固井水泥环防窜测试系统的制作方法

本实用新型涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种固井水泥环防窜测试系统。

背景技术：

固井技术一直随着钻井技术的进步而发展，油气井固井的目的之一就是实现井下油气水层有效封隔，防止油气藏开采期间出现地下流体发生层间窜流。随着油气勘探开发的深入，井下地质条件的复杂，开发难度越来越大，固井水泥环面临的条件更加苛刻，如钻井循环降密度、试压、酸化压裂、钻具冲击及高温等，对水泥环密封能力提出了更高的要求。

固井水泥环是指水泥浆在环形空间中形成的水泥石，套管和地层通过水泥环(即水泥石)胶结在一起。在固井施工中，水泥浆要经受井下环境而最终凝固形成具有一定胶结能力和硬度的水泥环，理想状态的水泥环可以完全填充套管和地层之间的环空，并在后期外力、温度、流体等作用下可以保持良好的密封性能。

虽然近年来关于水泥环/水泥浆防窜性能的研究成果显著，然而，目前关于固井防窜能力测试方面要么侧重水泥浆防窜性能，要么侧重硬化后水泥环防窜性能，缺乏可以从水泥浆、水泥浆硬化过程，再到水泥环受力/温度状态发生变化时，连续测试水泥环防窜能力的装置或者系统。因此，水泥浆、水泥浆硬化过程及水泥环受力/温度作用等不同阶段的防窜性能模拟测试对水泥浆配方设计及水泥环性能评估至关重要。

技术实现要素：

本实用新型提供一种固井水泥环防窜测试系统，以提高固井水泥环防窜测试的可靠性和精准性，且具有结构简单、操作方便等优点，有利于提高勘探开发效益。

第一方面，本实用新型实施例提供的一种固井水泥环防窜测试系统，该系统包括：环空密封釜体、套管内压加压管路、围压加压管路、水泥浆/水泥环回压加压管路、液相流体加压管路、气相流体加压管路和窜流量计量器；其中：

所述套管内压加压管路的一端与所述环空密封釜体的内套管连通；

所述围压加压管路与所述环空密封釜体的围压管连通；

所述水泥浆/水泥环回压加压管路的一端通过高压管线贯穿所述环空密封釜体的上釜盖；

所述液相流体加压管路的输出端贯穿所述环空密封釜体的下釜盖；

所述气相流体加压管路的输出管贯穿所述环空密封釜体的下釜盖；

所述窜流量计量器通过高压管线贯穿连接所述环空密封釜体的上釜盖。

在一种可选的设计中，所述环空密封釜体中设置有内套管、外套管，以及水泥浆/水泥环；所述内套管、外套管依次安装于所述水泥浆/水泥环的外围，加热套安装于所述环空密封釜体的最外围，围压管安装于所述外套管与所述加热套之间，所述环空密封釜体上下分别安装有上釜盖、下釜盖，所述上釜盖、下釜盖通过螺杆贯穿连接，且由螺母分别压紧固定所述上釜盖、下釜盖。

在一种可选的设计中，所述套管内压加压管路包括通过高压管线连接的加压泵、阀门、泄压阀及压力表，所述压力表一端连接所述阀门、所述压力表的另一端连接所述泄压阀，所述阀门位于所述压力表与所述加压泵之间。

在一种可选的设计中，所述液相流体加压管路包括通过高压管线连接的恒流/恒压泵、阀门、液相储罐和压力表，所述液相储罐中设置有活塞。

在一种可选的设计中，所述气相流体加压管路包括通过高压管线连接的高压气瓶、阀门及压力表。

在一种可选的设计中，所述窜流量计量器包括气相流体窜流计量器和液相流体窜流计量器，

其中，所述气相流体窜流计量器包括水储罐、烧杯、天平及阀门，其中，所述水储罐装有去离子水，所述水储罐的进气高压管线出口位于所述去离子水面以上，所述烧杯设置于所述天平上部，所述阀门安装在所述天平上；

