专利名称：一种模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田科研及质检领域中的实验装置，特别涉及一种能够模拟套损井环形空间堵剂堵漏修复的实验装置。
背景技术：
套损井的套管与套管之间、套管与地层之间、套管与水泥环之间、地层与水泥环之间均存在一个环形空间或界面，由于固井不合格和套损原因，地层通过以上环形空间或界面与井筒连通，地层流体流向井内，致使油井含水急剧上升，产量迅速下降，甚至停产。此时需进行套损堵漏作业，通常采用向以上环形空间或界面挤入堵剂，封堵地层流体流入井筒的通道。为确保套损井堵漏作业成功率，堵漏作业之前，有必要进行堵漏剂实验室封堵效果评价。以往研究这一领域的堵剂堵漏修复试验装置都是在参照GB/T19139-2003油井水泥实验方法中的“抗压强度测定方法”进行的，而这种实验装置及实验方法，不能模拟套损井的真实环空状态，只能测定堵剂的本体固化体的强度即抗压强度，而实际上环形空间之间存在不同种类的界面问题，即存在套管与水泥之间的界面、水泥与地层之间的界面，这类装置只能测定堵剂 固化体的本体强度，而不能测定各个界面之间的界面封堵强度。因此，传统的试验装置无法真实反映套损井环形空间实际的堵漏修复效果。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种模拟套损井环形空间堵剂堵漏修复的实验装置，解决常规实验装置只能测定单一的堵剂固化体的本体强度，而不能模拟各个环形空间界面堵剂封堵强度和本体强度的问题。为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置，包括注入泵、与所述注入泵管线连接用于盛装实验水的中间容器、实验模块、与所述中间容器管线连接用于安装所述实验模块的岩心夹持器、及与所述岩心夹持器管线连接用于给所述岩心夹持器施加压力的环压泵。进一步地，所述实验模块包括三种:用来模拟套损井自由段多层套管套损堵漏状况的第一实验模块、用来模拟套损井自由段单层套管套损堵漏状况第二实验模块和用来模拟套损井封固段套损封窜堵漏状况第三实验模块。进一步地，所述第一实验模块包括第一钢管、设置在所述第一钢管内的堵剂环和设置在所述堵剂环内的钢棒，所述钢棒分为第一钢棒、第二钢棒和第三钢棒。进一步地，所述第二实验模块包括岩心环、设置在所述岩心环内的堵剂环和设置在所述堵剂环内的第四钢棒。进一步地，所述第三实验模块包括水泥环、设置在所述水泥环内的堵剂环、设置在所述堵剂环内的射孔钢管和所述射孔钢管内的堵剂芯。进一步地，所述射孔钢管下端设置有孔。[0011]本实用新型提供的一种模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置，由注入泵、中间容器、 岩心夹持器、设置在岩心夹持器中的实验模块、及给岩心夹持器施压的环压泵等装置组成，结构简单、操作方便、工作可靠；所用试验模块包括用来模拟套损井自由段多层套管套损堵漏状况的第一实验模块、用来模拟套损井自由段单层套管套损堵漏状况第二实验模块和用来模拟套损井封固段套损封窜堵漏状况第三实验模块，能够反映套损井不同状况下的环空堵剂堵漏修复的封堵效果，可有效指导现场套损井堵剂堵漏施工；现场堵漏施工后验漏测试显示，堵剂封堵强度效果基本上与室内评价结果一致，相似率95%以上。
图1为本实用新型实施例提供的模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置流程示意图。图2为本实用新型实施例提供的模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置的实验模块A的俯视图。图3为本实用新型实施例提供的模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置的实验模块B的俯视图。图4为本实用新型实施例提供的模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置的实验模块C的纵向剖面图。