一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统及方法与流程
本发明涉及水平井筒胶结界面检测技术领域，特别涉及一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统及方法。
背景技术：
水泥环是油气井固井中的关键部位，水泥环的主要作用是对套管与地层岩石的环形空间进行有效的封隔，防止在钻井、生产过程和增产作业中的地层流体发生窜流。水力压裂作为一种增产手段已经在采油、采气领域中被广泛使用，水平井在水力压裂过程中，井筒由于受地层压力及压裂液压力的作用，经常会导致井筒受损，由于水泥环及套管自身强度比较高，所以胶结界面就成为了水力压裂过程中最容易发生损坏的地方。油气井在水力压裂过程中由于井内压力波动大，而且不同的井身结构和不同的地层特性都极易对套管及水泥环造成影响，尤其是对胶结界面影响很大。如今许多研究者都是针对如何提高胶结界面的胶结强度方面的研究，这些研究的方向都是在界面失效之前如何减少或杜绝裂缝的产生，然而对于裂缝产生后胶结界面脱胶失效长度的研究并不多，但是胶结界面的失效长度又决定着各段压裂之间的距离。因此，针对不同的井身结构及地层特性，进行水力压裂试验测定井筒胶结界面的脱胶长度就有很重要的研究意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统及方法，克服了现有技术中1：目前对于裂缝产生后胶结界面脱胶失效长度的研究不多；2：测定胶结界面脱胶失效长度不精准；3：检测方法比较麻烦等问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，包括岩心制备装置、水平井筒制备装置、压裂模拟装置、总控计算机和滑道，所述岩心制备装置、水平井筒制备装置、压裂模拟装置依次通过滑道连接，其中岩心制备装置、水平井筒制备装置、压裂模拟装置分别与总控计算机电连，所述岩心制备装置将制备的岩心通过滑道传送到水平井筒制备装置，所述水平井筒制备装置将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道传送到压裂模拟装置中进行压裂。
优选的，所述岩心制备装置包括钻孔系统、岩心制备模具、原料混合装置、岩心原料控制器和岩心原料收集装置，其中钻孔系统包括钻孔器和钻孔控制器，所述钻孔控制器和岩心原料控制器分别与总控计算机连接，所述钻孔器分别连接钻孔控制器和岩心制备模具，其中岩心制备模具分别连接总控计算机和原料混合装置，所述原料混合装置分别连接岩心原料控制器和岩心原料收集装置所述岩心制备装置将制备的岩心通过滑道传送到水平井筒制备装置中。
优选的，所述原料混合装置设置有搅拌器、温度控制器和水浴箱，其中搅拌器设置于原料混合装置内部，所述温度控制器设置于原料混合装置内部侧壁，其中水浴箱设置于原料混合装置上端，其中温度控制器用于检测搅拌器的温度，其中水浴箱用于给搅拌器供水。
优选的，所述钻孔器设有多个钻头，其中钻头用于在岩心表面钻取模拟井眼。
优选的，所述水平井筒制备装置包括水泥环制备装置、套管固定钳、滑动控制器、滑动光杆、水泥原料控制器、水泥原料收集装置和水泥原料混合装置，其中滑动控制器和水泥原料控制器分别与总控计算机电连，所述滑动光杆分别连接滑动控制器和套管固定钳，其中套管固定钳另一端连接水泥环制备装置，所述水泥环制备装置连接水泥原料混合装置，其中水泥原料混合装置分别连接水泥原料控制器和水泥原料收集装置，所述水平井筒制备装置将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道传送到压裂模拟装置中进行压裂。
优选的，所述压裂模拟装置包括围压控制装置、胶结界面脱胶测定装置、压裂室和压裂液注入及返排装置，所述围压控制装置包括伺服增压器和围压控制器，其中伺服增压器分别连接围压控制器和压裂室，所述胶结界面脱胶测定装置包括应变数据处理器和应变测量仪，其中应变测量仪分别连接应变数据处理器和压裂室，所述压裂液注入及返排装置包括液体储存器、注液控制器、注液控制阀、返排控制阀、返排接收器和返排计量器，其中返排计量器连接返排接收器，所述返排接收器连接返排控制阀，其中返排控制阀连接压裂室，所述注液控制器连接液体储存器，其中液体储存器连接注液控制阀，所述注液控制阀连接压裂室，所述围压控制器、应变数据处理器、注液控制器和返排计量器分别与总控计算机电连，所述水平井筒制备装置将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道传送到压裂室中进行压裂。
优选的，所述水平井筒胶结界面模拟件包括模拟套管、应变片、模拟水泥环、岩心和引线，所述岩心表面设有模拟井眼，所述模拟水泥环套接于模拟套管和岩心之间，其中岩心的模拟井眼与模拟水泥环之间设有第一应变片，所述模拟套管与模拟水泥环之间设有的第二应变片，其中第一应变片与第二应变片相对设置，当水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室时，将所述第一应变片与第二应变片分别通过引线与应变测量仪连接，其中引线为多条。