所述液相流体窜流计量器包括所述水储罐、烧杯及天平，其中，所述水储罐装有去离子水，排液高压管线插入所述水储罐、且靠近所述水储罐底部的位置，所述烧杯设置于所述天平上部。

在一种可选的设计中，所述上釜盖、下釜盖上设置具有与所述内套管、外套管及围压管尺寸相对应的同心环形槽。

在一种可选的设计中，所述同心环形槽配有耐温橡胶密封圈或者铜质密封圈。

在一种可选的设计中，所述上釜盖、下釜盖与水泥浆接触部分安装有滤网。

在一种可选的设计中，所述加热套上设置温度计。

本实用新型提供一种固井水泥环防窜测试系统，该系统包括：环空密封釜体、套管内压加压管路、围压加压管路、水泥浆/水泥环回压加压管路、液相流体加压管路、气相流体加压管路和窜流量计量器；其中：所述套管内压加压管路的一端与所述环空密封釜体的内套管连通；所述围压加压管路与所述环空密封釜体的围压管连通；所述水泥浆/水泥环回压加压管路的一端通过高压管线贯穿所述环空密封釜体的上釜盖；所述液相流体加压管路的输出端贯穿所述环空密封釜体的下釜盖；所述气相流体加压管路的输出端贯穿所述环空密封釜体的下釜盖；所述窜流量计量器通过高压管线贯穿连接所述环空密封釜体的上釜盖。不仅实现了水泥浆/水泥环防窜性能的准确评价，还可以模拟井下从水泥浆、水泥浆硬化到水泥环受力/温度状态发生变化的过程，连续评价水泥环防窜能力。本实用新型可以提高固井水泥环防窜测试的可靠性和精准性，且具有结构简单、操作方便等优点、勘探开发效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的固井水泥环防窜测试系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的固井水泥环防窜测试系统中环空密封釜体的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的固井水泥环防窜测试系统中套管内压加压管路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例四提供的固井水泥环防窜测试系统中液相流体加压管路的结构示意图；

图5为本实用新型实施例五提供的固井水泥环防窜测试系统中气相流体加压管路的结构示意图；

图6为本实用新型实施例六提供的固井水泥环防窜测试系统中水泥浆/水泥环回压加压管路的结构示意图；

图7为本实用新型实施例七提供的固井水泥环防窜测试系统中围压加压管路的结构示意图；

图8为本实用新型实施例八提供的固井水泥环防窜测试系统中窜流量计量器的结构示意图。

其中，10：环空密封釜体，11：上釜盖，12：下釜盖，13：内套管，14：外套管，15：围压管，16：螺杆，17：螺母，18：加热套，19：水泥浆/水泥环，101：密封圈，102：温度计，20：套管内压加压管路，21：加压泵，22阀门，23：阀门，24：压力表，25：泄压阀，30：围压加压管路，31：加压泵，32：阀门32，33：阀门33，34：泄压阀，35：压力表；70：水泥浆/水泥环回压加压管路，71：加压泵，72：阀门，73：压力表，40：液相流体加压管路，41：恒流/恒压泵，42：阀门，43：阀门，44：阀门，45：液相储罐，46：压力表，50：气相流体加压管路，51：高压气瓶，60：窜流量计量器，61：水储罐，62：烧杯，63：天平，64：阀门，65：阀门，66：阀门，67：进气高压管线，68：排液高压管线。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本实用新型实施例一提供的固井水泥环防窜测试系统的结构示意图，如图1所示，本实施例中的固井水泥环防窜测试系统可以包括：环空密封釜体10、套管内压加压管路20、围压加压管路30、水泥浆/水泥环回压加压管路70、液相流体加压管路40、气相流体加压管路50和窜流量计量器60。

