用于检测封窜剂胶结强度的实验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其包括：套管和流体泵送机构，套管内部中央设有人造岩心，人造岩心具有多条由上至下设置的且能容纳封窜剂的裂缝，套管的下端连接有阻止人造岩心脱离套管的止挡环，人造岩心与套管之间设有水泥环，水泥环的外表面与套管的内表面紧密贴合，水泥环的内表面与人造岩心的外表面紧密贴合，流体泵送机构通过导流管与人造岩心的上端相连接，流体通过流体泵送机构泵送至各裂缝中。本实用新型提供的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，具有结构简单，操作方便，模拟真实，检测快速，数据精确、安全可靠等优点，同时该装置还可以用来模拟评价调剖堵水剂或调驱剂体系的封堵性能。
【专利说明】
用于检测封窜剂胶结强度的实验装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及油水井调堵封窜技术领域，特别涉及一种用于检测封窜剂胶结强 度的实验装置。
【背景技术】
[0002] 油井在经过多轮次注汽生产时，由于固井水泥环受到高温湿热蒸汽的反复侵蚀， 以及水泥与岩石和套管的膨胀系数的差异，导致套管外水泥环局部易发生损坏或脱落，在 水泥环自身以及水泥环与管壁之间产生缝隙，不同层位之间形成窜流通道，水体侵入油层， 生产井效率低下，目前挤灰封窜是现场较为行之通行的做法:在压力允许的范围，通过栗车 或注入栗，将封窜剂注入窜槽部位，封窜剂成胶凝结后起到封窜的目的。
[0003] 封窜剂水力胶结强度实际上是指胶结界面的抗气窜、水窜的能力，该参数表征了 胶凝材料的密封性能和胶结强度，又可称为抗窜压力或穿透压力，通常是对套管与水泥环 的胶结界面通过施加水力压力并测量开始渗漏的压力。从封堵效果的角度来看，水力胶结 强度的重要性比剪切固结强度更大，因为大部分油气井水泥都能提供足够的支持套管重量 所需的固结强度，而水力胶结强度却常常满足不了工程的需要，而且影响因素十分复杂。水 力胶结强度直接影响固井的封固质量和油水井的堵漏效果，是防止因油气水窜造成封固失 效的关键。
[0004] 授权公告号为CN2127786Y的中国实用新型专利公开了一种组合式水泥环胶结强 度测试装置，适于测试油井水泥浆在模拟地层高温高压条件下养护后的水泥环与金属管之 间的胶结强度，主要用于测试套管与井壁之间水泥环的水泥胶结强度。授权公告号为 CN100545417C的中国发明专利公开了一种实验室用高温高压泥饼胶结质量评价装置，模拟 评价井下钻井液、泥饼存在时对固井液界面胶结质量的影响，不同冲洗液对环空冲洗效果 的评价，通过压力剪切测定两者界面的胶结强度，通过水压窜通原理测定两者界面的水力 胶结强度，但是，上述装置均结构复杂，操作不方便，且存在高温高压危险。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种结构简单，操作方便，安全可靠的用于检测封窜剂 胶结强度的实验装置。
[0006] 为达到上述目的，本实用新型提供了一种用于检测封窜剂胶结强度的实验装置， 其包括:套管，所述套管内部中央设有人造岩心，所述人造岩心具有多条由上至下设置的且 能容纳封窜剂的裂缝，所述套管的下端连接有阻止所述人造岩心脱离所述套管的止挡环， 所述人造岩心与所述套管之间设有水泥环，所述水泥环的外表面与所述套管的内表面紧密 贴合，所述水泥环的内表面与所述人造岩心的外表面紧密贴合;流体栗送机构，其通过导流 管与所述人造岩心的上端相连接，流体通过所述流体栗送机构栗送至各所述裂缝中。
[0007]如上所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其中，所述止挡环连接有端盖， 所述端盖的中央设有具有内螺纹的排液通孔，所述排液通孔内旋接有丝堵。
[0008] 如上所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其中，所述排液通孔的孔径与 所述止挡环的内径相等。
[0009] 如上所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其中，所述止挡环的内环面向 下延伸形成中空的连接柱，所述连接柱的外表面设有外螺纹，所述端盖具有顶面和侧面，所 述排液通孔设置在所述顶面上，所述侧面设有内螺纹，通过所述外螺纹与所述内螺纹的旋 接配合，所述端盖与所述止挡环相连接。
[0010] 如上所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其中，所述人造岩心的上端面 与所述水泥环的上端面平齐，所述人造岩心的上端面低于所述套管的上端面，所述套管、所 述人造岩心的上端面和所述水泥环的上端面围合成流体容置空间。