优选的，一种如上所述的测定水平井筒胶结界面失效长度的方法，包括以下步骤：
步骤一：对需要进行模拟的岩心、套管及水泥环进行分析，将物性参数及钻进和压裂参数的数据导入总控计算机中；
步骤二：将制备岩心的原料放入岩心原料收集装置，将制备模拟水泥环的原料放入水泥原料收集装置，将压裂液注入液体储存器；
步骤三：步骤二中岩心原料收集装置收集完成原料后，将原料输送到原料混合装置中进行混合，总控计算机通过控制岩心原料控制器调节岩心原料用量，接着输送到岩心制备模具中制备岩心，岩心制备完成后输送到钻孔器中钻取井眼，总控计算机通过控制钻孔控制器调节井眼的数量和尺寸，在井眼内壁贴上第一应变片并接出多条引线，然后将岩心通过滑道传送到水平井筒制备装置中；
步骤四：将模拟套管用套管固定钳固定在岩心的井眼中，其中滑动控制器通过总控计算机控制滑动光杆，其中滑动光杆调节套管固定钳的开合，所述水泥原料混合装置将水泥注入到模拟套管与岩心的井眼之间的环空中形成模拟水泥环，其中水泥原料控制器控制水泥的输入量，待水泥凝固之后水平井筒胶结界面模拟件制备完成，并在模拟套管内表面与第一应变片对应的位置处贴上第二应变片并接出多条引线，通过滑道将水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室中；
步骤五：将第一应变片和第二应变片连接的多条引线分别与应变测量仪连接，通过围压控制装置给压裂室施加围压，模拟地层压力，接着通过注液控制器和注液控制阀控制压裂液的注入量开始压裂，并记录应变测量仪的数据；压裂结束后通过返排计量器和返排控制阀进行压裂返排，记录应变测量仪的数据，根据测定的数据确定胶结界面的失效位置，再将失效位置处第一应变片和第二应变片的不同位置处的引线接到应变测量仪上，其中与第一应变片连接的相邻引线之间的距离为
优选的，所述步骤五中胶结界面的失效位置计算方法如下公式：
公式中：
r为应变片的原电阻值；
k为比例常数应变片常数；
由于第一应变片和第二应变片相邻引线之间的距离均为
所述胶结界面的失效长度计算方法如下：
公式中：
n为连续失效
l为失效长度。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明测定水平井筒胶结界面失效长度的系统中可以制作出含有岩心、模拟水泥环、模拟套管的水平井筒胶结界面模拟件，由于模拟套管和模拟水泥环在交变压力作用下发生形变和恢复弹性形变的能力不同，因此在胶结界面处加入应变片来测定在交变压力作用下模拟套管和模拟水泥环发生的变形和恢复形变的数据并记录下来，以此确定胶结界面失效的位置；通过测定电阻确定应变的变化量，在确定了胶结界面失效位置后，继续注入压裂液再分别测定该处应变片不同位置的应变变化值，最终确定胶结失效长度，通过测试结果指导水平井多段压裂裂缝段距设计、施工参数优化等工程问题；
（2）本发明解决了胶结界面脱胶长度无法直接观测的问题，并且胶结界面失效长度计算精准，为后续水平井井段压裂裂缝段距设计提供了基础；
（3）本发明测定水平井筒胶结界面失效长度的系统结构合理、操作方便，可以有效检测水平井筒胶结界面模拟件失效位置和失效长度，本发明测定方法合理、方法简单、易操作、适用性高、精准度高。
附图说明
图1、本发明总体结构装置示意图；
图2、本发明水平井筒胶结界面模拟件示意图；
图3、本发明水平井筒胶结界面模拟件脱胶处的应变片不同位置引线的接出示意图。
附图标记说明：
1-压裂模拟装置，2-水平井筒制备装置，3-岩心制备装置，4-围压控制装置，5-伺服增压器，6-围压控制器，7-套管固定钳，8-滑动控制器，9-滑动光杆，10-钻孔系装置，11-钻孔器，12-钻孔控制器，13-岩心制备模具，14-总控计算机，15-滑道，16-原料混合装置，17-岩心原料控制器，18-岩心原料收集装置，19-水泥原料控制器，20-水泥原料收集装置，21-水泥原料混合装置，22-胶结界面脱胶测定系统，23-应变数据处理器，24-应变测量仪，25-压裂室，26-液体储存器，27-注液控制器，28-注液控制阀，29-返排控制阀，30-返排接收器，31-返排计量器，32-压裂液注入及返排装置，33-模拟套管，34-应变片，35-模拟水泥环，36-岩心，37-引线，38-第二应变片，39-水泥环制备装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如图1~3所示，本发明公开了一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，包括岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1、总控计算机14和滑道15，所述岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1依次通过滑道15连接，其中岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1分别与总控计算机14电连，所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
