油气井压裂工况井筒完整性评价的实验装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种油气井工程领域的实验装置与方法，可以评价油气井压裂工况井筒完整性。
【背景技术】
[0002]油气井压裂改造是开发非常规油气资源的一种有效途径，通过注入压裂液使油气藏产生裂缝，从而降低油气的流动阻力。压裂施工在改造油气藏的同时，也增大了井筒失效的风险。例如，对12 口页岩气水平井进行压裂，其中8 口井出现了套管变形。井筒完整性是安全、高效地开采油气资源的必要条件。压裂引起井筒完整性的失效机理十分复杂，目前尚无评价该工况下井筒完整性的有效方法。
【发明内容】
[0003]为了揭示油气井压裂工况井筒失效机理和探索井筒完整性控制措施，本发明提供了一种油气井压裂工况井筒完整性评价的实验装置与方法。该装置包括:岩体与井筒物理模型、外压缸套、外压加载管线、内压加载管线、高压栗、三向加载液压缸、液压控制模块、应变传感器、气压传感器、欧姆表和计算机。外压缸套外部连接有外压加载管线和高压栗，夕卜压缸套内部布置了三向加载液压缸，三向加载液压缸与液压控制模块连接，三向加载液压缸中间放置有岩体与井筒物理模型，岩体与井筒物理模型由套管、水泥环、岩体及射孔孔眼组成，套管入口连接有内压加载管线和高压栗，套管入口还连接有高压气瓶和气体压缩机，套管外壁连接有应变传感器，水泥环内部连接有气压传感器和欧姆表。
[0004]本发明还提供了利用上述装置评价井筒完整性的实验方法。实验方法包括以下步骤:步骤一，在套管外壁上布置应变片，并连接应变传感器和计算机；步骤二，制作含有井眼和射孔孔眼的岩体；步骤三，在岩体的井眼中放置套管，在套管与井眼之间环空中注入水泥浆，套管、水泥环和岩体共同组成了岩体与井筒物理模型，水泥环连接气压传感器和欧姆表；步骤四，把岩体与井筒物理模型放置于三向加载液压缸之中，通过外压加载管线和高压栗对岩体施加孔隙压力，通过三向加载液压缸对岩体施加三向主地应力；步骤五，在压裂液中混合示踪剂，通过内压加载管线和高压栗向套管内部注入压裂液，对岩体进行水力压裂；步骤六，在压裂过程中，利用应变传感器和计算机测量套管应变，利用欧姆表考察水泥环内部窜流情况；步骤七，在压裂完成后，通过高压气瓶和气体压缩机向套管内部注入气体，利用气压传感器和计算机监测生产时气体在水泥环中窜流压力；步骤八，击碎岩体与水泥环，观察岩体与水泥环内部示踪剂分布规律。
[0005]本发明可以模拟油气井压裂及生产过程，评价压裂工况井筒完整性的结果可信度高，为油气井套管设计、固井和压裂参数优化提供了实验依据。
【附图说明】
[0006]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0007]附图是油气井压裂工况井筒完整性评价的实验装置。
[0008]附图中:1.气体压缩机，2.高压气瓶，3.水箱，4.内压加载管线和高压栗，5.夕卜压加载管线和高压栗，6.压力计，7.外压缸套，8.应变传感器，9.计算机，10.气压传感器，11.欧姆表，12.三向加载液压缸，13.射孔孔眼，14.套管，15.水泥环，16.岩体，17.液压控制模块。
【具体实施方式】
[0009]为了对本发明的技术特征和有益效果有更加清楚地理解，现参照说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明。
[0010]本发明提供了一种油气井压裂工况井筒完整性评价的实验装置，如附图所示。压裂工况井筒完整性评价的实验装置包括:气体压缩机(I)、高压气瓶(2)、水箱(3)、内压加载管线和高压栗(4)、外压加载管线和高压栗(5)、压力计(6)、外压缸套(7)、应变传感器
(8)、计算机(9)、气压传感器(10)、欧姆表(11)、三向加载液压缸(12)、射孔孔眼(13)、套管
(14)、水泥环(15)、岩体(16)和液压控制模块(17)。外压缸套(7)外部连接有外压加载管线和高压栗(5)，外压缸套(7)内部布置了三向加载液压缸(12)，三向加载液压缸(12)与液压控制模块(17)连接，三向加载液压缸(12)中间放置有岩体与井筒物理模型，岩体与井筒物理模型由套管(14)、水泥环(15)、岩体(16)及射孔孔眼(13)组成，套管(14)入口连接有内压加载管线和高压栗(4)，套管(14)入口还连接有高压气瓶(2)和气体压缩机(1)，套管(14)外壁连接有应变传感器(8)，水泥环(15)内部连接有气压传感器(10)和欧姆表
[11]0
[0011]利用上述装置评价井筒完整性的实验方法包括以下步骤:步骤一，在套管(14)外壁上布置应变片，并连接应变传感器(8)和计算机(9);步骤二，制作含有井眼和射孔孔眼