[0011] 如上所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其中，所述套管的下端设有向 外凸出的环状凸缘，所述止挡环与所述环状凸缘通过螺栓相连接。
[0012] 如上所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其中，所述人造岩心的横截面 呈圆形或者矩形。
[0013] 如上所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其中，所述流体栗送机构为平 流栗。
[0014] 如上所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其中，所述导流管为两端设有 快速接头的不锈钢编织软管。
[0015] 如上所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其中，所述套管为不锈钢套管。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型的优点如下：
[0017] 本实用新型提供的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，具有结构简单，操作方 便，模拟真实，检测快速，数据精确、安全可靠等优点，同时该装置还可以用来模拟评价调剖 堵水剂或调驱剂体系的封堵性能。
【附图说明】
[0018] 以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范 围。其中：
[0019] 图1是根据本实用新型一实施例提供的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置的结 构示意图；
[0020] 图2是图1所示的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置中人造岩心的剖视结构示 意图。
[0021 ] 附图标号说明：
[0022] 1-套管;2-人造岩心；21-裂缝;3-止挡环;4-水泥环;5-流体栗送机构;6-导流管； 7_端盖;8_流体容置空间；9-法兰盖。
【具体实施方式】
[0023] 为了对本实用新型的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合【附图说明】本 实用新型的【具体实施方式】。
[0024] 如图1所示，本实用新型提供了一种用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其包 括:套管1和流体栗送机构5,其中，套管1内部中央设有人造岩心2,如图2所示，人造岩心2具 有多条由上至下设置的用于容纳封窜剂的裂缝21，用以模拟环空水泥的裂缝，如图1所示， 套管1的下端连接有阻止人造岩心2脱离套管1的止挡环3,以避免人造岩心2在高压水的冲 击下脱离套管1，人造岩心2与套管1之间设有水泥环4,水泥环4的外表面与套管1的内表面 紧密贴合，水泥环4的内表面与人造岩心2的外表面紧密贴合，以避免流体自套管1与水泥环 4之间的缝隙流出影响实验结果;流体栗送机构5通过导流管6与人造岩心2的上端相连接， 流体通过流体栗送机构5栗送至各裂缝21中，通过流体栗送机构5调节栗送压力，从而能够 针对不同成分的封窜剂进行实验。
[0025] 进行实验时，先将封窜剂通过流体栗送机构5栗送注入至人造岩心2的各裂缝21 中，待封窜剂固化后，即封窜剂将裂缝21密封，通过流体栗送机构5向人造岩心2的上端注入 压力流体，由于水泥环4的内外表面分别与人造岩心2的外表面和套管1的内表面紧密贴合， 因此，压力流体在一定压力下只能优先突破封窜剂自套管1下端的止挡环3流出，此时，记录 流体栗送机构5的输出压力，然后利用记录的压力值除以人造岩心2的长度值，即可得出该 封窜剂的突破压力梯度值，从而得知该封窜剂的胶结强度;与现有技术使用的测量封窜剂 胶结强度的装置相比，本实用新型提供的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，具有结构 简单，操作方便，模拟真实，检测快速，数据精确、安全可靠等优点，同时该装置还可以用来 模拟评价调剖堵水剂或调驱剂体系的封堵性能。
[0026] 具体的，流体栗送机构5为平流栗，平流栗最大流量可达200ml/min，最高压力可达 40MPa，广泛用于高效液相色谱仪，微型、小型反应装置以及其它需要连续恒速、常压或高压 输送小量定量液体的领域，且具有流量可调、压力显示、低压保护、高压保护、串口通讯等功 能，从而使得用于检测封窜剂胶结强度的实验装置能够用于检测不同的成分的封窜剂，并 保证了用于检测封窜剂胶结强度的实验装置在使用时的安全性；
[0027] 当然，流体栗送机构5也可以采用其他能够栗送流体的机构，例如:齿轮栗、叶片栗 等，在此不再赘述；
