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一種固井水泥石自修復能力的測試設備的制作方法
【專利摘要】本申請提供一種固井水泥石自修復能力的測試設備，其包括測試氣源和水泥石容器，所述水泥石容器的進氣管道與測試氣源連接，所述進氣管道上設置有第一壓力表，所述出氣管道上設置有第一流量計，所述水泥容器設置有容納水泥石的第一腔體，所述第一腔體的壁體為彈性材料，所述第一腔體與分別所述進氣管道和出氣管道連通，所述第一腔體設置在第二腔體內，所述第一腔體與第二腔體之間形成所述密封腔室，所述密封腔室連接有對其內部加壓的高壓氣源；或所述第一腔體處于密封箱體內，所述密封箱體連接有對其內部加壓的高壓氣源。本發明的固井水泥石自修復能力的測試設備，可實現對固井水泥石自修復效果的評價，裝置操作簡便、安全可靠，實驗周期短。
【專利說明】一種固井水泥石自修復能力的測試設備

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種固井水泥石的測試設備，尤其涉及一種固井水泥石自修復能力的測試設備。

【背景技術】
[0002]在油田固井過程中，通過高壓固井泵將混配后的油井水泥漿泵入套管與地層的環空間隙，水泥漿候凝形成水泥環，保證套管與地層膠結界面良好，但在油氣井測試投產后，必然要經歷各種試井、測試和投產作業，使套管和水泥環受到溫度、壓力等因素大幅度變化的影響，不可避免地對固井水泥環的封隔性能產生破壞，即在膠結界面產生微間隙和微裂縫，從而形成井下地層流體(特別是天然氣)的竄流通道，造成層間封隔失效。目前解決油氣井地層流體竄流問題的基本方法是采用成本昂貴的擠水泥修井的修復方法，但成功率較低，有些油井在施工過程中會發生事故。
[0003]為解決油氣井的竄流問題，國內外研究和運用了大量防竄水泥漿體系和專用技術，但由于產生微間隙和微裂縫的原因比較復雜，無論采取各種措施都很難避免，預防和處理的難度較大。各個研究機構通過研究油氣井固井水泥環的自修復機理和技術，建立了一種能夠對固井水泥環微裂縫和微間隙進行即時修復的機制，即無論何時、何種原因產生的氣竄通道都能夠得到及時有效、動態自動修復的機制，始終保證天然氣井水泥環的封固有效性，從一個新的技術角度解決油氣井層間封隔質量和耐久性的技術難題。但是，目前國內固井水泥環自修復技術尚處于起步階段，而該類型水泥石自修復能力的室內實驗評價裝置亦處于研究探索階段，并無完善成熟的室內實驗評價裝置對自修復水泥漿體系進行篩選與評價。


【發明內容】

[0004]本申請針對現有技術中的水泥石自修復能力的室內實驗評價裝置亦處于研究探索階段，并無完善成熟的室內實驗評價裝置對自修復水泥漿體系進行篩選與評價的問題，從而提出提供一種適用于固井水泥漿自修復能力評價的裝置。
[0005]本發明提供一種固井水泥石自修復能力的測試設備，其包括測試氣源和水泥石容器，所述水泥石容器的進氣管道與測試氣源連接，所述進氣管道上設置有第一壓力表，所述出氣管道上設置有第一流量計，所述水泥容器設置有容納水泥石的第一腔體，所述第一腔體的壁體為彈性材料，所述第一腔體與分別所述進氣管道和出氣管道連通，
[0006]所述第一腔體設置在第二腔體內，所述第一腔體與第二腔體之間形成所述密封腔室，所述密封腔室連接有對其內部加壓的高壓氣源；
[0007]或所述第一腔體處于密封箱體內，所述密封箱體連接有對其內部加壓的高壓氣源。
