井筒完整性试验装置的制作方法

本发明涉及石油工程，具体而言，涉及一种井筒完整性试验装置。

背景技术：

1、在试压、改造、生产以及关井等作业过程中，井筒会承受较高的内压载荷，这些载荷会引起水泥环萌生裂纹、套管局部的大应变以及套管-水泥环相对滑移等现象，这些都会对井筒完整性造成损伤与破坏，因此，为了明确套管-水泥环系统在高压载荷下的应力应变，量化井筒的损伤程度，需要对井筒完整性的安全性进行定量评价。目前已有评价压裂过程中井筒完整性的试验装置，但其难以精确获取高压工况下内层承压套管与水泥环的力学数据以及其可视化的呈现，现有的试验装置由于应变片的材料限制无法承受高压、挤压以及高温的环境，因此只能贴在试样的外围，无法测试到内层套管的应变与位移，同时，水泥环内部的裂纹也只能靠应变片测得的数据去推算，与实际情况可能会产生较大误差。此外，现有的井筒完整性试验装置也无法实现三维可视化成像，因此无法对承压工况下井筒完整性进行准确地评价。

2、由上可知，现有技术中存在无法对井筒完整性进行准确评价的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种井筒完整性试验装置，以解决现有技术中无法对井筒完整性进行准确评价的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种井筒完整性试验装置，包括：外套管；内套管，内套管与外套管同轴设置，内套管和外套管之间通过浇筑并凝固的水泥环连接，内套管的一端密封设置，另一端具有加压口，用于向内套管内施加压力；光纤应变带，光纤应变带设置在内套管的外壁，光纤应变带具有多个布拉格光栅区，多个布拉格光栅区间隔设置，用于检测内套管的应力应变；光纤信号处理元件，光纤信号处理元件与光纤应变带信号连接，用于接收并处理光纤应变带发出的光纤信号，然后生成内套管的应力应变的三维模型图像；显示元件，显示元件与光纤信号处理元件电连接，用于显示三维模型图像。

3、进一步地，光纤应变带为多个，多个光纤应变带沿内套管的轴向延伸且沿内套管的周向间隔设置。

4、进一步地，光纤应变带包括多根光纤线，多个布拉格光栅区分别位于多根光纤线上，多根光纤线中的至少一根具有与内套管的轴向呈角度设置的弯折段，且对应的布拉格光栅区设置在弯折段上。

5、进一步地，井筒完整性试验装置还包括透射扫描组件，透射扫描组件包括：透射扫描支架，透射扫描支架为环形，透射扫描支架位于外套管的外侧并与外套管同轴设置；射线发射件，射线发射件设置在透射扫描支架上；射线接收件，射线发射件设置在内套管的外壁，射线发射件发射射线并由射线接收件接收射线，以对水泥环进行透射扫描。

6、进一步地，井筒完整性试验装置还包括透射扫描处理元件，透射扫描处理元件分别与射线发射件、射线接收件和显示元件电连接，透射扫描处理元件接收处理水泥环的透射信号并生成水泥环的透射图像，以使显示元件显示透射图像。

7、进一步地，外套管开设有避让孔，避让孔与射线发射件对应设置，用于避让射线。

8、进一步地，透射扫描组件还包括第一支撑座，第一支撑座与透射扫描支架固定连接，用于支撑透射扫描支架。

9、进一步地，透射扫描组件为多个，多个透射扫描组件沿外套管的轴向间隔设置。

10、进一步地，光纤应变带为多个，多个射线接收件与多个光纤应变带沿内套管的周向交错设置。

11、进一步地，井筒完整性试验装置还包括支撑组件，支撑组件包括：承托架，承托架具有与外套管相适配的弧形承托段，用于与外套管连接；第二支撑座，第二支撑座与承托架固定连接。

12、进一步地，井筒完整性试验装置还包括定位件，定位件设置在外套管的外壁上，承托架开设有与定位件相适配的定位槽，定位槽沿外套管的轴向延伸，定位件与定位槽形成限位止挡。

