；步驟五：觀察氣或水侵竄情況并計算侵入水或氣的量步驟四完成后，打開氣水釜體和水泥釜體連接處電磁閥，通過控制系統控制水泥釜體中第一活塞，逐漸降低水泥釜體中水泥壓力，觀察氣、水侵竄情況，并計算在該溫度、壓力下侵入水泥的氣體或水的量。所述的步驟四中利用控制系統控制氣水釜體和水泥釜體的壓力相等。所述的步驟四中的氣水釜體的壓力預設值是相應井段的地層壓力值。所述的步驟五計算在該溫度、壓力下侵入水泥的氣體或水的量是利用活塞運動距離δL與釜體橫截面的乘積得到的。有益效果：1、本專利技術采用恒溫油槽加熱方式，受熱均勻、溫度恒定且便于控制。2、本專利技術采用密封釜體+活塞控制方式，能夠達到地層壓力，并設計電磁閥，水泥釜體與水、氣釜體同時達到設定壓力時，再打開電磁閥，排除了由于兩個釜體壓力不均產生的竄流，使得實驗結果更加精確。3、本專利技術通過在水泥釜體與氣水釜體連接處設置滲透塊，當電磁閥打開水泥釜體與氣水釜體連通時，侵竄需通過滲透塊方可進入水泥，較好的模擬了地層的滲透性，使得實驗更接近實際工況。4、本專利技術利用控制系統擬合水泥漿失重，控制水泥釜體中的水泥壓力變化，從而較方便的觀測到水泥失重過程中的侵竄情況。5、本專利技術利用活塞推動氣水釜體中氣體或水，壓力始終保持最初壓力，當發生侵竄時，活塞會移動位置δL，氣、水侵竄量可由δL結合釜體橫截面計算侵入量，測試結果更接近實際工況。上述說明僅是本專利技術技術方案的概述，為了能夠更清楚的了解本專利技術的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本專利技術的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術結構示意圖；圖2是本專利技術流程圖。圖中：1-水泥釜體；2-第一活塞；3-第一活塞連桿；4-第一壓力表；5-第一電磁閥；6-滲透塊；7-第二壓力表；8-第二活塞；9-氣水釜體；10-第二活塞連桿；11-加熱裝置；12-恒溫油槽；13-控制系統；14-氣水源；15-加熱介質；16-數據傳輸線；17-通氣孔；18-第一液壓缸；19-第二液壓缸；20-溫度控制表；21-第二電磁閥。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例一：根據圖1所示的一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置，包括恒溫油槽12，水泥釜體1，水泥釜體1連接在恒溫油槽12內；氣水釜體9，氣水釜體9連接在恒溫油槽12內，并與水泥釜體1通過管路連通，氣水釜體9上表面開有通氣孔17；滲透塊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置，其特征在于：包括/n恒溫油槽(12)，/n水泥釜體(1)，水泥釜體(1)連接在恒溫油槽(12)內；/n氣水釜體(9)，氣水釜體(9)連接在恒溫油槽(12)內，并與水泥釜體(1)通過管路連通，氣水釜體(9)上表面開有通氣孔(17)；/n滲透塊(6)，滲透塊(6)連接在氣水釜體(9)與水泥釜體(1)連通的管路內，且滲透塊(6)與連通的管路間密封；/n加熱裝置(11)，加熱裝置(11)與恒溫油槽(12)內側壁連接；/n第一活塞(2)，第一活塞(2)連接在水泥釜體(1)上，第一活塞(2)上設置有第一活塞連桿(3)；/n第二活塞(8)，第二活塞(8)連接在氣水釜體(9)上，第二活塞(8)上設置有第二活塞連桿(10)；/n加熱介質(15)，加熱介質(15)填充在恒溫油槽(12)內；/n氣水源(14)，氣水源(14)通過通氣孔(17)與氣水釜體(9)連通；/n第一電磁閥(5)，第一電磁閥(5)連接在氣水釜體(9)與水泥釜體(1)連通的管路上；/n第二電磁閥(21)，第二電磁閥(21)連接在氣水源(14)輸出端端口；/n第一液壓缸(18)，第一液壓缸(18)底面連接在恒溫油槽(12)內側壁上，第一液壓缸(18)的輸出端與第一活塞連桿(3)連接；/n第二液壓缸(19)，第二液壓缸(19)底面連接在恒溫油槽(12)內側壁上，第二液壓缸(19)的輸出端與第二活塞連桿(10)連接；/n控制系統(13)，控制系統(13)分別與第一電磁閥(5)、第二電磁閥(21)、第一液壓缸(18)、第二液壓缸(19)和加熱裝置(11)電信號連接。/n...

【技術特征摘要】
1.一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置，其特征在于：包括
恒溫油槽(12)，
水泥釜體(1)，水泥釜體(1)連接在恒溫油槽(12)內；
氣水釜體(9)，氣水釜體(9)連接在恒溫油槽(12)內，并與水泥釜體(1)通過管路連通，氣水釜體(9)上表面開有通氣孔(17)；
滲透塊(6)，滲透塊(6)連接在氣水釜體(9)與水泥釜體(1)連通的管路內，且滲透塊(6)與連通的管路間密封；
加熱裝置(11)，加熱裝置(11)與恒溫油槽(12)內側壁連接；
第一活塞(2)，第一活塞(2)連接在水泥釜體(1)上，第一活塞(2)上設置有第一活塞連桿(3)；
第二活塞(8)，第二活塞(8)連接在氣水釜體(9)上，第二活塞(8)上設置有第二活塞連桿(10)；
加熱介質(15)，加熱介質(15)填充在恒溫油槽(12)內；
氣水源(14)，氣水源(14)通過通氣孔(17)與氣水釜體(9)連通；
第一電磁閥(5)，第一電磁閥(5)連接在氣水釜體(9)與水泥釜體(1)連通的管路上；
第二電磁閥(21)，第二電磁閥(21)連接在氣水源(14)輸出端端口；
第一液壓缸(18)，第一液壓缸(18)底面連接在恒溫油槽(12)內側壁上，第一液壓缸(18)的輸出端與第一活塞連桿(3)連接；
第二液壓缸(19)，第二液壓缸(19)底面連接在恒溫油槽(12)內側壁上，第二液壓缸(19)的輸出端與第二活塞連桿(10)連接；
控制系統(13)，控制系統(13)分別與第一電磁閥(5)、第二電磁閥(21)、第一液壓缸(18)、第二液壓缸(19)和加熱裝置(11)電信號連接。


2.如權利要求1所述的一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置，其特征在于：還包括第一壓力表(4)和第二壓力表(7)；所述第一壓力表(4)連接在水泥釜體(1)上，所述第二壓力表(7)連接在氣水釜體(9)上；所述第一壓力表(4)和第二壓力表(7)分別與控制系統(13)電信號連接。


3.如權利要求1所述的一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置，其特征在于：所述的加熱裝置(11)采用的是電加熱絲，所述電加熱絲設置多組。


4.如權利要求1所述的一種仿真環境水泥防竄能力評價裝置，其特征在于：所述的滲透塊(6)采用是巖芯或無釉陶瓷。

【專利技術屬性】
技術研發人員：王海平，魏周勝，周興春，曾勇，李志剛，安娜，
申請(專利權)人：中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61