实施例2
如图1~3所示，本发明公开了一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，包括岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1、总控计算机14和滑道15，所述岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1依次通过滑道15连接，其中岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1分别与总控计算机14电连，所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述岩心制备装置3包括钻孔系装置10、岩心制备模具13、原料混合装置16、岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18，其中钻孔系装置10包括钻孔器11和钻孔控制器12，所述钻孔控制器12和岩心原料控制器17分别与总控计算机14连接，所述钻孔器11分别连接钻孔控制器12和岩心制备模具13，其中岩心制备模具13分别连接总控计算机14和原料混合装置16，所述原料混合装置16分别连接岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2中。
优选的，所述原料混合装置16设置有搅拌器、温度控制器和水浴箱，其中搅拌器设置于原料混合装置16内部，所述温度控制器设置于原料混合装置16内部侧壁，其中水浴箱设置于原料混合装置16上端，其中温度控制器用于检测搅拌器的温度，其中水浴箱用于给搅拌器供水。
优选的，所述钻孔器11设有多个钻头，其中钻头用于在岩心36表面钻取模拟井眼。
实施例3
如图1~3所示，本发明公开了一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，包括岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1、总控计算机14和滑道15，所述岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1依次通过滑道15连接，其中岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1分别与总控计算机14电连，所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述岩心制备装置3包括钻孔系装置10、岩心制备模具13、原料混合装置16、岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18，其中钻孔系装置10包括钻孔器11和钻孔控制器12，所述钻孔控制器12和岩心原料控制器17分别与总控计算机14连接，所述钻孔器11分别连接钻孔控制器12和岩心制备模具13，其中岩心制备模具13分别连接总控计算机14和原料混合装置16，所述原料混合装置16分别连接岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2中。
优选的，所述原料混合装置16设置有搅拌器、温度控制器和水浴箱，其中搅拌器设置于原料混合装置16内部，所述温度控制器设置于原料混合装置16内部侧壁，其中水浴箱设置于原料混合装置16上端，其中温度控制器用于检测搅拌器的温度，其中水浴箱用于给搅拌器供水。
优选的，所述钻孔器11设有多个钻头，其中钻头用于在岩心36表面钻取模拟井眼。
如图1所示，优选的，所述水平井筒制备装置2包括水泥环制备装置39、套管固定钳7、滑动控制器8、滑动光杆9、水泥原料控制器19、水泥原料收集装置20和水泥原料混合装置21，其中滑动控制器8和水泥原料控制器19分别与总控计算机14电连，所述滑动光杆9分别连接滑动控制器8和套管固定钳7，其中套管固定钳7连接水泥环制备装置39，所述水泥环制备装置39连接水泥原料混合装置21，其中水泥原料混合装置21分别连接水泥原料控制器19和水泥原料收集装置20，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
实施例4