图5为本实用新型实施例提供的模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置的实验模块C的俯视图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型实施例提供的一种模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置，包括注入泵1、中间容器5、岩心夹持器8、实验模块7和环压泵12，岩心夹持器8下面设置有一个用于盛装岩心夹持器8滴出的液体的滤液量杯9。注入泵I为中间容器5提供0-40Mpa的动力，额定工作压力为40MPa ；中间容器5用作盛装地层水或模拟地层水，容积为1000ml，不锈钢材质，耐压40MPa以上；岩心夹持器8用作安装实验模块7，内径为IOlmm ;环压泵12给岩心夹持器8施加一个高于正压的环形压力，额定工作压力为60MPa ;注入泵1、中间容器5、岩心夹持器8和环压泵12之间依次用Φ4_的高压管线3连接，注入泵I和中间容器5之间、中间容器5和岩心夹持器8之间、岩心夹持器8和环压泵12之间的高压管线3上分别安装有高压阀门2、高压阀门6、高压阀门10，其中中间容器5和环压泵12上分别接有压力可达60MPa的压力表4和压力表11，注入泵1、中间容器5、岩心夹持器8和环压泵12之间的高压管线3的各个连接头均有配套的内置钢性锥形环密封圈与高压管线3连接。参见图2、图3、图4和图5,置于岩心夹持器8中的实验模块7为一圆柱体,直径和高度均为100mm，实验模块7包括三种:用来模拟套损井自由段多层套管套损堵漏状况的第一实验模块、用来模拟套损井自由段单层套管套损堵漏状况第二实验模块和用来模拟套损井封固段套损封窜堵漏状况第三实验模块。第一实验模块包括第一钢管711、设置在第一钢管711内的堵剂环731和设置在堵剂环731内的钢棒，其中钢棒分为第一钢棒721、第二钢棒722和第三钢棒723 ;由此第一试验模块有三种:第一实验模块1、第一实验模块2和第一实验模块3。第一实验模块I由外到内依次为第一钢管711、堵剂环731和第一钢棒721 ；第一实验模块2由外到内依次为第一钢管711、堵剂环731和第二钢棒722 ;第三实验模块3由外到内依次为第一钢管711、堵剂环731和第三钢棒723。。第二实验模块包括岩心环741、设置在岩心环741内的堵剂环731和设置在堵剂环731内的第四钢棒724。第三实验模块包括水泥环751、设置在水泥环751内的堵剂环731、设置在堵剂环731内的射孔钢管713和射孔钢管713内的堵剂芯732。实施例1用于模拟套损井自由段多层套管套损堵漏修复的实验，由于条件限制，本模拟实验只使用两种钢体介质进行堵剂堵漏修复实验。(I)磨具制作①第一钢管711:外径100mm,内径90mm,长度IOOmm ;第一钢棒721:外径60mm,长度IOOmm ;第二钢棒722:外径40mm,长度IOOmm ;第三钢棒723:外径20mm,长度100mm。②堵浆:按正常的水灰比配制成溶液得到堵浆。③将第一钢管711的一端用耐温塑料纸封闭，倒入堵浆，取第一钢棒721居中插入堵浆中，再用耐温塑料纸封闭整个模块，在模拟套损井的实验温度和压力下，在地层水矿化度条件下，在增压养护釜中养护72h成模，制成第一实验模块I。同理，分别取第一钢管711和第二钢棒722、第一钢管711和第三钢棒723，分别制成另外的两种第一实验模块:第一实验模块2和第一实验模块3。第一实验模块I由外到内依次为第一钢管711、堵剂环731和第一钢棒721 ;第一实验模块2由外到内依次为第一钢管711、堵剂环731和第二钢棒722 ；第三实验模块3由外到内依次为第一钢管711、堵剂环731和第三钢棒723。如图2所示。(2)测定按图1所示，用Φ4πιπι 的高压管线3将注入泵1、中间容器5、岩心夹持器8、环压泵12连接起来，注入泵I出口、中间容器5出口、环压泵12出口分别装高压阀门2、高压阀门6、高压阀门10，中间容器5、环压泵12上分别安装精密压力表4、精密压力表11。实验装置连接好后，打开各个开关并试压，其中环压试压60MPa，其他试压40MPa ;打开注入泵I的电源，进行预热；中间容器5中装满需要做实验的模拟地层水；取三种第一实验模块中的一种，放入岩心夹持8中，上下堵头连接好；启动环压泵12，给第一实验模块加环压60MPa ；选择注入泵8的排量为8ml/min，打开各个阀门，对第一实验模块进行施压；密切注意岩心夹持器8出口，观察是否有液体滴出，当第一滴液体滴出时，记录注入泵I的压力，该压力即为堵剂的封堵强度。