[0008]優選地，所述第一腔體為筒體狀腔體，所述筒體狀腔體的一端與所述進氣管道連通，另一端與所述出氣管道相通。
[0009]優選地，所述第一腔體和第二腔體均為筒體狀腔體，所述密封腔室為環形空間，
[0010]優選地，所述密封腔室通過管道與加壓泵連接。。
[0011]優選地，所述水泥石容器包括進口端蓋、出口端蓋、進口密封堵頭和出口密封堵頭，所述進口端蓋、進口密封堵頭、第一腔體和出口端蓋依次順序設置，所述第二腔體的兩端分別與進口端蓋和出口端蓋連接，所述兩個密封堵頭設置有與第一腔體連通的通孔，所述兩個密封堵頭的外表面緊貼第二腔體的內壁，所述兩個密封堵頭分別擠壓進口端蓋和出口端蓋的內偵U。
[0012]優選地，所述進口密封堵頭和出口密封堵頭靠近第一腔體的一端設置有環狀凸起，所述環狀凸起延伸至第一腔體內。
[0013]優選地，所述水泥石容器包括位置調節機構，所述位置調節機構用于調整水泥石在第一腔體所處位置。
[0014]優選地，所述位置調節機構包括固定堵桿和調節堵桿，
[0015]所述固定堵桿的一端固定于進口端蓋，另一端穿過進口密封堵頭進入第一腔體內，
[0016]所述調節堵桿穿過出口端蓋和出口密封堵頭進入第一腔體內，所述調節堵桿設置與出口端蓋相互配合的螺紋結構，所述調節堵桿調整所述螺紋結構調整伸入第一腔體內的長度。
[0017]優選地，所述調節堵桿伸長第一腔體內的一端設置有擋塊。
[0018]優選地，所述測試設備還包括溫度調節裝置，所述水泥石容器設置在溫度調節裝置內。
[0019]優選地，所述溫度調節裝置為加熱箱、烘箱、恒溫箱或加熱爐。
[0020]優選地，所述測試設備還包括溫度調節裝置，所述水泥石容器設置在溫度調節裝置內，
[0021]所述溫度調節裝置設置有所述密封箱體，所述水泥石容器設置在所述密封箱體內。
[0022]優選地，所述測試氣源包括氣瓶，所述氣瓶通過所述進氣管道與所述水泥石容器連接，在所述進氣管道上還設置有閥門。
[0023]優選地，所述測試設備還包括數據采集系統，所述第一壓力表的輸出端與所述數據采集系統的輸入端連接，所述第一流量計的輸出端與所述數據采集系統的輸入端連接。
[0024]優選地，所述進氣管道上安裝有第二流量計，所述出氣管道上安裝有第二壓力表，所述第二壓力表的輸出端與所述數據采集系統的輸入端連接，所述第二流量計的輸出端與所述數據采集系統的輸入端連接。
[0025]優選地，所述測試設備還包括尾氣燃燒裝置，所述尾氣燃燒裝置與所述出氣管道連接。
[0026]與有關技術相比，本發明實施例的有益效果如下:
[0027]本發明的固井水泥石自修復能力的測試設備，可實現對固井水泥石自修復效果的評價；可實現固井自修復材料的篩選；所用模擬氣體可根據實際油氣藏組分進行調整；裝置操作簡便、安全可靠；實驗周期短；適用于各種固井水泥漿體系。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發明實施例的固井水泥石自修復能力的測試設備的示意圖；
[0029]圖2為本發明實施例的水泥石容器的示意圖；
[0030]圖3為本發明測試例I的出口壓力曲線及流量曲線的示意圖；
[0031]圖4為本發明測試例2的出口壓力曲線及流量曲線的示意圖；