如图1~3所示，本发明公开了一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，包括岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1、总控计算机14和滑道15，所述岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1通过滑道15连接，其中岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1分别与总控计算机14电连，所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述岩心制备装置3包括钻孔系装置10、岩心制备模具13、原料混合装置16、岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18，其中钻孔系装置10包括钻孔器11和钻孔控制器12，所述钻孔控制器12和岩心原料控制器17分别与总控计算机14连接，所述钻孔器11分别连接钻孔控制器12和岩心制备模具13，其中岩心制备模具13分别连接总控计算机14和原料混合装置16，所述原料混合装置16分别连接岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2中。
优选的，所述原料混合装置16设置有搅拌器、温度控制器和水浴箱，其中搅拌器设置于原料混合装置16内部，所述温度控制器设置于原料混合装置16内部侧壁，其中水浴箱设置于原料混合装置16上端，其中温度控制器用于检测搅拌器的温度，其中水浴箱用于给搅拌器供水。
优选的，所述钻孔器11设有多个钻头，其中钻头用于在岩心36表面钻取模拟井眼。
如图1所示，优选的，所述水平井筒制备装置2包括水泥环制备装置39、套管固定钳7、滑动控制器8、滑动光杆9、水泥原料控制器19、水泥原料收集装置20和水泥原料混合装置21，其中滑动控制器8和水泥原料控制器19分别与总控计算机14电连，所述滑动光杆9分别连接滑动控制器8和套管固定钳7，其中套管固定钳7另一端连接水泥环制备装置39，所述水泥环制备装置39连接水泥原料混合装置21，其中水泥原料混合装置21分别连接水泥原料控制器19和水泥原料收集装置20，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述压裂模拟装置1包括围压控制装置4、胶结界面脱胶测定装置22、压裂室25和压裂液注入及返排装置32，所述围压控制装置4包括伺服增压器5和围压控制器6，其中伺服增压器5分别连接围压控制器6和压裂室25，所述胶结界面脱胶测定装置22包括应变数据处理器23和应变测量仪24，其中应变测量仪24分别连接应变数据处理器23和压裂室25，所述压裂液注入及返排装置32包括液体储存器26、注液控制器27、注液控制阀28、返排控制阀29、返排接收器30和返排计量器31，其中返排计量器31连接返排接收器30，所述返排接收器30连接返排控制阀29，其中返排控制阀29连接压裂室25，所述注液控制器27连接液体储存器26，其中液体储存器26连接注液控制阀28，所述注液控制阀28连接压裂室25，所述围压控制器6、应变数据处理器23、注液控制器27和返排计量器31分别与总控计算机14电连，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂室25中进行压裂。
实施例5
如图1~3所示，本发明公开了一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，包括岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1、总控计算机14和滑道15，所述岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1通过滑道15连接，其中岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1分别与总控计算机14电连，所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述岩心制备装置3包括钻孔系装置10、岩心制备模具13、原料混合装置16、岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18，其中钻孔系装置10包括钻孔器11和钻孔控制器12，所述钻孔控制器12和岩心原料控制器17分别与总控计算机14连接，所述钻孔器11分别连接钻孔控制器12和岩心制备模具13，其中岩心制备模具13分别连接总控计算机14和原料混合装置16，所述原料混合装置16分别连接岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2中。