具体的，套管内压加压管路20的一端与环空密封釜体10的内套管连通；

围压加压管路30与环空密封釜体10的围压管连通；

水泥浆/水泥环回压加压管路70的一端通过高压管线贯穿环空密封釜体10的上釜盖；

液相流体加压管路40的输出端贯穿环空密封釜体10的下釜盖；

气相流体加压管路50的输出端贯穿环空密封釜体10的上釜盖；

窜流量计量器60通过高压管线贯穿连接环空密封釜体10的上釜盖。

本实施例中，环空密封釜体整体呈类圆柱状，环空密封釜体通过高压管线连接套管内压加压管路、围压加压管路、水泥浆/水泥环回压加压管路、液相流体加压管路、气相流体加压管路和窜流量计量器。套管内压加压管路20的一端与环空密封釜体10的内套管连接，例如，套管内压加压管路20的高压管线通过丝扣与环空密封釜体10的上釜盖连接，贯穿环空密封釜体10的上釜盖并与环空密封釜体10的内套管连通，用于为内套管提供不同压力。在一种可选的实施例中，套管内压加压管路可以包括加压泵、阀门、压力表及泄压阀。液相流体加压管路和气相流体加压管路通过高压管线贯穿环空密封釜体10的下釜盖，并连接于水泥浆/水泥环。在一种可选的实施例中，液相流体加压管路可以包括恒流/恒压泵、阀门、液相储罐和压力表。气相流体加压管路可以包括高压气瓶、阀门及压力表。水泥浆/水泥环回压加压管路70的高压管线通过丝扣与环空密封釜体10的上釜盖连接，例如，水泥浆/水泥环回压加压管路70一端的高压管线通过丝扣与环空密封釜体10的上釜盖连接，贯穿环空密封釜体10的上釜盖，且连接于水泥浆/水泥环。在一种可选的实施例中，水泥浆/水泥环回压加压管路可以包括加压泵、阀门和压力表。围压加压管路通过高压管线与环空密封釜体10的上釜盖贯穿连接，例如，围压加压管路30的高压管线通过丝扣与环空密封釜体10的上釜盖连接，贯穿环空密封釜体10的上釜盖并进入环空密封釜体10的围压管，用于为围压管提供一定的压力。在一种可选的实施例中，该围压加压管路可以包括加压泵、阀门、泄压阀及压力表。窜流量计量器通过高压管线贯穿环空密封釜体的上釜盖，且连接于环空密封釜体中的水泥浆/水泥环。在一种可选的实施例中，窜流量计量器可以包括气相流体窜流计量器和液相流体窜流计量器，且包括水储罐、烧杯、天平及阀门。

在一种可选的实施例中，上釜盖、下釜盖与水泥浆接触部分安装有滤网。

本实用新型的固井水泥环防窜测试系统不仅实现了水泥浆/水泥环防窜性能的准确评价，还可以可靠的模拟井下从水泥浆、水泥浆硬化到水泥环受力/温度状态发生变化的过程，连续评价水泥环防窜能力。

图2为本实用新型实施例二提供的固井水泥环防窜测试系统中环空密封釜体的结构示意图，如图2所示，本实施例中的环空密封釜体可以包括：上釜盖11、下釜盖12、内套管13、外套管14、围压管15、螺杆16、螺母17加热套18以及水泥浆/水泥环19。

具体的，环空密封釜体10中设置有内套管13、外套管14，以及水泥浆/水泥环19；内套管13、外套管14依次安装于水泥浆/水泥环19的外围，加热套18安装于环空密封釜体10的最外围，围压管15安装于外套管14与加热套18之间，环空密封釜体10上下分别安装有上釜盖11、下釜盖12，上釜盖11、下釜盖12通过螺杆16贯穿连接，且由螺母17分别压紧固定上釜盖11及下釜盖12。

本实施例中，在环空密封釜体10的中部对称设置水泥浆/水泥环19，该水泥浆/水泥环19安装于内套管13之中，且在内套管13的外围安装有外套管14。加热套18安装于环空密封釜体10的最外围，围压管15安装于外套管14与加热套18之间，环空密封釜体10上下分别安装有上釜盖11、下釜盖12，上釜盖11、下釜盖12通过螺杆16贯穿连接，且由螺母17分别压紧密封固定上釜盖11及下釜盖12。