[0032]附圖標記:1-氣瓶，2-水泥石容器，21-第一腔體，22-第二腔體，221-管道接頭，23-環形空間，24-進口端蓋，25-出口端蓋，26-進口密封堵頭，27-出口密封堵頭，28-固定堵桿，29-調節堵桿，291-調節轉盤，292-擋塊，3-進氣管道，31-第一壓力表，32-第二流量計，33-第一閥門，34-第三閥門，4-出氣管道，41-第一流量計，42-第二壓力表，43-第四閥門，5-溫度調節裝置，6-加壓泵，61-第二閥門，7-數據采集系統，8-尾氣燃燒裝置，9-水泥石

【具體實施方式】
[0033]下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0034]如圖1所示，本發明實施例的固井水泥石自修復能力的測試設備，其包括測試氣源和水泥石容器2，水泥石容器2的進氣管道3與測試氣源連接，進氣管道3上設置有第一壓力表31，出氣管道4上設置有第一流量計41，水泥容器設置有容納水泥石9的第一腔體21，第一腔體21的壁體為彈性材料，第一腔體21與分別進氣管道3和出氣管道4連通。這樣可以將固井用的水泥石9放入第一腔體21內，然后用力塞緊，防止模擬氣體從水泥石9與第一腔體21的壁體之間的縫隙間通過，而且第一腔體21的壁體采用彈性材料，水泥石9塞緊后，彈性材料緊緊地包裹著水泥石9，則很好防止此問題的發生。進行評價時，測試氣源內的模擬氣體經進氣管道3進入第一腔體21，并從水泥石9自有的裂縫或間隙通過，然后經出氣管道4排出。第一壓力表31可以測量模擬氣體進入水泥石容器2前的壓力，并可調節進入水泥石容器2的壓力大小，使進入水泥石容器2的氣體壓力處于一個適宜的范圍。第一流量計41可以檢測經過第一腔體21的氣體流量，當水泥石9發生自修復時，第一流量計41檢測到的模擬氣體流量逐漸變小，直至堵死，第一流量計41檢測不到模擬氣體的流量。
[0035]作為優選的實施方式，如圖2所示，第一腔體21為筒體狀腔體，如橡膠筒，筒體狀腔體的一端與進氣管道3連通，另一端與出氣管道4相通。第一腔體21也可以選用其它形狀的腔體。
[0036]由于模擬氣體從水泥石9與第一腔體21之間的縫隙間通過，影響水泥石9的測試效果，為此還可以在第二腔體22的外圍設置有第二腔體22，第一腔體21與第二腔體22之間形成密封腔室，密封腔室與高壓氣源連通。這樣高壓氣源的氣體進入密封腔室，可以使第一腔體21的彈性材料緊緊地壓向水泥石9，水泥石9與第一腔體21之間的縫隙間就不會存在縫隙，可防止模擬氣體從水泥石9與第一腔體21之間的縫隙間通過。再者，第二腔體22還起到另一作用，第二腔體22加壓后，可以使第一腔體21內的水泥石9處于高壓環境，因此可以模擬固井內高壓環境，實現水泥石9在高壓環境下的自修能力的測試。為了方便第二腔體22與高壓氣源連接，第二腔體22還設置有管道接頭221。
[0037]作為一種實施方式，第一腔體21和第二腔體22可以采用為筒體狀腔體，而第一腔體21與第二腔體22之間形成環形空間23 (即密封腔室為環形空間23)，環形空間23通過管道與加壓泵6連接，這樣通過加壓泵6對環形空間23進行加壓。在為了方便對加壓進行控制，環形空間23與加壓泵6連接的管道上可以安裝第二閥門61。第一腔體21和第二腔體22相互配合時，也可以采用形狀，滿足通入第二腔體22內的氣體對第一腔體21進行加壓條件即可。
[0038]如圖2所示，水泥石容器2包括進口端蓋24、出口端蓋25、進口密封堵頭26和出口密封堵頭27，進口端蓋24、進口密封堵頭26、第一腔體21和出口端蓋25依次順序設置，第二腔體22的兩端分別與進口端蓋24和出口端蓋25連接，兩個密封堵頭設置有與第一腔體21連通的通孔，兩個密封堵頭的外表面緊貼第二腔體22的內壁，兩個密封堵頭分別擠壓進口端蓋24和出口端蓋25的內側。這樣，第二腔體22、進口密封堵頭26、第二腔體22出口密封堵頭27圍成一個環形空間23，而進口密封堵頭26和出口密封堵頭27對環形空間23的兩端進行密封。