优选的，所述原料混合装置16设置有搅拌器、温度控制器和水浴箱，其中搅拌器设置于原料混合装置16内部，所述温度控制器设置于原料混合装置16内部侧壁，其中水浴箱设置于原料混合装置16上端，其中温度控制器用于检测搅拌器的温度，其中水浴箱用于给搅拌器供水。
优选的，所述钻孔器11设有多个钻头，其中钻头用于在岩心36表面钻取模拟井眼。
如图1所示，优选的，所述水平井筒制备装置2包括水泥环制备装置39、套管固定钳7、滑动控制器8、滑动光杆9、水泥原料控制器19、水泥原料收集装置20和水泥原料混合装置21，其中滑动控制器8和水泥原料控制器19分别与总控计算机14电连，所述滑动光杆9分别连接滑动控制器8和套管固定钳7，其中套管固定钳7另一端连接水泥环制备装置39，所述水泥环制备装置39连接水泥原料混合装置21，其中水泥原料混合装置21分别连接水泥原料控制器19和水泥原料收集装置20，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述压裂模拟装置1包括围压控制装置4、胶结界面脱胶测定装置22、压裂室25和压裂液注入及返排装置32，所述围压控制装置4包括伺服增压器5和围压控制器6，其中伺服增压器5分别连接围压控制器6和压裂室25，所述胶结界面脱胶测定装置22包括应变数据处理器23和应变测量仪24，其中应变测量仪24分别连接应变数据处理器23和压裂室25，所述压裂液注入及返排装置32包括液体储存器26、注液控制器27、注液控制阀28、返排控制阀29、返排接收器30和返排计量器31，其中返排计量器31连接返排接收器30，所述返排接收器30连接返排控制阀29，其中返排控制阀29连接压裂室25，所述注液控制器27连接液体储存器26，其中液体储存器26连接注液控制阀28，所述注液控制阀28连接压裂室25，所述围压控制器6、应变数据处理器23、注液控制器27和返排计量器31分别与总控计算机14电连，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂室25中进行压裂。
如图2~3所示，优选的，所述水平井筒胶结界面模拟件包括模拟套管33、应变片34、模拟水泥环35、岩心36和引线37，所述岩心36表面设有模拟井眼，所述模拟水泥环35套接于模拟套管33和岩心36之间，其中岩心36的模拟井眼与模拟水泥环35之间设有第一应变片34，所述模拟套管33与模拟水泥环35之间设有的第二应变片38，其中第一应变片34与第二应变片38相对设置，当水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室25时，将所述第一应变片34与第二应变片38分别通过引线37与应变测量仪24连接，其中引线37为多条。
实施例6
如图1~3所示，本发明公开了一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，包括岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1、总控计算机14和滑道15，所述岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1通过滑道15连接，其中岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1分别与总控计算机14电连，所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述岩心制备装置3包括钻孔系装置10、岩心制备模具13、原料混合装置16、岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18，其中钻孔系装置10包括钻孔器11和钻孔控制器12，所述钻孔控制器12和岩心原料控制器17分别与总控计算机14连接，所述钻孔器11分别连接钻孔控制器12和岩心制备模具13，其中岩心制备模具13分别连接总控计算机14和原料混合装置16，所述原料混合装置16分别连接岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2中。
优选的，所述原料混合装置16设置有搅拌器、温度控制器和水浴箱，其中搅拌器设置于原料混合装置16内部，所述温度控制器设置于原料混合装置16内部侧壁，其中水浴箱设置于原料混合装置16上端，其中温度控制器用于检测搅拌器的温度，其中水浴箱用于给搅拌器供水。
优选的，所述钻孔器11设有多个钻头，其中钻头用于在岩心36表面钻取模拟井眼。