在一种可选的实施例中，上釜盖11、下釜盖12上设置具有与内套管13、外套管14及围压管15尺寸相对应的同心环形槽。同心环形槽配有密封圈101，密封圈的材料性能直接影响密封圈的使用性能。例如，密封圈可以包括耐温橡胶密封圈或者铜质密封圈，其富有更高的弹性和回弹性，且具有适当的机械强度，性能稳定，不腐蚀接触面，不污染介质等优点，为环空密封釜体的上釜盖与下釜盖提供更加良好的密封性能。

在一种可选的实施例中，加热套18上设置温度计102。该温度计实时测试环空密封釜体中加热套的温度，以便准确控制环空密封釜体中加热套的温度，使得该固井水泥环防窜测试系统可靠模拟井下从水泥浆、水泥浆硬化到水泥环温度状态的连续变化，可以连续评价水泥环防窜能力。在一种可选的实施例中，温度计102可以包括玻璃管温度计，利用热胀冷缩的原理来实现温度的测量。由于测温介质的膨胀系数与沸点及凝固点的不同，玻璃管温度计中包括水银温度计，其具有结构简单，使用方便，测量精度较高，价格低廉等优点。

图3为本实用新型实施例三提供的固井水泥环防窜测试系统中套管内压加压管路的结构示意图，如图3所示，本实施例中的套管内压加压管路可以包括：加压泵21、阀门22和阀门23、压力表24及泄压阀25。

具体的，套管内压加压管路包括通过高压管线连接的加压泵21、阀门22和阀门23、压力表24及泄压阀25，压力表24一端连接阀门22、压力表24的另一端连接泄压阀25，阀门22和阀门23位于压力表24与加压泵21之间。

本实施例中，套管内压加压管路包括加压泵21、阀门22和阀门23、压力表24及泄压阀25，且通过高压管线连接，压力表24一端连接阀门23、压力表24的另一端连接泄压阀25，阀门22和阀门23位于压力表24与加压泵21之间。该套管内压加压管路一端的高压管线通过丝扣与环空密封釜体的上釜盖连接，且与环空密封釜体的内套管连通，用于为内套管提供不同的压力，实时为该固井水泥环防窜测试系统的内套管提供精准、可靠地压力。

图4为本实用新型实施例四提供的固井水泥环防窜测试系统中液相流体加压管路的结构示意图，如图4所示，本实施例中的液相流体加压管路可以包括通过高压管线连接的恒流/恒压泵41、阀门42、阀门43、阀门44、液相储罐45和压力表46，液相储罐45中设置有活塞47。

具体的，液相流体加压管路包括通过高压管线连接的恒流/恒压泵41、阀门42、阀门43、阀门44和阀门48、液相储罐45和压力表46，液相储罐45中设置有活塞47。

本实施例中，液相流体加压管路包括通过高压管线连接的恒流/恒压泵41、阀门42、阀门43、阀门44、液相储罐45和压力表46，液相储罐45中设置有活塞47。使用时，打开阀门42、阀门43及阀门44，关闭阀门48，启动恒流/恒压泵41，向液相储罐45中注入高压水，推动活塞47向下移动，给液相储罐45中的液相评价介质一定的压力，使得液相评价介质以一定的流速或者恒定的压力经下釜盖进入水泥浆/水泥环，通过压力表46可以读取注入的压力，实时为该固井水泥环防窜测试系统的水泥浆/水泥环提供精准、可靠地压力。

图5为本实用新型实施例五提供的固井水泥环防窜测试系统中气相流体加压管路的结构示意图，如图5所示，本实施例中的气相流体加压管路可以包括：高压气瓶51、阀门43、阀门44、阀门48及压力表46。

具体的，气相流体加压管路包括通过高压管线连接的高压气瓶51、阀门43、阀门44、阀门48及压力表46。

本实施例中，气相流体加压管路由高压气瓶51、阀门43、阀门44、阀门48及压力表46组成。使用时，关闭阀门43，打开阀门44，通过调节阀门48的开度，调整气相流体注入压力，该压力由压力表46读取。

图6为本实用新型实施例六提供的固井水泥环防窜测试系统中水泥浆/水泥环回压加压管路的结构示意图，如图6所示，本实施例中的水泥浆/水泥环回压加压管路可以包括加压泵71、阀门72和压力表73。