[0028] 导流管6为两端设有快速接头的不锈钢编织软管，不锈钢编织软管不易被腐蚀，使 用寿命长，不锈钢编织软管通过快速接头与平流栗相接，从而使得用于检测封窜剂胶结强 度的实验装置的装配简单方便；
[0029] 套管1为不锈钢套管1，不锈钢为耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质，能够有效保证用 于检测封窜剂胶结强度的实验装置的使用寿命；
[0030] 人造岩心2的横截面呈圆形或者矩形，为了便于安装，优选采用横截面呈圆形的人 造岩心。
[0031] 进一步，为了使导流管6与人造岩心2的连接简单方便，可以在套管1的上端连接法 兰盖9,并在法兰盖9对应人造岩心2的上端处开设连接孔，不锈钢编织软管通过快速接头与 法兰盖9相接，使得平流栗与人造岩心2的上端通过导流管6相连通，从而使得流体能够通过 平流栗经导流管6栗送至人造岩心2的上端。
[0032] 作为一种优选的实施方式，止挡环3连接有端盖7，端盖7的中央设有排液通孔，该 排液通孔具有内螺纹，排液通孔内旋接有丝堵，将连接有端盖7的套管1放置在膨润土溶液 中浸泡24小时模拟钻井液泥饼，以使得用于检测封窜剂胶结强度的实验装置能够模拟不同 的地层环境，从而使得测试封窜剂的胶结强度实验数据更加全面。
[0033] 进一步，排液通孔的孔径与止挡环3的内径相等，这样，使得丝堵的端部能够穿过 止挡环3顶抵于人造岩心2的底端，以充分模拟钻井液泥饼。
[0034] 再进一步，止挡环3的内环面向下延伸形成中空的连接柱，连接柱的外表面设有外 螺纹，端盖7具有顶面和侧面，排液通孔设置在顶面上，侧面设有内螺纹，通过外螺纹与内螺 纹的旋接配合，端盖7与止挡环3相连接，即端盖7与止挡环3旋接，这样，使得端盖7的安装、 拆卸及更换简单方便，从而使得用于检测封窜剂胶结强度的实验装置模拟钻井液泥饼操作 简单方便。
[0035] 当然，也可以分别在端盖7和连接柱上设置卡扣和卡槽，端盖7通过卡扣和卡槽的 配合与止挡环3相连接，或者，在端盖7和连接柱上设置环状插槽和环状卡筋，端盖7通过环 状卡筋和环状插槽的配合与止挡环3相连接。
[0036] 作为一种可选的实施方式，为了避免流体损失，人造岩心2的上端面与水泥环4的 上端面平齐，人造岩心2的上端面低于套管1的上端面，套管1、人造岩心2的上端面和水泥环 4的上端面围合成流体容置空间8,这样，通过流体栗送机构5栗送至人造岩心2上端的流体 不会飞溅至套管1外部，从而避免了流体的浪费，节约了实验成本。
[0037] 下面结合附图具体说明本实用新型提供的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置 的装配过程：
[0038] 如图1所示，套管1为油田常用油层套管1，直径为139.7mm，内径为124.26mm，套管1 上、下两端通过丝扣分别连接有上法兰盘和下法兰盘，人造岩心2呈圆柱状，人造岩心2的直 径为80mm，长度为500mm，装配时，先将人造岩心2放置在套管1的中央，再将水泥环4设置在 套管1和人造岩心2中间，并使水泥环4的内外表面分别与人造岩心2的外表面和套管1的内 表面紧密贴合，然后将法兰盖9通过螺栓与上法兰盘相连接，止挡环3通过螺栓与下法兰盘 相连接，从而形成模拟地层，最后通过不锈钢编织软管将平流栗与法兰盖9连接，至此基本 完成用于检测封窜剂胶结强度的实验装置的装配；
[0039] 在地层含有钻井液泥饼时，通过在止挡环3上连接端盖以及丝堵，将连接有端盖7 的套管1放置在膨润土溶液中浸泡24小时即可模拟钻井液泥饼，装配完成的用于检测封窜 剂胶结强度的实验装置的总高度为600m。
[0040] 下面以制造直径为80mm，长度为500mm的人造岩心为例，具体说明本实用新型提供 的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置的具体操作过程：
[0041 ] 步骤一:采用G级水泥和200目石英砂，按照水泥与石英砂配比2:1，水灰比0.44配 制水泥砂浆；
[0042]步骤二:将配置好的水泥泥浆倒入模具中，待水泥泥浆在70°C下养护24小时固化 成水泥柱后移走模具；
[0043]步骤三:根据试验要求在水泥柱上蚀刻多条裂痕，待进一步固化24小时后，在每一 裂痕内填充凡士林；
[0044] 步骤四：配置G级水泥浆，水灰比0.44,将水泥浆倒入人造岩心3和套管1环空之间， 在40 °C下养护24小时形成水泥环4,待水泥环4固化后，将套管1置入90 °C恒温箱中加热4小 时，使凡士林融化；
[0045] 步骤五:待凡士林融化后，开启流体栗送机构5,向人造岩心3的上端栗送热水冲刷 裂痕形成裂缝21;
[0046] 步骤六:开启流体栗送机构5,向人造岩心3的各裂缝21中栗送封窜剂，待封窜剂填 充各裂缝21后，关闭流体栗送机构5;
[0047] 步骤七:待封窜剂固化后，再次开启流体栗送机构5,向人造岩心3的上端栗送压力 流体；