如图1所示，优选的，所述水平井筒制备装置2包括水泥环制备装置39、套管固定钳7、滑动控制器8、滑动光杆9、水泥原料控制器19、水泥原料收集装置20和水泥原料混合装置21，其中滑动控制器8和水泥原料控制器19分别与总控计算机14电连，所述滑动光杆9分别连接滑动控制器8和套管固定钳7，其中套管固定钳7另一端连接水泥环制备装置39，所述水泥环制备装置39连接水泥原料混合装置21，其中水泥原料混合装置21分别连接水泥原料控制器19和水泥原料收集装置20，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述压裂模拟装置1包括围压控制装置4、胶结界面脱胶测定装置22、压裂室25和压裂液注入及返排装置32，所述围压控制装置4包括伺服增压器5和围压控制器6，其中伺服增压器5分别连接围压控制器6和压裂室25，所述胶结界面脱胶测定装置22包括应变数据处理器23和应变测量仪24，其中应变测量仪24分别连接应变数据处理器23和压裂室25，所述压裂液注入及返排装置32包括液体储存器26、注液控制器27、注液控制阀28、返排控制阀29、返排接收器30和返排计量器31，其中返排计量器31连接返排接收器30，所述返排接收器30连接返排控制阀29，其中返排控制阀29连接压裂室25，所述注液控制器27连接液体储存器26，其中液体储存器26连接注液控制阀28，所述注液控制阀28连接压裂室25，所述围压控制器6、应变数据处理器23、注液控制器27和返排计量器31分别与总控计算机14电连，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂室25中进行压裂。
如图2~3所示，优选的，所述水平井筒胶结界面模拟件包括模拟套管33、应变片34、模拟水泥环35、岩心36和引线37，所述岩心36表面设有模拟井眼，所述模拟水泥环35套接于模拟套管33和岩心36之间，其中岩心36的模拟井眼与模拟水泥环35之间设有第一应变片34，所述模拟套管33与模拟水泥环35之间设有的第二应变片38，其中第一应变片34与第二应变片38相对设置，当水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室25时，将所述第一应变片34与第二应变片38分别通过引线37与应变测量仪24连接，其中引线37为多条。
优选的，一种如上所述的测定水平井筒胶结界面失效长度的方法，包括以下步骤：
步骤一：对需要进行模拟的岩心、套管及水泥环进行分析，将物性参数及钻进和压裂参数的数据导入总控计算机14中；
步骤二：将制备岩心36的原料放入岩心原料收集装置18，将制备模拟水泥环35的原料放入水泥原料收集装置20，将压裂液注入液体储存器26；
步骤三：步骤二中岩心原料收集装置18收集完成原料后，将原料输送到原料混合装置16中进行混合，总控计算机14通过控制岩心原料控制器17调节岩心原料用量，接着输送到岩心制备模具13中制备岩心36，岩心36制备完成后输送到钻孔器11中钻取井眼，总控计算机14通过控制钻孔控制器12调节井眼的数量和尺寸，在井眼内壁贴上第一应变片34并接出多条引线37，然后将岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2中；
步骤四：将模拟套管33用套管固定钳7固定在岩心36的井眼中，其中滑动控制器8通过总控计算机14控制滑动光杆9，其中滑动光杆9调节套管固定钳7的开合，所述水泥原料混合装置21将水泥注入到模拟套管33与岩心36的井眼之间的环空中形成模拟水泥环35，其中水泥原料控制器19控制水泥的输入量，待水泥凝固之后水平井筒胶结界面模拟件制备完成，并在模拟套管33内表面与第一应变片34对应的位置处贴上第二应变片38并接出多条引线37，通过滑道15将水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室25中；
步骤五：将第一应变片34和第二应变片38连接的多条引线37分别与应变测量仪24连接，通过围压控制装置4给压裂室25施加围压，模拟地层压力，接着通过注液控制器27和注液控制阀28控制压裂液的注入量开始压裂，并记录应变测量仪24的数据；压裂结束后通过返排计量器31和返排控制阀29进行压裂返排，记录应变测量仪24的数据，根据测定的数据确定胶结界面失效位置，再将失效位置处第一应变片34和第二应变片38的不同位置处的引线37接到应变测量仪24上，其中与第一应变片34连接的相邻引线37之间的距离为
实施例7
如图1~3所示，本发明公开了一种测定水平井筒胶结界面失效长度的系统，包括岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1、总控计算机14和滑道15，所述岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1通过滑道15连接，其中岩心制备装置3、水平井筒制备装置2、压裂模拟装置1分别与总控计算机14电连，所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述岩心制备装置3包括钻孔系装置10、岩心制备模具13、原料混合装置16、岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18，其中钻孔系装置10包括钻孔器11和钻孔控制器12，所述钻孔控制器12和岩心原料控制器17分别与总控计算机14连接，所述钻孔器11分别连接钻孔控制器12和岩心制备模具13，其中岩心制备模具13分别连接总控计算机14和原料混合装置16，所述原料混合装置16分别连接岩心原料控制器17和岩心原料收集装置18所述岩心制备装置3将制备的岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2中。