当注入泵I压力> 40MPa时，还没有液体滴出，则堵剂的封堵强度彡40MPa。实验结束后，先卸掉注入泵I的压力，然后再卸掉环压泵12压力；取出第一实验模块，关闭高压阀门，清洁各个部件并归位；关闭电源；实验完毕。然后按照上述实验方法，再分别取另外两种第一实验模块进行堵剂堵漏修复实验。实施例2用于模拟套损井自由段单层套管套损堵漏修复的实验，本实验只能模拟地层与钢体介质堵剂堵漏修复实验。(I)磨具制作①第二钢管:外径IlOmm,内径100mm,长度IOOmm ;第四钢棒724:外径16mm,长度IOOmm0[0031]②G级水泥配浆:按照GB10238-1998要求配浆制得堵浆，水灰比0.44。③在岩心夹持器8底部铺一层医用纱布，在第二钢管的内壁涂上黄油后放入岩心夹持器8中，在第二钢管内装满20目石英砂，高压下将水泥浆注入到石英砂中，取出，在模拟套损井的实验温度和压力下，在地层水矿化度条件下，在增压养护釜中养护72h成模，制成岩心模块。④取出岩心模块，脱模，用取芯钻头在岩心模块中心位置钻取60mm岩心柱，得到岩心环741。⑤将岩心环741 —端用耐温塑料纸封闭，倒入堵浆，取第四钢棒724居中插入堵浆中，再用耐温塑料纸封闭整个模块，在模拟套损井实验温度和压力下，在地层水矿化度条件下，在增压养护釜中养护72h成模，制成第二实验模块。第二实验模块由外到内依次为岩心环741、堵剂环731和第四钢棒724，如图3所示。(2)测试按图1所示，用Φ4πιπι的高压管线3将注入泵1、中间容器5、岩心夹持器8、环压泵12连接起来，注入泵I出口、中间容器5出口、环压泵12出口分别装高压阀门2、高压阀门6、高压阀门10，中间容器5、环压泵12上分别安装精密压力表4、精密压力表11。实验装置连接好后，打开各个开关并试压，其中环压试压60MPa，其他试压40MPa ;打开注入泵I的电源，进行预热；中间容器5中装满需要做实验的模拟地层水；取第二实验模块，放入岩心夹持8中，上下堵头连接好；启动环压泵12，给第二实验模块加环压60MPa ;选择注入泵8的排量为8ml/min，打开各个阀门，对第二实验模块进行施压；密切注意岩心夹持器8出口，观察是否有液体滴出，当第一滴液体滴出时，记录注入泵I的压力，该压力即为堵剂的封堵强度。当注入泵I压力>40MPa时，还没有液体滴出，则堵剂的封堵强度>40MPa。实验结束后，先卸掉注入泵I的压力，然后再卸掉环压泵12压力；取出第二实验模块，关闭高压阀门，清洁各个部件并归 位；关闭电源；实验完毕。实施例3用于模拟套损井封固段套损封窜堵漏修复实验，本实验只能模拟水泥环、钢体介质堵剂封窜堵漏修复实验。(I)磨具制作①第二钢管:夕卜径IlOmm,内径100mm,长度IOOmm ;射孔钢管713:夕卜径16mm,内径IOmm,长度100mm, —端全方位分布直径4mm的孔16个(4孔/10mm)。②G级水泥配浆:按照GB10238-1998要求配浆制得堵浆，水灰比0.44。③在第二钢管内壁涂上黄油，一端耐温塑料纸封闭，倒入堵浆，再用耐温塑料纸封闭整个模块，在模拟套损井实验温度和压力下，在地层水矿化度条件下，在增压养护釜中养护72h成模，制成水泥模块。④取出水泥模块，脱模，用取芯钻头在水泥模块中心位置钻取60mm岩心柱，得到水泥环751。⑤在岩心夹持器8底部铺一层医用纱布和20目的石英砂，将水泥环751放置在岩心夹持器8中，再将射孔钢管713居中放入水泥环中，利用管线将堵浆通过射孔钢管713注入，堵浆从射孔钢管713的孔眼进入并上返至水泥环顶部，小心取出整个模具，在模拟套损井实验温度和压力下，在地层水矿化度条件下，在增压养护釜中养护72h成模。[0045]⑥将成模的模块取出，用钻头钻开射孔钢管713有孔眼的一端内的堵剂，钻到露出孔眼即可，制成第三实验模块。第三实验模块由外到内依次为水泥环751、堵剂环731、射孔钢管713和堵剂芯732，如图4和图5所示。