(13)的岩体(16);步骤三，在岩体的井眼中放置套管(14)，在套管(14)与井眼之间环空中注入水泥浆，套管(14)、水泥环(15)和岩体(16)共同组成了岩体与井筒物理模型，水泥环
(15)连接气压传感器(10)和欧姆表(11);步骤四，把岩体与井筒物理模型放置于三向加载液压缸(12)之中，通过外压加载管线和高压栗(5)对岩体(16)施加孔隙压力，通过三向加载液压缸(12)对岩体施加三向主地应力；步骤五，在压裂液中混合示踪剂，通过内压加载管线和高压栗⑷向套管(14)内部注入压裂液，对岩体(16)进行水力压裂；步骤六，在压裂过程中，利用应变传感器⑶和计算机(9)测量套管(14)应变，利用欧姆表(11)考察水泥环(15)内部窜流情况；步骤七，在压裂完成后，通过高压气瓶(2)和气体压缩机(I)向套管(14)内部注入气体，利用气压传感器(10)和计算机(9)监测生产时气体在水泥环(15)中窜流压力；步骤八，击碎岩体(16)与水泥环(15)，观察岩体(16)与水泥环(15)内部示踪剂分布规律。
【主权项】
1.油气井压裂工况井筒完整性评价的实验装置，其特征是:包括岩体与井筒物理模型、外压缸套、外压加载管线、内压加载管线、高压栗、三向加载液压缸、液压控制模块、应变传感器、气压传感器、欧姆表和计算机；外压缸套外部连接有外压加载管线和高压栗，外压缸套内部布置了三向加载液压缸，三向加载液压缸与液压控制模块连接，三向加载液压缸中间放置有岩体与井筒物理模型，套管入口连接有内压加载管线和高压栗及高压气瓶和气体压缩机，套管外壁连接有应变传感器，水泥环内部连接有气压传感器和欧姆表。2.根据权利要求1所述的油气井压裂工况井筒完整性评价的实验装置，其特征是:岩体含有井眼和射孔孔眼，在井眼中放置套管，在套管与井眼之间环空中注入水泥浆，套管、水泥环和岩体共同组成了岩体与井筒物理模型。3.油气井压裂工况井筒完整性评价的实验方法，其特征是:包括以下步骤:步骤一，在套管外壁上布置应变片，并连接应变传感器和计算机；步骤二，制作含有井眼和射孔孔眼的岩体；步骤三，在岩体的井眼中放置套管，在套管与井眼之间环空中注入水泥浆，水泥环连接气压传感器和欧姆表；步骤四，把岩体与井筒物理模型放置于三向加载液压缸之中，对岩体施加孔隙压力和三向主地应力；步骤五，在压裂液中混合示踪剂，通过内压加载管线和高压栗向套管内部注入压裂液，对岩体进行水力压裂；步骤六，在压裂过程中，测量套管应变，考察水泥环内部窜流情况；步骤七，在压裂完成后，通过高压气瓶和气体压缩机向套管内部注入气体，监测生产时气体在水泥环中窜流压力；步骤八，击碎岩体与水泥环，观察岩体与水泥环内部示踪剂分布规律。4.根据权利要求3所述的油气井压裂工况井筒完整性评价的实验方法，其特征是:通过外压加载管线和高压栗对岩体施加孔隙压力，通过三向加载液压缸对岩体施加三向主地应力。5.根据权利要求3所述的油气井压裂工况井筒完整性评价的实验方法，其特征是:通过高压气瓶和气体压缩机向套管内部注入气体来模拟采气过程。6.根据权利要求3所述的油气井压裂工况井筒完整性评价的实验方法，其特征是:在套管外壁上布置应变片，并连接应变传感器和计算机，通过测量应变实时地评价套管完整性。7.根据权利要求3所述的油气井压裂工况井筒完整性评价的实验方法，其特征是:根据水泥环和压裂液导电性差异，利用欧姆表测量水泥环内部液体窜流情况，评价压裂时水泥环完整性。8.根据权利要求3所述的油气井压裂工况井筒完整性评价的实验方法，其特征是:利用气压传感器监测气体在水泥环中窜流压力，评价气井生产时水泥环完整性。9.根据权利要求3所述的油气井压裂工况井筒完整性评价的实验方法，其特征是:在压裂液中混合示踪剂，实验后击碎岩体与水泥环，观察示踪剂分布规律，评价压裂后岩体与水泥环完整性。
【专利摘要】本发明提供了一种油气井压裂工况井筒完整性评价的实验装置，外压缸套外部连接有外压加载管线和高压泵，外压缸套内部布置了三向加载液压缸，三向加载液压缸与液压控制模块连接，三向加载液压缸中间放置有岩体与井筒物理模型，岩体与井筒物理模型由套管、水泥环、岩体及射孔孔眼组成，套管入口连接有内压加载管线和高压泵，套管入口还连接有高压气瓶和气体压缩机，套管外壁连接有应变传感器，水泥环内部连接有气压传感器和欧姆表。本发明还提供了利用上述装置评价井筒完整性的实验方法。本发明可以模拟油气井压裂及生产过程，评价压裂工况井筒完整性的结果可信度高，为油气井套管设计、固井和压裂参数优化提供了实验依据。
【IPC分类】E21B47/00, E21B49/00, E21B47/11, E21B43/26
【公开号】CN105041284
【申请号】CN201510251392
【发明人】尹飞, 高德利, 刘奎
【申请人】中国石油大学(北京)
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月14日