优选的，所述原料混合装置16设置有搅拌器、温度控制器和水浴箱，其中搅拌器设置于原料混合装置16内部，所述温度控制器设置于原料混合装置16内部侧壁，其中水浴箱设置于原料混合装置16上端，其中温度控制器用于检测搅拌器的温度，其中水浴箱用于给搅拌器供水。
优选的，所述钻孔器11设有多个钻头，其中钻头用于在岩心36表面钻取模拟井眼。
如图1所示，优选的，所述水平井筒制备装置2包括水泥环制备装置39、套管固定钳7、滑动控制器8、滑动光杆9、水泥原料控制器19、水泥原料收集装置20和水泥原料混合装置21，其中滑动控制器8和水泥原料控制器19分别与总控计算机14电连，所述滑动光杆9分别连接滑动控制器8和套管固定钳7，其中套管固定钳7另一端连接水泥环制备装置39，所述水泥环制备装置39连接水泥原料混合装置21，其中水泥原料混合装置21分别连接水泥原料控制器19和水泥原料收集装置20，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂模拟装置1中进行压裂。
如图1所示，优选的，所述压裂模拟装置1包括围压控制装置4、胶结界面脱胶测定装置22、压裂室25和压裂液注入及返排装置32，所述围压控制装置4包括伺服增压器5和围压控制器6，其中伺服增压器5分别连接围压控制器6和压裂室25，所述胶结界面脱胶测定装置22包括应变数据处理器23和应变测量仪24，其中应变测量仪24分别连接应变数据处理器23和压裂室25，所述压裂液注入及返排装置32包括液体储存器26、注液控制器27、注液控制阀28、返排控制阀29、返排接收器30和返排计量器31，其中返排计量器31连接返排接收器30，所述返排接收器30连接返排控制阀29，其中返排控制阀29连接压裂室25，所述注液控制器27连接液体储存器26，其中液体储存器26连接注液控制阀28，所述注液控制阀28连接压裂室25，所述围压控制器6、应变数据处理器23、注液控制器27和返排计量器31分别与总控计算机14电连，所述水平井筒制备装置2将制备的水平井筒胶结界面模拟件通过滑道15传送到压裂室25中进行压裂。
如图2~3所示，优选的，所述水平井筒胶结界面模拟件包括模拟套管33、应变片34、模拟水泥环35、岩心36和引线37，所述岩心36表面设有模拟井眼，所述模拟水泥环35套接于模拟套管33和岩心36之间，其中岩心36的模拟井眼与模拟水泥环35之间设有第一应变片34，所述模拟套管33与模拟水泥环35之间设有的第二应变片38，其中第一应变片34与第二应变片38相对设置，当水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室25时，将所述第一应变片34与第二应变片38分别通过引线37与应变测量仪24连接，其中引线37为多条。
优选的，一种如上所述的测定水平井筒胶结界面失效长度的方法，包括以下步骤：
步骤一：对需要进行模拟的岩心、套管及水泥环进行分析，将物性参数及钻进和压裂参数的数据导入总控计算机14中；
步骤二：将制备岩心36的原料放入岩心原料收集装置18，将制备模拟水泥环35的原料放入水泥原料收集装置20，将压裂液注入液体储存器26；
步骤三：步骤二中岩心原料收集装置18收集完成原料后，将原料输送到原料混合装置16中进行混合，总控计算机14通过控制岩心原料控制器17调节岩心原料用量，接着输送到岩心制备模具13中制备岩心36，岩心36制备完成后输送到钻孔器11中钻取井眼，总控计算机14通过控制钻孔控制器12调节井眼的数量和尺寸，在井眼内壁贴上第一应变片34并接出多条引线37，然后将岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2中；
步骤四：将模拟套管33用套管固定钳7固定在岩心36的井眼中，其中滑动控制器8通过总控计算机14控制滑动光杆9，其中滑动光杆9调节套管固定钳7的开合，所述水泥原料混合装置21将水泥注入到模拟套管33与岩心36的井眼之间的环空中形成模拟水泥环35，其中水泥原料控制器19控制水泥的输入量，待水泥凝固之后水平井筒胶结界面模拟件制备完成，并在模拟套管33内表面与第一应变片34对应的位置处贴上第二应变片38并接出多条引线37，通过滑道15将水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室25中；