[0039]為了防止環形空間23的氣體進入第一腔體21內，進口密封堵頭26和出口密封堵頭27靠近第一腔體21的一端設置有環狀凸起，環狀凸起延伸至第一腔體21內。
[0040]水泥石容器2包括位置調節機構，位置調節機構用于調整水泥石9在第一腔體21所處位置。位置調節機構包括固定堵桿28和調節堵桿29，固定堵桿28的一端固定于進口端蓋24，另一端穿過進口密封堵頭26進入第一腔體21內，調節堵桿29穿過出口端蓋25和出口密封堵頭27進入第一腔體21內，調節堵桿29設置與出口端蓋25相互配合的螺紋結構，調節堵桿29調整螺紋結構調整伸入第一腔體21內的長度。為方便調整調節堵桿29的伸入第一腔體21內的長度，在調節堵桿29在出口端蓋25的外側設置有調節轉盤291，這樣可以通過旋轉調節轉盤291調整伸入第一腔體21內的長度，伸入端頂到水泥石9，固定堵桿28和調節堵桿29將水泥石9夾在第一腔體21內，從而將水泥石9固定第一腔體21內。調節堵桿29伸長第一腔體21內的一端設置有擋塊292，可以阻擋水泥石9在第一腔體21內傾斜或翻轉，將其更好地固定在第一腔體21內。
[0041]測試設備還包括溫度調節裝置5，水泥石容器2設置在溫度調節裝置5內。溫度調節裝置5可以具有溫度調節功能的加熱箱、烘箱、恒溫箱或加熱爐。這樣水泥石容器2設置在上述儀器的溫度調節箱內，調節水泥石容器2所處環境的溫度，從而可以模擬水泥石9所處地層溫度的情況，實現水泥石9在不同溫度下的自修能力的測試。
[0042]為了同時模擬固井所處溫度和壓力的環境，可以采用兩種實施方式，第一種:水泥石容器2包括上述的第一腔體21，在第一腔體21的外圍設置有上述的第二腔體22，在第二腔體22的外圍設置有密封的第二腔體22，第二腔體22與高壓氣源連接。將水泥容器放置在溫度調節裝置5的箱體內，從而實現同時調節第一腔體21所處的壓力和溫度條件，達到水泥石9在不同壓力和溫度下測試自修能力的要求。
[0043]第二種:溫度調節裝置5可以采用特殊的裝置，即設置有密封箱體，密封箱體連接有對密封箱體進行加壓的加壓泵6，密封箱體可以進行箱體內加壓，水泥石容器2設置在密封箱體內，第一腔體21處于加壓的箱內，從而成功模擬地層的壓力和溫度條件，達到水泥石9在不同壓力和溫度下測試自修能力的要求。該方法不采用第二腔體22。
[0044]測試氣源可以采用氣瓶1，氣瓶I通過進氣管道3與水泥石容器2連接，也可以采用管網氣，與進氣管道3連接并提供模擬氣體即可。在進氣管道3上還可以設置有第一閥門33，以控制模擬氣體的通斷。
[0045]測試設備還包括數據采集系統7，第一壓力表31的輸出端與數據采集系統7的輸入端連接，第一流量計41的輸出端與數據采集系統7的輸入端連接。數據采集系統7可以記錄第一壓力表31和第一流量計41的數據信息，還可以顯示第一壓力表31檢測到的瞬時壓力和第一流量計41檢測到的瞬時流量。
[0046]進氣管道3上安裝有第二流量計32，出氣管道4上安裝有第二壓力表42，第二壓力表42的輸出端與數據采集系統7的輸入端連接，第二流量計32的輸出端與數據采集系統7的輸入端連接。第二流量計32可以監測氣體通入水泥石容器2的流量情況，第二壓力表42可以監測通過水泥石容器2后的氣體壓強的情況。數據采集系統7可以記錄第二壓力表42和第二流量計32的數據信息，還可以顯示第二壓力表42檢測到的瞬時壓力和第二流量計32檢測到的瞬時流量。