[0048]步骤八:待压力流体突破封窜剂从套管1下端的止挡环流出时，记录压力流体的实 时压力值；
[0049]步骤九:根据记录的实时压力值计算突破压力梯度值。
[0050] 在对含有钻井液泥饼的地层中的封窜剂的胶结强度进行检测试验时，只需在步骤 六前，进行以下操作:在套管的底面连接端盖，在端盖上连接丝堵，将连接有端盖的止挡环 放置在膨润土溶液中浸泡24小时，具体的实验数据见表一。
[0051] 表1水、蒸汽突破压力梯度测试实验结果及数据
[0053] 实验结果表明，钻井液泥饼的存在对水和水蒸气的突破压力有显著影响，这直接 决定了封窜剂的封堵效果，实际封窜施工要充分考虑到泥饼的影响。裂缝21尺寸大小对抗 水窜、抗汽窜效果影响较小，说明封窜剂与水泥环4有较好的结合性能，该封窜剂具有良好 的封堵性。
[0054] 综上所述，本实用新型提供的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，具有结构简 单，操作方便，模拟真实，检测快速，数据精确、安全可靠等优点，同时该装置还可以用来模 拟评价调剖堵水剂或调驱剂体系的封堵性能。
[0055] 以上所述仅为本实用新型示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本实用新型的范 围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等 同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
【主权项】
1. 一种用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征在于，所述用于检测封窜剂胶结 强度的实验装置包括： 套管，所述套管内部中央设有人造岩心，所述人造岩心具有多条由上至下设置的且能 容纳封窜剂的裂缝，所述套管的下端连接有阻止所述人造岩心脱离所述套管的止挡环，所 述人造岩心与所述套管之间设有水泥环，所述水泥环的外表面与所述套管的内表面紧密贴 合，所述水泥环的内表面与所述人造岩心的外表面紧密贴合； 流体栗送机构，其通过导流管与所述人造岩心的上端相连接，流体通过所述流体栗送 机构栗送至各所述裂缝中。2. 根据权利要求1所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征在于， 所述止挡环连接有端盖，所述端盖的中央设有具有内螺纹的排液通孔，所述排液通孔 内旋接有丝堵。3. 根据权利要求2所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征在于， 所述排液通孔的孔径与所述止挡环的内径相等。4. 根据权利要求2所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征在于， 所述止挡环的内环面向下延伸形成中空的连接柱，所述连接柱的外表面设有外螺纹， 所述端盖具有顶面和侧面，所述排液通孔设置在所述顶面上，所述侧面设有内螺纹，通过所 述外螺纹与所述内螺纹的旋接配合，所述端盖与所述止挡环相连接。5. 根据权利要求1所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征在于， 所述人造岩心的上端面与所述水泥环的上端面平齐，所述人造岩心的上端面低于所述 套管的上端面，所述套管、所述人造岩心的上端面和所述水泥环的上端面围合成流体容置 空间。6. 根据权利要求1所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征在于， 所述套管的下端设有向外凸出的环状凸缘，所述止挡环与所述环状凸缘通过螺栓相连 接。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征在 于， 所述人造岩心的横截面呈圆形或者矩形。8. 根据权利要求1至6中任一项所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征在 于， 所述流体栗送机构为平流栗。9. 根据权利要求8所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征在于， 所述导流管为两端设有快速接头的不锈钢编织软管。10. 根据权利要求1至6中任一项所述的用于检测封窜剂胶结强度的实验装置，其特征 在于， 所述套管为不锈钢套管。
【文档编号】G01N19/04GK205538625SQ201620125619
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月17日
【发明人】陈小凯, 夏胜淼, 孔范帅, 孟祥健, 李中伟, 徐慧, 李丽丽, 刘靖炜, 徐浩伦, 王雅薇, 李渔刚, 杨立龙, 刘林, 俸莉, 杜海旺
【申请人】中国石油天然气股份有限公司