步骤五：将第一应变片34和第二应变片38连接的多条引线37分别与应变测量仪24连接，通过围压控制装置4给压裂室25施加围压，模拟地层压力，接着通过注液控制器27和注液控制阀28控制压裂液的注入量开始压裂，并记录应变测量仪24的数据；压裂结束后通过返排计量器31和返排控制阀29进行压裂返排，记录应变测量仪24的数据，根据测定的数据确定胶结界面的失效位置，再将失效位置处第一应变片34和第二应变片38的不同位置处的引线37接到应变测量仪24上，其中与第一应变片34连接的相邻引线37之间的距离为
优选的，所述步骤五中胶结界面的失效位置计算方法如下公式：
公式中：
r为应变片的原电阻值；
k为比例常数应变片常数；
由于第一应变片34和第二应变片38相邻引线37之间的距离均为
所述胶结界面的失效长度计算方法如下：
公式中：
n为连续失效
l为失效长度。
实验过程前需要打开电源，运行机器，测试各功能模块之间耦合状况，确保各装置能够安全、准确地运行。
实验结束后，关闭电源，清洗模具，回收原料。
本发明中伺服增压器5、围压控制器6、套管固定钳7、滑动控制器8、滑动光杆9、钻孔系装置10、钻孔器11、钻孔控制器12、岩心制备模具13、总控计算机14、滑道15、原料混合装置16、岩心原料控制器17、岩心原料收集装置18、水泥原料控制器19、水泥原料收集装置20、水泥原料混合装置21、应变数据处理器23、应变测量仪24、压裂室25、液体储存器26、注液控制器27、注液控制阀28、返排控制阀29、返排接收器30、返排计量器31、模拟套管33、应变片34、水泥环制备装置39均为现有技术，本申请不再赘述。
本发明的工作原理如下：
本发明岩心制备装置3主要包括钻孔系装置10、岩心制备模具13、岩心原料控制器17、原料混合装置16和岩心原料收集装置18，岩心原料收集装置18收集完成原料后，将原料输送到原料混合装置16中进行混合，总控计算机14通过控制岩心原料控制器17调节岩心原料用量，接着输送到岩心制备模具13中制备岩心36，岩心36制备完成后输送到钻孔器11中钻取井眼，总控计算机14通过控制钻孔控制器12调节井眼的数量和尺寸，在井眼内壁贴上第一应变片34并接出多条引线37，然后将岩心36通过滑道15传送到水平井筒制备装置2中，钻孔系装置10模拟岩心，这种钻进模拟也有一定的实在意义，能够仿真钻井工艺，同时能够观测钻井过程中，钻头对岩体以及井壁稳定性的影响；接着将模拟套管33用套管固定钳7固定在岩心36的井眼中，其中滑动控制器8通过总控计算机14控制滑动光杆9，其中滑动光杆9调节套管固定钳7的开合，所述水泥原料混合装置21将水泥注入到模拟套管33与岩心36的井眼之间的环空中形成模拟水泥环35，其中水泥原料控制器19控制水泥的输入量，待水泥凝固之后水平井筒胶结界面模拟件制备完成，并在模拟套管33内表面与第一应变片34对应的位置处贴上第二应变片38并接出多条引线37，通过滑道15将水平井筒胶结界面模拟件传送到压裂室25中；将第一应变片34和第二应变片38连接的多条引线37分别与应变测量仪24连接，通过围压控制装置4给压裂室25施加围压，模拟地层压力，接着通过注液控制器27和注液控制阀28（注液控制阀28是一个单向控制阀只出不进）控制压裂液的注入量开始压裂，并记录应变测量仪24的数据；压裂结束后通过返排计量器31和返排控制阀29（返排液控制阀29使液体只进不出）进行压裂返排，记录应变测量仪24的数据，根据测定的数据确定胶结界面失效位置，再将失效位置处第一应变片34和第二应变片38的不同位置处的引线37接到应变测量仪24上，其中与第一应变片34连接的相邻引线37之间的距离为
本发明测定水平井筒胶结界面失效长度的系统中可以制作出含有岩心、模拟水泥环、模拟套管的水平井筒胶结界面模拟件，由于模拟套管和模拟水泥环在交变压力作用下发生形变和恢复弹性形变的能力不同，因此在胶结界面处加入应变片来测定在交变压力作用下模拟套管和模拟水泥环发生的变形和恢复形变的数据并记录下来，以此确定胶结界面失效的位置；通过测定电阻确定应变的变化量，在确定了胶结界面失效位置后，继续注入压裂液再分别测定该处应变片不同位置的应变变化值，最终确定胶结失效长度，通过测试结果指导水平井多段压裂裂缝段距设计、施工参数优化等工程问题，
本发明解决了胶结界面脱胶长度无法直接观测的问题，并且胶结界面失效长度计算精准，为后续水平井井段压裂裂缝段距设计提供了基础；本发明测定水平井筒胶结界面失效长度的系统结构合理、操作方便，可以有效检测水平井筒胶结界面模拟件失效位置和失效长度，本发明测定方法合理、方法简单、易操作、适用性高、精准度高。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
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