[0047]測試設備還包括尾氣燃燒裝置8，尾氣燃燒裝置8與出氣管道4連接。這樣模擬氣體通過水泥石容器2后，可以被燃燒后，避免排放到空氣，引起火災的危險。
[0048]為方便控制氣體通過水泥石容器2，還可以在第一壓力表31與水泥石容器2之間的進氣管道3上安裝有第三閥門34，在水泥石容器2與第一流量計41之間的出氣管道4上安裝有第四閥門43。
[0049]測試例I
[0050]配制具有自修復功能的水泥漿，于一定溫度下養護成型，制成具有自修復功能的水泥石，然后采用本發明的固井水泥石自修復能力的測試設備對水泥石進行測試，測試方法如下:
[0051]先制造水泥石9的微裂縫，再裝入水泥石容器2，打開第二閥門61通過加壓泵6加載環形空間23的壓強；開啟溫度調節裝置5，溫度調節裝置5溫度至實驗溫度；開啟數據采集系統7，準備采集第一壓力表31的壓力數據與第一流量計41的流量數據；打開第一閥門33、第三閥門34、第四閥門43，氣瓶I內的模擬氣體進入水泥石容器2，通過水泥石9的微裂縫，然后經出氣管道4排出，再依次經過第二壓力表42和第一流量計41，到達尾氣燃燒裝置8，當第一流量計41顯示數據時，尾氣燃燒裝置8點火；通入模擬氣體一定時間后，第一閥門33，關閉溫度調節裝置5，當第一流量計41數據顯示為零時，關閉尾氣燃燒裝置8，關閉數據米集系統7，實驗完畢。
[0052]模擬氣體組分含量如表1:
[0053]表I
[0054]
11分|C1 1? |C2 |C3 |iC4 |nC4 |C5 及 C5 以上
否量(％mol) |l0 |5 丨8 \2l 丨38 丨6 |l2
[0055]如圖3所示，當水泥石容器2內裝有自修復功能的水泥石9時，通入模擬氣體(即圖3中有機氣體)40min后，入口壓力仍保持在492kPa，而出口流量已經從4.0ml/min下降至0.2ml/min,降幅達到95%，說明具有自修復功能的水泥石體系在該實驗條件下已實現自修復，達到防止油氣串流的效果。
[0056]測試例2
[0057]測試方法與測試例I基本相同，不同點在于配制不具有自修復功能的常規水泥漿，然后一定溫度下養護成型，制成常規水泥石。
[0058]如圖4所示，當水泥石容器2內裝有常規水泥石時，通入模擬氣體(即圖4中有機氣體)40min后，入口壓力仍保持在670kPa，而出口流量亦保持為2.0ml/min,說明普通水泥石體系在該實驗條件下無法實現自修復，無法達到防止油氣串流的效果。
[0059]雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬【技術領域】內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種固井水泥石自修復能力的測試設備，其特征在于，其包括測試氣源和水泥石容器，所述水泥石容器的進氣管道與測試氣源連接，所述進氣管道上設置有第一壓力表，所述出氣管道上設置有第一流量計，所述水泥容器設置有容納水泥石的第一腔體，所述第一腔體的壁體為彈性材料，所述第一腔體與分別所述進氣管道和出氣管道連通， 所述第一腔體設置在第二腔體內，所述第一腔體與第二腔體之間形成所述密封腔室，所述密封腔室連接有對其內部加壓的高壓氣源； 或所述第一腔體處于密封箱體內，所述密封箱體連接有對其內部加壓的高壓氣源。