具体的，水泥浆/水泥环回压加压管路可以包括通过高压管线连接的加压泵71阀门72及压力表73，阀门72的一端与加压泵71连接，阀门72的另一端与压力表连接。

本实施例中，水泥浆/水泥环回压加压管路可以由加压泵71、阀门72和压力表73组成，使用时，打开阀门72，开动加压泵71，经过环空密封釜体的上釜盖为水泥浆/水泥环提供一定的压力，且其回压的压力值由压力表73读取。

图7为本实用新型实施例七提供的固井水泥环防窜测试系统中围压加压管路的结构示意图，如图7所示，本实施例中围压加压管路可以包括加压泵31、阀门32、阀门33、泄压阀34及压力表35。

具体的，围压加压管路可以通过高压管线连接的加压泵31、阀门32、阀门33、泄压阀34及压力表35。

本实施例中，围压加压管路由加压泵31、阀门32、阀门33、泄压阀34及压力表35组成，使用时，关闭泄压阀34，打开阀门32、阀门33，打开加压泵31，高压管线经过环空密封釜体上釜盖进入围压管，给围压管注入一定的压力，其围压压力值由压力表35读取。

图8为本实用新型实施例八提供的固井水泥环防窜测试系统中窜流量计量器的结构示意图，如图8所示，本实施例的窜流量计量器可以包括气相流体窜流计量器和液相流体窜流计量器。

具体的，气相流体窜流计量器包括水储罐61、烧杯62、天平63及阀门64、阀门65及阀门66，其中，水储罐61装有去离子水，水储罐61的进气高压管线67出口位于去离子水面以上，烧杯62设置于天平63上部，阀门64、阀门65及阀门66安装在天平63上。

液相流体窜流计量器包括水储罐61、烧杯62及天平63，其中，水储罐61装有去离子水，排液高压管线68插入水储罐61、且靠近水储罐底部的位置，烧杯62设置于天平上部。

本实施例中，窜流量计量器可以包括气相流体窜流计量器和液相流体窜流计量器，其中，气相流体窜流计量器由水储罐61、进气高压管线67、烧杯62、天平63及阀门64、阀门65、阀门66组成，水储罐61中装有去离子水，进气高压管线67出口位于该去离子水面以上，发生窜流时，气相通过进气高压管线67进入水储罐61，该水储罐中的去离子水在压力作用下排出相应体积的去离子水，经液相流体窜流计量器的排液高压管线68进入烧杯62中，通过计量排出的去离子水来计量气相气窜量。液相流体窜流计量器由水储罐61、烧杯62及天平63组成，使用时，将阀门65关闭，打开阀门64和阀门66，可以通过天平63计量进入烧杯62中的窜流液体的质量。

在一种可选的实施例中，窜流量计量器可以包括压力表69(参考图8)，当发生窜流时，可以通过该压力表69读取当前压力值。

本实用新型提供一种固井水泥环防窜测试系统，该系统包括：环空密封釜体、套管内压加压管路、围压加压管路、水泥浆/水泥环回压加压管路、液相流体加压管路、气相流体加压管路和窜流量计量器；其中：套管内压加压管路的一端与环空密封釜体的内套管连通；围压加压管路与环空密封釜体的围压管连通；水泥浆/水泥环回压加压管路的一端通过高压管线贯穿环空密封釜体的上釜盖；液相流体加压管路的输出端贯穿环空密封釜体的下釜盖；气相流体加压管路的输出端贯穿环空密封釜体的下釜盖；窜流量计量器通过高压管线贯穿连接环空密封釜体的上釜盖。不仅实现了水泥浆/水泥环防窜性能的准确评价，还可以可靠模拟井下从水泥浆、水泥浆硬化到水泥环受力/温度状态发生变化的过程，连续评价水泥环防窜能力。本实用新型可以提高固井水泥环防窜测试的可靠性和精准性，且具有结构简单、操作方便等优点，有利于提高勘探开发效益。

在本实用新型中，除非另有明确的规定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体成型，可以是机械连接，也可以是电连接或者彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒体间接连接，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的互相作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。