13、进一步地，支撑组件为两个，两个支撑组件分别与外套管的两端连接。

14、应用本发明的技术方案，井筒完整性试验装置包括外套管、内套管、光纤应变带、光纤信号处理元件和显示元件，内套管与外套管同轴设置，内套管和外套管之间通过浇筑并凝固的水泥环连接，内套管的一端密封设置，另一端具有加压口，用于向内套管内施加压力，光纤应变带设置在内套管的外壁，光纤应变带具有多个布拉格光栅区，多个布拉格光栅区间隔设置，用于检测内套管的应力应变，光纤信号处理元件与光纤应变带信号连接，用于接收并处理光纤应变带发出的光纤信号，然后生成内套管的应力应变的三维模型图像，显示元件与光纤信号处理元件电连接，用于显示三维模型图像，这样通过光纤应变带的布拉格光栅区采集内套管的应力应变数据，并与布拉格光栅区的位置相对应，从而通过光纤信号处理元件生成内套管的应力应变的三维模型图像，并在显示元件上显示，从而使得内套管的应力应变能够被清晰准确地实时监测，进而能够对井筒完整性进行准确评价，解决了现有技术中无法对井筒完整性进行准确评价的问题。

技术特征：

1.一种井筒完整性试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述光纤应变带(20)为多个，多个所述光纤应变带(20)沿所述内套管(3)的轴向延伸且沿所述内套管(3)的周向间隔设置。

3.根据权利要求1所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述光纤应变带(20)包括多根光纤线(24)，多个所述布拉格光栅区(22)分别位于多根所述光纤线(24)上，多根所述光纤线(24)中的至少一根具有与所述内套管(3)的轴向呈角度设置的弯折段，且对应的所述布拉格光栅区(22)设置在所述弯折段上。

4.根据权利要求1所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述井筒完整性试验装置还包括透射扫描组件，所述透射扫描组件包括：

5.根据权利要求4所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述井筒完整性试验装置还包括透射扫描处理元件(18)，所述透射扫描处理元件(18)分别与所述射线发射件(8)、所述射线接收件(6)和所述显示元件(19)电连接，所述透射扫描处理元件(18)接收处理所述水泥环(2)的透射信号并生成所述水泥环(2)的透射图像，以使所述显示元件(19)显示所述透射图像。

6.根据权利要求4所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述外套管(1)开设有避让孔(7)，所述避让孔(7)与所述射线发射件(8)对应设置，用于避让所述射线。

7.根据权利要求4所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述透射扫描组件还包括第一支撑座(15)，所述第一支撑座(15)与所述透射扫描支架(9)固定连接，用于支撑所述透射扫描支架(9)。

8.根据权利要求4所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述透射扫描组件为多个，多个所述透射扫描组件沿所述外套管(1)的轴向间隔设置。

9.根据权利要求4所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述光纤应变带(20)为多个，多个所述射线接收件(6)与多个所述光纤应变带(20)沿所述内套管(3)的周向交错设置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述井筒完整性试验装置还包括支撑组件，所述支撑组件包括：

11.根据权利要求10所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述井筒完整性试验装置还包括定位件(10)，所述定位件(10)设置在所述外套管(1)的外壁上，所述承托架(12)开设有与所述定位件(10)相适配的定位槽(21)，所述定位槽(21)沿所述外套管(1)的轴向延伸，所述定位件(10)与所述定位槽(21)形成限位止挡。

12.根据权利要求10所述的井筒完整性试验装置，其特征在于，所述支撑组件为两个，两个所述支撑组件分别与所述外套管(1)的两端连接。

技术总结
本发明提供了一种井筒完整性试验装置。井筒完整性试验装置包括：外套管；内套管，内套管与外套管同轴设置，内套管和外套管之间通过浇筑并凝固的水泥环连接，内套管的一端密封设置，另一端具有加压口，用于向内套管内施加压力；光纤应变带，光纤应变带设置在内套管的外壁，光纤应变带具有多个布拉格光栅区，多个布拉格光栅区间隔设置，用于检测内套管的应力应变；光纤信号处理元件，光纤信号处理元件与光纤应变带信号连接，用于接收并处理光纤应变带发出的光纤信号，然后生成内套管的应力应变的三维模型图像；显示元件，显示元件与光纤信号处理元件电连接，用于显示三维模型图像。本发明解决了现有技术中无法对井筒完整性进行准确评价的问题。

技术研发人员：杨尚谕,牟易升,宋毅,李玉飞,管公帅,韩礼红,王建军
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31