2.根據權利要求1所述的測試設備，其中，所述第一腔體為筒體狀腔體，所述筒體狀腔體的一端與所述進氣管道連通，另一端與所述出氣管道相通。
3.根據權利要求1所述的測試設備，其中，所述第一腔體和第二腔體均為筒體狀腔體，所述密封腔室為環形空間。
4.根據權利要求1所述的測試設備，其中，所述密封腔室通過管道與加壓泵連接。
5.根據權利要求1所述的測試設備，其中，所述水泥石容器包括進口端蓋、出口端蓋、進口密封堵頭和出口密封堵頭，所述進口端蓋、進口密封堵頭、第一腔體和出口端蓋依次順序設置，所述第二腔體的兩端分別與進口端蓋和出口端蓋連接，所述兩個密封堵頭設置有與第一腔體連通的通孔，所述兩個密封堵頭的外表面緊貼第二腔體的內壁，所述兩個密封堵頭分別擠壓進口端蓋和出口端蓋的內側。
6.根據權利要求5所述的測試設備，其中，所述進口密封堵頭和出口密封堵頭靠近第一腔體的一端設置有環狀凸起，所述環狀凸起延伸至第一腔體內。
7.根據權利要求5所述的測試設備，其中，所述水泥石容器包括位置調節機構，所述位置調節機構用于調整水泥石在第一腔體所處位置。
8.根據權利要求7所述的測試設備，其中，所述位置調節機構包括固定堵桿和調節堵桿， 所述固定堵桿的一端固定于進口端蓋，另一端穿過進口密封堵頭進入第一腔體內，所述調節堵桿穿過出口端蓋和出口密封堵頭進入第一腔體內，所述調節堵桿設置與出口端蓋相互配合的螺紋結構，所述調節堵桿調整所述螺紋結構調整伸入第一腔體內的長度。
9.根據權利要求8所述的測試設備，其中，所述調節堵桿伸長第一腔體內的一端設置有擋塊。
10.根據權利要求1-9中任意一項所述的測試設備，其中，所述測試設備還包括溫度調節裝置，所述水泥石容器設置在溫度調節裝置內。
11.根據權利要求10所述的測試設備，其中，所述溫度調節裝置為加熱箱、烘箱、恒溫箱或加熱爐。
12.根據權利要求1所述的測試設備，其中，所述測試設備還包括溫度調節裝置，所述水泥石容器設置在溫度調節裝置內， 所述溫度調節裝置設置有所述密封箱體，所述水泥石容器設置在所述密封箱體內。
13.根據權利要求1-9和12中任意一項所述的測試設備，其中，所述測試氣源包括氣瓶，所述氣瓶通過所述進氣管道與所述水泥石容器連接，在所述進氣管道上還設置有閥門。
14.根據權利要求1-9和12中任意一項所述的測試設備，其中，所述測試設備還包括數據采集系統，所述第一壓力表的輸出端與所述數據采集系統的輸入端連接，所述第一流量計的輸出端與所述數據采集系統的輸入端連接。
15.根據權利要求14所述的測試設備，其中，所述進氣管道上安裝有第二流量計，所述出氣管道上安裝有第二壓力表，所述第二壓力表的輸出端與所述數據采集系統的輸入端連接，所述第二流量計的輸出端與所述數據采集系統的輸入端連接。
16.根據權利要求1-9和12中任意一項所述的測試設備，其中，所述測試設備還包括尾氣燃燒裝置，所述尾氣燃燒裝置與所述出氣管道連接。
【文檔編號】G01N33/38GK104181287SQ201410406478
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】項先忠, 李厚銘, 符軍放, 張 浩, 羅宇維, 趙琥, 王永松, 馮克滿, 王清順 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司