(2)测定按图1所示，用Φ4πιπι的高压管线3将注入泵1、中间容器5、岩心夹持器8、环压泵12连接起来，注入泵I出口、中间容器5出口、环压泵12出口分别装高压阀门2、高压阀门6、高压阀门10，中间容器5、环压泵12上分别安装精密压力表4、精密压力表11。实验装置连接好后，打开各个开关并试压，其中环压试压60MPa，其他试压40MPa ;打开注入泵I的电源，进行预热；中间容器5中装满需要做实验的模拟地层水；取第三实验模块放入岩心夹持8中，上下堵头连接好；启动环压泵12，给第三实验模块加环压60MPa ;选择注入泵8的排量为8ml/min，打开各个阀门，对第三实验模块进行施压；密切注意岩心夹持器8出口，观察是否有液体滴出，当第一滴液体滴出时，记录注入泵I的压力，该压力即为堵剂的封堵强度。当注入泵I压力>40MPa时，还没有液体滴出，则堵剂的封堵强度>40MPa。实验结束后，先卸掉注入泵I的压力，然后再卸掉环压泵12压力；取出第三实验模块，关闭高压阀门，清洁各个部件并归位；关闭电源；实验完毕。本实用新型提供的一种模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置，由注入泵、中间容器、岩心夹持器、设置在岩心夹持器中的实验模块、及给岩心夹持器施压的环压泵等装置组成，结构简单、操作方便、工作可靠；所用试验模块包括用来模拟套损井自由段多层套管套损堵漏状况的第一实验模块、用来模拟套损井自由段单层套管套损堵漏状况第二实验模块和用来模拟套损井封固段套损封窜堵漏状况第三实验模块，能够反映套损井不同状况下的环空堵剂堵漏修复的封堵效果，可有效指导现场套损井堵剂堵漏施工；现场堵漏施工后验漏测试显示，堵剂封堵强度效果基本上与室内评价结果一致，相似率95%以上。最后所应 说明的是，以上具体实施方式
仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置，其特征在于:包括注入泵、与所述注入泵管线连接用于盛装实验水的中间容器、实验模块、与所述中间容器管线连接用于安装所述实验模块的岩心夹持器、及与所述岩心夹持器管线连接用于给所述岩心夹持器施加压力的环压泵。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述实验模块包括三种:用来模拟套损井自由段多层套管套损堵漏状况的第一实验模块、用来模拟套损井自由段单层套管套损堵漏状况第二实验模块和用来模拟套损井封固段套损封窜堵漏状况第三实验模块。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于:所述第一实验模块包括第一钢管、设置在所述第一钢管内的堵剂环和设置在所述堵剂环内的钢棒，所述钢棒为第一钢棒、第二钢棒或第三钢棒。
4.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于:所述第二实验模块包括岩心环、设置在所述岩心环内的堵剂环和设置在所述堵剂环内的第四钢棒。
5.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于:所述第三实验模块包括水泥环、设置在所述水泥环内的堵剂环、设置在所述堵剂环内的射孔钢管和所述射孔钢管内的堵剂芯。
6.根据权利 要求5所述的实验装置，其特征在于:所述射孔钢管下端设置有孔。
专利摘要本实用新型提供了一种模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置，包括注入泵、与所述注入泵管线连接用于盛装实验水的中间容器、实验模块、与所述中间容器管线连接用于安装所述实验模块的岩心夹持器、及与所述岩心夹持器管线连接用于给所述岩心夹持器施加压力的环压泵。本实用新型提供的一种模拟套损井环空堵剂堵漏修复的实验装置，结构简单、操作方便、工作可靠，能真实反映套损井环空堵剂堵漏修复的封堵效果，可有效指导现场套损井堵剂堵漏施工。
文档编号G01N33/00GK203101363SQ20132008178
公开日2013年7月31日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者曹建洪, 周理志, 李美格, 张卫贤, 卢培华, 魏国, 孟祥娟, 王发清, 皮渊戈, 卢刚 申请人:中国石油天然气股份有限公司